DE60301453T2

DE60301453T2 - Optische Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE60301453T2
Application number: DE60301453T
Authority: DE
Inventors: Motonobu Horikawa-dori Kawabata; Masahiko Horikawa-dori Kokubo
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2023-06-14
Also published as: EP1376195A1; JP2004029416A; US6771429B2; DE60301453D1; US20040004748A1; EP1376195B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optisches Abtastvorrichtung, welche zur Abtastung eines Objekts ein Lichtbündel, wie etwa einen Laserstrahl, reflektiert/ablenkt.
Beschreibung des Standes der Technik
Allgemein weist eine Zweidimensionalbild-Vorrichtung, wie etwa ein Laserdrucker oder ein Scanner, eine optische Abtastvorrichtung auf, die ein Objekt präzise mit einem Laserstrahl abtastet. Diese Art von optischer Abtastvorrichtung reflektiert den Laserstrahl mit einem Lichtablenker, wie etwa einem Galvanometerspiegel oder einem Polygonspiegel, zur Abtastung einer Zieloberfläche einer lichtempfindlichen Trommel oder dgl., bzw. lenkt ihn hierzu ab. Während der Lichtablenker mit einer gleichbleibenden Winkelgeschwindigkeit dreht, muss der Laserstrahl die Zieloberfläche mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit abtasten. Die optische Abtastvorrichtung verwendet eine f-θ (f-theta) Linse als optisches System, welches den durch den Lichtablenker reflektierten/abgelenkten Laserstrahl die Zieloberfläche mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit abtasten lässt. Die f-θ-Linse ist ein optisches System, welches eine Verzeichnungscharakteristik hat, die y = fω (f: Brennweite, ω: halber Sehwinkel) im Verhältnis zu einer idealen Bildhöhe y erfüllt.
11 und 12 zeigen eine mit einer f-θ-Linse 104 bestückte optische Abtastvorrichtung. 11 ist ein schematisches Blockdiagramm der optischen Abtastvorrichtung, ausgelegt längs einer Y-Z-Ebene und 12 ein Längsschnitt, welcher die in 11 gezeigte optische Abtastvorrichtung längs einer optischen Achse entwickelt. Unter Bezug auf die 11 und 12 bezeichnet 100 eine Lichtquelle (Halbleiterlaser), 101 ei ne Kollimatorlinse, 102 eine Zylinderlinse, 103 einen Polygonspiegel, 104 die f-θ-Linse, 105 eine anamorphotische Linse und 106 eine Zieloberfläche. Die in 11 und 12 gezeigten Richtungen X, Y und Z sind senkrecht zueinander.
Die Lichtquelle 100 strahlt einen Laserstrahl 107 ab, der durch eine (nicht gezeigte) Treiberschaltung direkt moduliert wird. Dieser Laserstrahl 107 wird durch die Kollimatorlinse 101 parallel gemacht und durch die Zylinderlinse 102 gebündelt, um so ein Linearbild auf einer reflektierenden Oberfläche 103r des Polygonspiegels 103 auszubilden. Der Polygonspiegel 103 dreht um eine Drehachse 103c mit Zehntausenden von Umdrehungen pro Minute, und die f-θ-Linse 104 ist ein optisches System, welches eine gleichförmige Winkelgeschwindigkeitsbewegung von von der reflektierenden Oberfläche 103r her einfallendem Licht in eine gleichförmige Bewegung umwandelt, wodurch ein durch die reflektierende Oberfläche 103r des Polygonspiegels 103 reflektiertes Lichtbündel mit einer gleichseitigen Geschwindigkeit abgelenkt wird und die Zieloberfläche 106 in der Richtung Y abtastet. Die anamorphotische Linse macht von der f-θ-Linse 104 her einfallendes Licht senkrecht (Richtung X) zur Hauptabtastrichtung (Richtung Y) konvergent, um so ein Bild auf der Zieloberfläche 106 auszubilden.
Wie in 11 gezeigt, tastet der Lichtstrahl die Zieloberfläche 106 über eine Abtastlinienlänge W hinweg ab, weshalb die f-θ-Linse 104 einen breiten Gesamtsehwinkel θ haben muss. Ferner hat die Größe eines Bildes in letzter Zeit so zugenommen, dass eine optische Abtastvorrichtung, die eine große Zeilenlinienlänge W hat, erforderlich ist. Wenn f die Gesamtbrennweite der f-θ-Linse 104 bei der Arbeitswellenlänge für das Lichtbündel darstellt, gilt die folgende Beziehung: W = fθ
Wenn die Abtastlinienlänge W unter Konstanthaltung des Gesamtsichtwinkels θ vergrößert wird, wird daher der Brennweite f der f-θ-Linse 104 vergrößert. Um die Abtastlinienlänge W unter Konstanthaltung der Brennweite f der f-θ-Linse 104 zu erhöhen, muss andererseits der Gesamtsehwinkel θ erhöht werden. In diesem Fall wird die Apertur der f-θ-Linse 104 so erhöht, dass es schwierig ist, die f-θ-Linse 104 exakt zu gestalten und optische Aberrationswerte derselben zu korrigieren, womit ohne Weiteres die Kosten für die f-θ-Linse 104 zunehmen.
Dass eine optische Abtastvorrichtung kompakter wird, wurde auch in den letzten Jahren gefordert. Wie in 13 gezeigt, ist eine in eine optische Abtastvorrichtung eingebaute f-θ-Linse 104 aus drei Gruppen von Linsen, d.h., einer ersten Linse 111 mit negativer Brechkraft, einer zweiten Linse 112 mit positiver Brechkraft und einer dritten Linse 113 mit positiver Brechkraft gebildet. Zwischen der Gesamtlänge L (Fläche-Fläche-Abstand zwischen einer eingangsseitigen gekrümmten Oberfläche 111i der ersten Linse 111 und einer ausgangsseitigen gekrümmten Oberfläche 113e der dritten Linse 113) der f-θ-Linse 104 und der Gesamtbrennweite f gilt die folgende Beziehung: 0,100 ≤ L/f ≤ 0,108
Die Gesamtlänge L überschreitet also 0,100 × f. Eine f-θ-Linse, bei der die optischen Eigenschaften sich auch dann nicht verschlechtern, wenn die Gesamtlänge L weiter reduziert wird, wurde in jüngster Zeit gefordert.
Eine optische Abtastvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus US 2002/0030158 A1 bekannt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die Erfindung ist auf eine optische Abtastvorrichtung gerichtet, die ein Lichtbündel, wie etwa einen Laserstrahl, zur Abtastung eine Objekts reflektiert/ablenkt.
Gemäß der Erfindung ist die optische Abtastvorrichtung wie in Anspruch 1 definiert.
Ein kompaktes optisches Abbildungssystem lässt sich mit einer Gesamtlänge L kleiner verglichen mit einer Brennweite f ausbilden, indem der Ausdruck (1) erfüllt wird, womit eine kompakte optische Abtastvorrichtung verwirklicht wird. Ferner kann das optische Abtastsystem eine Verbiegung einer meridionalen Bildfläche geeignet korrigieren, indem der Ausdruck (2) erfüllt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind beide Bedingungen der obigen Ausdrücke (1) und (2) miteinander kompatibel, wodurch eine kompakte optische Abtastvorrichtung mit hohem optischem Leistungsvermögen hergestellt werden kann.
Vorzugsweise sind die erste Linse, die zweite Linse und die dritte Linse aus einem optischen Material hergestellt, das den folgenden Ausdruck (4) auf der Grundlage einer Abbe'schen Teilzahl υ, wie sie im folgenden Ausdruck (3) definiert ist, erfüllt:
1,40 ≤ υpsυng ≤ 1,70 (4) wobei N_A einen Brechungsindex in Bezug auf die Mittelwellenlänge eines Arbeitswellenbereichs des Lichtbündels, N_MIN einen Brechungsindex in Bezug auf die Untergrenze des Arbeitswellenbereichs des Lichtbündels und N_MAX einen Brechungsindex in Bezug auf die Obergrenze des Arbeitswellenbereichs des Lichtbündels in dem obigen Ausdruck (3) darstellt, während υ_ps die Abbe'sche Teilzahl der zweiten Linse und der drit ten Linse und υ_ng die Abbe'sche Teilzahl der ersten Linse in obigem Ausdruck (4) darstellt.
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine chromatische Aberration auf der Achse innerhalb einer Toleranz zu korrigieren, kann durch Erfüllung des obigen Ausdruck (4) verwirklicht werden.
Stärker bevorzugt erfüllt das erste optische Abbildungssystem den folgenden Ausdruck (5): 0,26 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5)wobei im obigen Ausdruck (5) f1 die Brennweite der ersten Linse darstellt.
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, ein Verbiegen einer meridionalen Bildfläche weiter zu korrigieren, kann durch Erfüllung des obigen Ausdrucks (5) verwirklicht werden.
Stärker bevorzugt ist das erste optische Abbildungssystem so ausgebildet, dass der folgende Ausdruck (6) erfüllt ist: 0,41 ≤ f3f ≤ 0,66 (6)wobei in dem obigen Ausdruck (6) f3 die Brennweite der dritten Linse darstellt.
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine Abtasteigenschaft eines Lichtbündels zu verbessern, kann durch Erfüllung des obigen Ausdrucks (6) verwirklicht werden.
Stärker bevorzugt ist ein weiteres optisches Abbildungssystem, welches das von der Lichtquelle abgegebene Lichtbündel nur in Richtung der Drehachse des Lichtablenkers bündelt und das Lichtbündel auf eine reflektierende Oberfläche des Lichtablenkers abbildet, ferner im Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Lichtablenker vorgesehen, wobei das erste optische Abbildungssystem ferner eine anamorphotische Linse aufweist, die das von der dritten Linse abgehende Lichtbündel in Richtung der Drehachse des Lichtablenkers bündelt und das Lichtbündel auf der Zieloberfläche abbildet.
Wenn eine Versetzung in Senkrechtheit der reflektierenden Oberfläche des Lichtablenkers vorhanden ist, kann eine Neigung des reflektierten Lichts, die von dieser Versetzung herrührt, so korrigiert werden, dass das Lichtbündel exakt die Zieloberfläche mit einer regelmäßigen Teilung abtasten kann.
Wenn ein Lichtbündel mit einer Mittelwellenlänge von etwa 405 nm verwendet wird, erfüllt stärker bevorzugt das optische Material den folgenden Ausdruck (4A) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von 405 nm: 1,44 ≤ υpsυng ≤ 1,70 (4A)
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, chromatische Aberration auf der Achse innerhalb eines geeigneten Bereichs zu korrigieren, lässt sich insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 405 nm verwirklichen.
Wenn das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 405 nm verwendet wird, erfüllt stärker bevorzugt das erste optische Abbildungssystem den folgenden Ausdruck (5A) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 405 nm: 0,28 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5A)
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, die Verbiegung einer meridionalen Bildfläche geeignet zu korrigieren, kann insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 405 nm verwirklicht werden.
Wenn ein Lichtbündel mit einer Mittelwellenlänge von etwa 635 nm verwendet wird, erfüllt stärker bevorzugt das erste optische Abbildungssystem den folgenden Ausdruck (2B): 0,11 ≤ r1r3 ≤ 0,25 (2B)
Ein kompaktes optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine Verbiegung einer meridionalen Bildfläche geeignet zu korrigieren, kann insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm verwirklicht werden.
Bei Verwendung des Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm, erfüllt stärker bevorzugt das optische Material den folgen den Ausdruck (4B) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm: 1,50 ≤ υpsυng ≤ 1,62 (4B)
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine chromatische Aberration auf der Achse innerhalb eines geeigneten Bereichs zu korrigieren, kann insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm verwirklicht werden.
Bei Verwendung des Lichtbündels mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm, erfüllt stärker bevorzugt das erste optische Abbildungs system den folgenden Ausdruck (5B) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm: 0,30 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5B)
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine Verbiegung einer meridionalen Bildfläche geeignet zu korrigieren, lässt sich insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm verwirklichen.
Wenn ein Lichtbündel mit einer Mittelwellenlänge von etwa 785 nm verwendet wird, erfüllt stärker bevorzugt das erste optische Abbildungssystem den folgenden Ausdruck (2C): 0,12 ≤ r1r3 ≤ 0,21 (2C)
Ein kompaktes optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine Verbiegung einer meridionalen Bildfläche geeignet zu korrigieren, kann insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm verwirklicht werden.
Wenn das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm verwendet wird, erfüllt stärker bevorzugt das erste optische Abbildungssystem den folgenden Ausdruck (4C) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm: 1,40 ≤ υpsυng ≤ 1,70 (4C)
Ein kompaktes optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, eine chromatische Aberration auf der Achse innerhalb eines geeigneten Bereichs zu korrigieren, kann insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm verwirklicht werden.
Wenn das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm verwendet wird, erfüllt das optische Abbildungssystem stärker bevorzugt den folgenden Ausdruck (5C) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm: 0,26 ≤ |f1|f ≤ 0,31 (5C)
Ein optisches Abbildungssystem, das in der Lage ist, ein Verbiegung einer meridionalen Bildfläche geeignet zu korrigieren, kann insbesondere in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm verwirklicht werden.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte optische Abtastvorrichtung, welche eine f-θ-Linse mit kleiner Gesamtlänge L und hohem optischen Leistungsvermögen aufweist, auch dann zu schaffen, wenn eine Brennweite f sowie eine Abtastlinienlänge W vergrößert sind.
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm, welches den Gesamtaufbau einer optischen Abtastvorrichtung gemäß allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Vertikalschnittansicht, die die in 1 gezeigte optische Abtastvorrichtung längs einer optischen Achse entwickelt;
3 ist eine schematische Schnittansicht einer f-θ-Linse gemäß den einzelnen Ausführungsformen;
4 ist ein Diagramm der sphärischen Aberration einer f-θ-Linse gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist ein Astigmatismusdiagramm der f-θ-Linse gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der f-θ-Charakteristik;
7 ist ein Diagramm der sphärischen Aberration einer f-θ-Linse gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Astigmatismusdiagramm der f-θ-Linse gemäß der zweiten Ausführungsform;
9 ist ein Diagramm der sphärischen Aberration einer f-θ-Linse gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Astigmatismusdiagramm der f-θ-Linse gemäß der dritten Ausführungsform;
11 ist ein Diagramm, welches eine herkömmliche optische Abtastvorrichtung entwickelt längs einer Y-Z-Ebene zeigt;
12 ist ein Längsschnitt der in 11 gezeigten optischen Abtastvorrichtung entwickelt längs einer optischen Achse; und
13 ist eine schematische Schnittansicht, die eine herkömmliche f-θ-Linse zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
Gesamtaufbau der optischen Abtastvorrichtung
1 ist eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau einer optischen Abtastvorrichtung gemäß den einzelnen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 gezeigte Richtungen X, Y und Z sind senkrecht zueinander. 1 zeigt den schematischen Aufbau der optischen Abtastvorrichtung in einer Y-Z-Ebene parallel zur Ebene der 1. 2 ist eine Vertikalschnittansicht, die die in 1 gezeigte optische Abtastvorrichtung längs einer optischen Achse zeigt.
Diese optische Abtastvorrichtung umfasst ein erstes optisches Abbildungssystem, welches aus einer f-θ-Linse 6 und einer anamorphotischen Linse 10 besteht, ein zweites optisches Abbildungssystem, welches aus einer Kollimatorlinse 2 und einer Zylinderlinse 3, einem Planspiegel 4 und einem Lichtablenker 5 mit einem Polygonspiegel besteht. Diese Ausführungsform verwendet einen Polygonspiegel als Lichtablenker 5, die vorliegende Erfindung beschränkt sich jedoch nicht darauf, sondern es kann alternativ auch ein Galvanometerspiegel oder dgl. verwendet werden.
Eine Lichtquelle 1, die aus einem Halbleiterlaser besteht, strahlt ein Lichtbündel 12 mit einer vorgeschriebenen Mittelwellenlänge ein und gibt dieses auf die Kollimatorlinse 2 hin aus. In dem ersten optischen Abbildungssystem macht die Kollimatorlinse 2 das einfallende Lichtbündel 12 zu einem Parallelbündel. Die Zylinderlinse 3 bündelt dann das von der Kollimatorlinse 2 her einfallende Licht nur in der Richtung (X-Richtung) einer Drehachse 5c des Lichtablenkers 5. Ein von der Zylinderlinse 3 abgehendes Lichtbündel 12b wird durch den Planspiegel 4 reflektiert und bildet danach ein Linearbild auf einer reflektierende Fläche 5r des Lichtablenkers 5 aus.
Die reflektierende Fläche 5r des Lichtablenkers 5 ist parallel zur Drehachse 5c ausgearbeitet. Diese reflektierende Fläche 5r dreht um die Drehachse 5c mit hoher Winkelgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn und lenkt so das von der reflektierenden Fläche 5r reflektierte Lichtbündel 12c in Richtung (Z-Richtung) der optischen Achse der f-θ-Linse 6 zur Durchführung einer Abtastung ab. Die das erste optische Abbildungssystem bildende f-θ-Linse 6, die eine solche Verzeichnungscharakteristik hat, dass das Produkt der Brennweite f und eines halben Sehwinkels ω eine ideale Bildhöhe y definiert, lässt das Einfallslichtbündel 12c, das mit der gleichbleibenden Winkelgeschwindigkeit abgelenkt wird, eine Zieloberfläche 11 in einer Hauptabtastrichtung (Y-Richtung) mit gleichförmiger Geschwindigkeit abtasten.
Die anamorphotische Linse 10 bündelt ein von der f-θ-Linse 6 einfallendes Lichtbündel 12d in einer Nebenabtastrichtung (X-Richtung) senkrecht zur Hauptabtastrichtung (Y-Richtung) und ebenso senkrecht zur optischen Achse der f-θ-Linse 6 zur Ausbildung eines Bildes auf der Zieloberfläche 11. Diese anamorphotische Linse 10 hat eine Charakteristik der Korrektur einer Versetzung von reflektiertem Licht, die von einer Versetzung der Senkrechtheit der reflektierenden Oberfläche 5r des Lichtablenkers 5 herrührt (pyramidale Fehlerkorrektur) sowie eine Charakteristik der Korrektur einer Krümmung einer sagittalen Bildfläche, die später noch beschrieben wird. Der Lichtablenker 5 ist in schnittpolygonaler Weise mit einer Anzahl reflektierender Flächen ausgebildet. Jede reflektierende Fläche kann infolge einer Streuung der Genauigkeit der Fertigungsbearbeitung gegenüber der Richtung der Drehachse 5c leicht in radialer Richtung geneigt sein. Die Ablenkungsrichtung des auf die f-θ-Linse 6 einfallenden Lichtbündels 12c ist infolge einer solchen Neigung der reflektierenden Fläche leicht in der X-Richtung versetzt. Gemäß dieser Ausführungsform ist, wie in 2 gezeigt, die anamorphotische Linse 10, die das Lichtbündel 12d in der Nebenabtastrichtung bündelt, eingeführt, wodurch die reflektierende Fläche 5r und die endgültige Bildfläche auf der Zieloberfläche 11 in optisch konjugierter Beziehung stehen. Auch wenn die Wanderrichtung des Lichtbündels 12c infolge einer Neigung der reflektierenden Fläche 5r leicht versetzt ist, kann daher das Lichtbündel 12c ein Abtasten auf einen Bildpunkt, der zur reflektierenden Fläche 5r konjugiert ist, durchführen, so dass das Lichtbündel 12c die Zielfläche 11 mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit (gleichförmiger Teilung) abtasten kann.
Die f-θ-Linse 6 bildet gekrümmte Bildflächen in einer meridionalen Bildfläche und der sagittalen Bildfläche aus. Allgemein definiert ein Bündel in einer Ebene (meridionaler Ebene), die die optische Achse der f-θ-Linse 6 und einen Hauptstrahl enthält, ein meridionales Bündel. Bei dieser optischen Abtastvorrichtung ist die meridionale Ebene eine Y-Z-Ebene, die die optische Achse der f-θ-Linse 6 enthält und parallel zur Hauptabtastrichtung (Y-Richtung) ist, und die meridionale Bildfläche ist eine Bildfläche, die durch das meridionale Bündel in der meridionalen Ebene gebildet wird. Ein Bündel, das den Hauptstrahl enthält und senkrecht zum meridionalen Bündel ist, definiert ein sagittales Bündels. Die sagittale Bildfläche ist als Bildfläche definiert, die durch das sagittale Bündel gebildet wird. Wie später noch beschrieben wird, hat die f-θ-Linse 6 gemäß dieser Ausführungsform die optische Leistung einer Korrektur der Krümmung der meridionalen Bildfläche. Ferner hat die anamorphotische Linse 10, bei der die Brechkraft in der Hauptabtastrichtung (Y-Richtung) und diejenige in der Nebenabtastrichtung (X-Richtung) verschieden voneinander sind, die optische Leistung einer Bündelung und Abbildung des einfallenden Lichtbündels 12d in der Nebenabtastrichtung unter gleichzeitiger Korrektur einer Krümmung der sagittalen Bildfläche desselben.
Bei dieser Ausführungsform sind die anamorphotische Linse und die f-θ-Linse 6 voneinander getrennt, die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht darauf, sondern es kann alternativ auch die anamorphotische Linse 10 mit der f-θ-Linse 6 als Teilkomponente derselben integriert sein.
Wie in 1 gezeigt, erreicht das Lichtbündel 12a, das von der Kollimatorlinse 2 auf die Zylinderlinse 3 im zweiten optischen System gerichtet ist, den Planspiegel 4 über den Lichtweg zwischen der f-θ-Linse 6 und der anamorphotischen Linse 10 im ersten optischen Abbildungssystem hinweg und wird von diesem zur Ausbildung eines Bildes auf einer Spiegelfläche des Lichtablenkers 5 reflektiert. Durch eine solche Anordnung von erstem und zweitem optischen System kann eine notwendige optische Weglänge im begrenzten Raum der optischen Abtastvorrichtung gewährleistet werden, wodurch die optische Abtastvorrichtung kompakt konstruiert werden kann. Ferner ist das Maß an Freiheit bei der Gestaltung erhöht, da die Gesamtlänge L der f-θ-Linse 6 reduziert ist, wodurch die optische Abtastvorrichtung sich leicht kompakter gestalten lässt.
Aufbau der f-θ-Linse
3 ist eine schematische Schnittansicht der vorgenannten f-θ-Linse 6. Diese f-θ-Linse 6 ist aus drei Gruppen von Linsen, d.h., einer ersten Linse 7 mit negativer Brechkraft, einer zweiten Linse 8 mit positiver Brechkraft und einer dritten Linse 9 mit positiver Brechkraft, aufgebaut, die nacheinander von einer Eintrittseite des Lichtbündels 12c aus angeordnet sind. Die Brechkraft einer jeden Linse ist als der Kehrwert (= 1/f) der Brennweite f dieser Linse definiert.
Die f-θ-Linse 6 hat die Abmessung der Gesamtlänge L in Richtung der optischen Achse. Im Einzelnen bezeichnet die Gesamtlänge L den Abstand zwischen einem Punkt Pi auf der optischen Achse einer brechenden Fläche S₁ der ersten Linse 7 auf der Eintrittsseite des Lichtbündels 12c und einem Punkt Pe auf der optischen Achse einer brechenden Fläche S₆ der dritten Linse 9 auf der Austrittsseite des Lichtbündels 12d. Wenn f die Brennweite der f-θ-Linse 6, d.h., die zusammengesetzte Brennweite der ersten bis dritten Linse 7 bis 9, darstellt, wird die f-θ-Linse 6 so ausgebildet, dass die folgende Bedingung (1) erfüllt ist: Lf < 0,100 (1)
Eine f-θ-Linse 6 mit einer Gesamtlänge L, die verglichen mit der Brennweite f extrem klein ist, kann durch Befriedigung des obigen Ausdrucks (1) hergestellt werden.
Wenn r1 den Krümmungsradius der brechenden Fläche S₁ der ersten Linse 7 auf der Eintrittseite des Lichtbündels 12c und r3 den Krümmungsradius der brechenden Fläche S₃ der zweiten Linse 8 auf der Eintrittsseite des Lichtbündels darstellt, ist die f-θ-Linse 6 ferner so ausgebildet, dass die folgende Bedingung (2) erfüllt ist: 0,10 ≤ r1r3 ≤ 0,26 (2)
Die f-θ-Linse 6 kann ein Krümmen der meridionalen Bildfläche durch Erfüllen des obigen Ausdrucks (2) korrigieren. Wenn das Verhältnis r1/r3 die obere Grenze (= 0,26) des obigen Ausdrucks (2) überschreitet, wird die meridionale Bildfläche in Bezug auf einen auf der Achse liegenden Bildpunkt zu einer Plusseite hin gekrümmt und überkorrigiert. Wenn andererseits das Verhältnis r1/r3 kleiner als die untere Grenze (= 0,10) des obigen Ausdrucks (2) ist, wird die meridionale Bildfläche in Bezug auf einen auf der Achse befindlichen Bildpunkt zur Minusseite hin gekrümmt und unterkorrigiert. Die f-θ-Linse 6 kann daher durch Einstellen des Verhältnisses r1/r3 in den durch obigen Ausdruck (2) definierten numerischen Bereich die meridionale Bildfläche geeignet abflachen. Auf dem Gebiet eines Laserdruckers beispielsweise ist der Punktdurchmesser des Lichtbündels 12d, der die Zieloberfläche 11 abtastet, vorzugsweise klein, um ein Bild mit hoher Auflösung zu erhalten. Die f-θ-Linse 6 kann den Punktdurchmesser des die Zieloberfläche 11 abtastenden Lichtpunkts 12d durch Korrigieren der Bildflächenkrümmung gleichförmig unterdrücken.
Hyaline oder ein optisches Kunststoffmaterial, definiert durch eine Abbe'sche Teilzahl υ wird vorzugsweise als optische Materialien für die erste, zweite und dritte Linse 7, 8 und 9 ausgewählt. Die Abbe'sche Teilzahl υ ist folgendermaßen definiert
wobei in obigem Ausdruck (3) N_A den Brechungsindex des optischen Materials in Bezug auf die Mittelwellenlänge des Lichtbündels 12c, N_MIN den Brechungsindex des optischen Materials in Bezug auf die untere Grenze (minimale Wellenlänge) des Arbeitswellenbereichs des Lichtbündels 12c und N_MAX den Brechungsindex des optischen Materials in Bezug auf die obere Grenze (maximale Wellenlänge) des Arbeitswellenbereichs des Lichtbündels 12c darstellt. Der Nenner der Abbe'schen Teilzahl υ drückt die Brechungsindexänderung in Bezug auf die Wellenlängenänderung zwischen der maximalen und der minimalen Wellenlänge des Lichtbündels 12c aus, und die Abbe'sche Teilzahl υ drückt das Verhältnis des Brechungsindex N_A in Bezug auf die Brechungsindexänderung aus. Die Dispersivität des optischen Materials wird mit abnehmender Abbe'schen Teilzahl υ erhöht, während mit Verminderung ersterer letztere erhöht wird.
Zwischen der Abbe'schen Teilzahl υ_ng der ersten Linse 7 mit negativer Brechkraft und der Abbe'schen Teilzahl υ_ps der zweiten und dritten Linse 8 und 9 mit positiver Brechkraft gilt vorzugsweise folgende Bedingung (4): 1,40 ≤ υpsυng ≤ 1,70 (4)
Chromatische Aberration enthält chromatische Aberration auf der Achse (Differenz der Bildposition auf der optischen Achse, die mit der Wellenlänge eines Lichtbündels variiert) und chromatische Aberration durch Vergrößerung (Differenz in der Bildposition in Bildhöhenrichtung, die mit der Wellenlänge des Lichtbündels variiert). Die chromatische Aberration auf der Achse der f-θ-Linse 6 kann innerhalb einer Toleranz durch Auswahl der Dispersivität des optischen Materials für die erste Linse so, dass sie höher ist als diejenige des optischen Materials für die zweite und dritte Linse 8 und 9, und durch Einstellen des Verhältnisses υ_ps/υ_ng in den durch den obigen Ausdruck (4) definierten numerischen Bereich korrigiert werden.
Zur Korrektur der Bildfeldwölbung der vorgenannten f-θ-Linse 6 gilt vorzugsweise die folgende Bedingung (5) hinsichtlich der Brennweite f1 (< 0) der vorgenannten ersten Linse 7: 0,26 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5)
Durch Erfüllung des obigen Ausdrucks (5) kann die f-θ-Linse 6 ferner die Krümmung der meridionalen Bildfläche geeignet korrigieren. Wenn das Verhältnis |f1|/f die obere Grenze (= 0,33) des obigen Ausdrucks (5) überschreitet, wird die meridionale Bildfläche in Bezug auf einen auf der Achse liegenden Bildpunkt zur Plusseite hin gekrümmt und überkorrigiert. Wenn andererseits das Verhältnis |f1|/f kleiner als die Untergrenze (= 0,26) des obigen Ausdrucks (5) ist, wird die meridionalen Bildfläche in Bezug auf einen auf der Achse liegenden Bildpunkt zur Minusseite hin gekrümmt und unterkorrigiert. Durch Einstellen des Verhältnisses |f1|/f in den durch den obigen Ausdruck (5) definierten numerischen Bereich kann daher die f-θ-Linse 6 die meridionale Bildfläche geeignet abflachen.
Zur Verbesserung der Abtastcharakteristik (Linearität) des Lichtbündels 12d, das ein Bild auf der Zieloberfläche 11 ausbildet, gilt vorzugsweise die folgende Bedingung (6) in Bezug auf die Brennweite f3 (> 0) der vorgenannten dritten Linse 9: 0,41 ≤ f3f ≤ 0,66 (6)
Der obige Ausdruck (6) drückt das Einstellen des Verhältnisses f3/f der Brennweite f3 der dritten Linse 9 zur Brennweite f der f-θ-Linse 6 in einen vorgeschriebenen Bereich aus. Wenn das Verhältnis f3/f die obere Grenze (= 0,66) des obigen Ausdrucks (6) überschreitet, wird die Abtastgeschwindigkeit des Lichtbündels 12d auf der Zieloberfläche 11 vom Mittelabschnitt zum Randabschnitt hin verlangsamt. Wenn andererseits das Verhältnis f3/f kleiner als die untere Grenze (= 0,41) des obigen Ausdrucks (6) ist, wird die Abtastgeschwindigkeit vom Mittelabschnitt zum Randabschnitt hin schneller gemacht. Wenn obige Bedingung (6) erfüllt ist, wird daher die Zeitänderung der Abtastgeschwindigkeit in eine Toleranz unterdrückt, derart, dass das Lichtbündel 12d die Zieloberfläche 11 mit einer regelmäßigen Teilung zur Ermöglichung einer Verbesserung der Bildqualität präzise abtasten kann.
Mehrere spezielle Ausführungsweisen der f-θ-Linse 6 mit vorgenanntem Aufbau werden nun beschrieben.
Erste Ausführungsform
Es wird nun eine f-θ-Linse 6 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die f-θ-Linse 6 ist so konstruiert, dass sie hinsichtlich eines Lichtbündels mit einem Arbeitswellenbereich einer Mittelwellenlänge von 405 nm, einer maximalen Wellenlänge von 410 nm und einer minimalen Wellenlänge von 400 nm bevorzugt ist. Um die optische Leistung insbesondere in Bezug auf diesen Arbeitswellenbereich zu optimieren, erfüllt die f-θ-Linse 6 vorzugsweise die folgenden Bedingungen (2A), (4A) und (5A): 0,10 ≤ r1r3 ≤ 0,26 (2A) 1,44 ≤ υpsυng ≤ 1,70 (4A) 0,28 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5A)
Ein Beispiel für eine f-θ-Linse 6 gemäß dieser Ausführungsform wird nun beschrieben. Tabelle 1 zeigt die Brennweite f und die Blendenzahl (F-Zahl) der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel und einen Arbeitswellenbereich eines in einer Lichtquelle 1 erzeugten Laserstrahls.
Tabelle 1
Wie in 3 gezeigt, haben die erste, zweite und dritte Linse 7, 8 und 9 brechende Flächen S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ und S₆. Es sollen r(1), r(2), r(3), r(4), r(5) und r(6) die Krümmungsradien der brechenden Flächen S₁, S₂, S₃, S₄, S₅ bzw. S₆ und d(i) den Fläche-Fläche-Abstand zwischen einer i-ten brechenden Fläche S_i (i: ganze Zahl von 1 bis 5) und einer (i + 1)-ten brechenden Fläche S₁₊₁ auf einer optischen Achse darstellen. Die Gesamtsumme der Fläche-Fläche-Abstände d(i), die zu den brechenden Flächen S₁ bis S₆ in Beziehung stehen, ist gleich der Gesamtlänge L der f-θ-Linse 6. Es sollen n_d(1), n_d(3) und n_d(5) die Brechungsindizes der erste, zweiten und dritten Linse 7, 8 und 9 auf d-Linie und υ_d(1), υ_d(3) und υ_d(5) die Abbe'schen Zahlen der ersten, zweiten und dritten Linse 7, 8 und 9 auf d-Linie darstellen. Tabelle 2 zeigt Werte, die optische Eigenschaften der f-θ-Linse 6 angeben.
Tabelle 2
Unter Bezug auf Tabelle 2 ist r(2) = r(5) = ∞. Dies bedeutet, dass die zweite und die fünfte brechende Fläche S₂ und S₅ ebene Formen mit Nullkrümmung haben.
Die numerischen Werte verschiedener Verhältnisse, die in den obigen Bedingungen (1), (2), (4), (5) und (6) verwendet werden, sind folgendermaßen:
wobei N_ps den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die Mittelwellenlänge 405 nm, N_ps1 den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die maximale Wellenlänge 410 nm, N_ps2 den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die minimale Wellenlänge 400 nm, N_ng den Bre chungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die Mittelwellenlänge 405 nm, N_ng1 den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die maximale Wellenlänge 410 nm und N_ng2 den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die minimale Wellenlänge 400 nm darstellt.
Es versteht sich, dass in diesem Beispiel die numerischen Werte der vorgenannten Verhältnisse L/f, r1/r2, υ_ps/υ_ng, |f1|f und f3/f die Bedingungen (1), (2A), (4A), (5A) und (6) erfüllen.
Die sphärische Aberration (longitudinale Aberration) der f-θ-Linse 6 mit den oben erwähnten optischen Eigenschaften wurde gemessen. 4 ist ein Diagramm für die sphärische Aberration in Bezug auf ein Lichtbündel mit dem Arbeitswellenbereich von drei Wellenlängen (405 nm, 400 nm und 410 nm). Ein Punkt, wo das durch die f-θ-Linse 6 gebrochene Lichtbündel die optische Achse schneidet, variiert mit dem Höheneintritt in eine Eintrittspupille (Radius der Eintrittspupille). Unter Bezug auf das Diagramm der 4 für die sphärische Aberration zeigt die vertikale Achse Pupillenkoordinaten, die ein Ende des Radius der Eintrittspupille auf „1" normieren und die horizontale Achse zeigt die Stelle, wo das durch f-θ-Linse 6 gebrochene Lichtbündel die optische Achse schneidet, d.h., die sphärische Aberration ΔS₂ (Einheit: mm). Aberrationskurven 20c, 20u und 20d entsprechen den Wellenlängen 405 nm, 410 nm bzw. 400 nm des Lichtbündels. Unter Bezug auf 4 bezeichnet 22 ferner eine teilvergrößerte Ansicht, welche die Aberrationskurven 20c, 20u und 20d um Pupillenkoordinaten herum wiedergeben, die den Nullwert zeigen, und 23 bezeichnet eine teilvergrößerte Ansicht, die die Aberrationskurven 20c, 20u und 20d um Pupillenkoordinaten herum wiedergeben, die den Wert „1" zeigen.
Man erkennt am in 4 gezeigten Ergebnis der Messung der sphärischen Aberration ΔS₂, dass die chromatische Aberration auf der Achse zwischen der Mittelwellenlänge 405 nm und der maximalen Wellenlänge 410 nm 0,018 mm ist, die chromatische Aberration auf der Achse zwischen der maximalen Wellenlänge 410 nm und der minimalen Wellenlänge 400 nm 0,0066 mm ist und die chromatische Aberration auf der Achse geeignet korrigiert wurde.
Astigmatismus (longitudinale Aberration) der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel wurde gemessen. 5 ist ein zu dem Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge 405 nm in Beziehung stehendes Astigmatismusdiagramm. Unter Bezug auf 5 zeigt die horizontale Achse eine Verschiebung ΔS₃ (Einheit: mm) einer meridionalen Bildfläche und einer sagittalen Bildfläche gegenüber einem Achsenbildpunkt, und die vertikale Achse zeigt einen halben Sehwinkel (Einheit: °). Unter Bezug auf 5 bezeichnet ferner 21M eine Aberrationskurve der meridionalen Bildfläche und 21S eine Aberrationskurve der sagittalen Bildfläche. Aus 5 ergibt sich, dass die meridionale Bildfläche verhältnismäßig flach korrigiert wurde.
Hinsichtlich einer f-θ-Charakteristik, die die Abtastcharakteristik der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel indiziert, wurde ein ausgezeichneter numerischer Wert von 0,33 % gewonnen. Die f-θ-Charakteristik wird nach folgendenden Vorgängen A bis E gemessen:

Vorgang A: Der Gesamtsehwinkel 8 der f-θ-Linse 6 wird zur Berechnung eines mittleren Drehwinkels <θ> des Lichtablenkers 5 gleichmäßig folgendermaßen in 10 Teile unterteilt: <θ> = θ/10/2 Wie in 6 gezeigt, wird einfallendes Licht 15 durch den Lichtablenker 5 in Bezug auf den mittleren Drehwinkel <θ> des Lichtablenkers 5 abgelenkt und aus einem Lichtbündel 16 in ein Lichtbündel 16' mit einer Winkeländerung 2 × <θ> abgelenkt. In einem Idealzustand, wo ein Lichtbündel eine Zieloberfläche 11 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit abtastet, ist der Abtastabstand des Lichtbündels in Bezug auf den mittleren Drehwinkel <θ> W/10 (W = fθ: Abtastlinienlänge).
Vorgang B: Die Lage der mit dem Lichtbündel bestrahlten Zieloberfläche 11 wird an jedem Punkt gemessen, wenn der Lichtablenker 5 mit einem mittleren Drehwinkel <θ> dreht. Es werden also 11 Einstrahlungspositionen Y₁ bis Y₁₁ in einer Zeitdauer zwischen Beginn und Ende einer einzelnen Abtastung gemessen. Im Idealzustand, wo das Lichtbündel die Zieloberfläche 11 mit gleichförmiger Geschwindigkeit abtastet, werden die Einstrahlungspositionen Y₁ bis Y₁₁ folgendermaßen unter der Annahme ausgedrückt, dass Y₁ die Abtaststartposition auf der Zieloberfläche 11 ausdrückt: Y2 = Y1 + W/10 Y3 = Y2 + W/10 ... Yn+1 = Yn + W/10 Y11 = Y10 + W/10
Vorgang C: Der Objektabstand Y_n+1 – Y_n (n = 1 bis 10) zwischen jedem benachbarten Paar von Einstrahlungspositionen wird berechnet. Der Objektabstand Y_n+1 – Y_n ist ersichtlich im Wesentlichen proportional zur Abtastgeschwindigkeit des Lichtbündels zwischen den einzelnen Paaren von Einstrahlungspositionen.
Vorgang D: Das Verhältnis D_n des Objektabstands Y_n+1 – Y_n zum Zwischeneinstrahlungspositionsabstand W/10 im Idealzustand wird be rechnet. Diese Verhältnis D_n (n = 1 bis 10) wird mit folgendem Ausdruck (7) berechnet: Dn = (Yn+1 = Yn)/(W/10) (7)
Vorgang E: Wenn D_max und D_min den Maximal- und den Minimalwert des Verhältnisses D_n (n = 1 bis 10) darstellen und D_ave das arithmetische Mittel des Verhältnisses D_n darstellt, wird die f-θ-Charakteristik (Einheit: Prozent) nach folgendem Ausdruck (8) berechnet: f-θ Charakteristik = 100 × (Dmax – Dmin)/Dave (8)

Mit Verminderung des Wertes der f-θ-Charakteristik wird die Linearität der f-θ-Linse 6 so verbessert, dass das Lichtbündel die Zieloberfläche 11 mit einer regelmäßigen Teilung abtasten kann.
Tabelle 3 zeigt Messwerte für die vorgenannte Einstrahlungsposition Y_n, den vorgenannten Abstand Y_n+1 – Y_n und das vorgenannte Verhältnisses D_n.
Tabelle 3

Dn = (Yn+1 = Yn)/W/10

Tabelle 4 zeigt den maximalen Wert D_max, den minimalen Wert D_min und das arithmetische Mittel D_ave des Verhältnisses D_n und die über die Messwerte aus Tabelle 3 berechneten Werte der f-θ-Charakteristik.
Tabelle 4
Zweite Ausführungsform
Eine f-θ-Linse 6 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die f-θ-Linse 6 ist so aufgebaut, dass sie hinsichtlich eines Lichtbündels mit einem Arbeitswellenbereich einer Mittelwellenlänge von 635 nm, einer maximalen Wellenlänge von 645 nm und einer minimalen Wellenlänge von 625 nm bevorzugt ist. Zur Optimierung der optischen Leistung, insbesondere in Bezug auf diesen Arbeitswellenbereich, erfüllt die f-θ-Linse 6 vorzugsweise die folgenden Bedingungen (2B), (4B) und (5B): 0,11 ≤ r1r3 ≤ 0,25 (2B) 1,50 ≤ υpsυng ≤ 1,62 (4B) 0,30 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5B)
Ein Beispiel für eine f-θ-Linse 6 gemäß dieser Ausführungsform wird nun beschrieben. Tabelle 5 zeigt die Brennweite f und die Blendenzahl (F-Zahl) der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel sowie einen Arbeitswellenbereich eines von einer Lichtquelle 1 eingestrahlten Laserbündels.
Tabelle 5
Tabelle 6 zeigt Werte, die die optische Charakteristik der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel angeben.
Tabelle 6
Numerische Werte verschiedener Verhältnisse, die in obigen Bedingungen (1), (2), (4), (5) und (6) verwendet werden, sind folgendermaßen:
wobei N_ps den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die Mittelwellenlänge 635 nm, N_ps1 den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die maximale Wellenlänge 645 nm, N_ps2 den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die minimale Wellenlänge 625 nm, N_ng den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die Mittelwellenlänge 635 nm, N_ng1 den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die maximale Wellenlänge 645 nm und N_ng2 den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die minimale Wellenlänge 625 nm darstellt.
Es versteht sich, dass die numerischen Werte von Verhältnissen L/f, r1/r3, υ_ps/υ_ng, |f1|f und f3/f die Bedingungen (1), (2B), (4B), (5B) und (6) in diesem Beispiel erfüllen.
Die chromatische Aberration auf der Achse, Astigmatismus und f-θ-Charakteristik der f-θ-Linse 6 mit den oben genannten optischen Eigenschaften wurde nach einem Verfahren ähnlich demjenigen bei der vorgenannten ersten Ausführungsform, mit Ausnahme des Arbeitswellenbereichs, gemessen.
7 ist ein Diagramm der sphärischen Aberration in Bezug auf ein Lichtbündel mit dem Arbeitswellenbereich der drei Wellenlängen (625 nm, 635 nm und 645 nm). Das in 7 gezeigte Aberrationsdiagramm trägt Aberrationskurven 30c, 30u und 30d in Bezug auf die mittlere, maximale und minimale Wellenlänge 635 nm, 645 nm und 625 nm auf. Unter Bezug auf 7 bezeichnet 32 eine teilweise vergrößerte Ansicht, die die Aberrationskurven 30c, 30u und 30d um Pupillenkoordinaten herum wiedergeben, die den Nullwert zeigen, und 33 ein teilweise vergrößerte Ansicht, welche die Aberrationskurven 30c, 30u und 30d um den Wert „1" zeigende Pupillenkoordinaten herum wiedergeben. Am in 7 gezeigten Ergebnis der Messung der sphärischen Aberration ΔS₂ erkennt man, dass die chromatische Aberration auf der Achse zwischen der maximalen Wellenlänge 645 nm und der minimalen Wellenlänge 625 nm 0,0528 mm beträgt und die chromatische Aberration auf der Achse geeignet korrigiert wurde.
8 ist ein Astigmatismusdiagramm in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge 635 nm. Unter Bezug auf 8 bezeichnet 31S einen Aberrationskurve einer sagittalen Bildfläche und 31M eine Aberrationskurve einer meridionalen Bildfläche. Aus 8 ergibt sich, dass die meridionale Bildfläche relativ flach korrigiert worden ist.
Hinsichtlich der f-θ-Charakteristik der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel wurde ein ausgezeichneter numerischer Wert von 0,25 % erzielt. Tabelle 7 zeigt Messwerte für die einzelnen Einstrahlungspositionen Y_n, Abstände Y_n+1 – Y_n und Verhältnisse D_n.
Tabelle 7

Dn = (Yn+1 = Yn)/(W/10)

Tabelle 8 zeigt den Maximalwert D_max, den Minimalwert D_min und das arithmetische Mittel D_ave des Verhältnisses D_n sowie die Werte der f-θ-Charakteristik, die über die Messwerte aus Tabelle 7 berechnet sind.
Tabelle 8
Dritte Ausführungsform
Eine f-θ-Linse 6 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Die f-θ-Linse 6 ist so aufgebaut, dass sie hinsichtlich eines Lichtbündels mit einem Arbeitswellenbereich einer Mittelwellenlänge von 785 nm, einer maximalen Wellenlänge von 800 nm und einer minimalen Wellenlänge von 770 nm bevorzugt ist. Um die optische Leistung, insbesondere in Bezug auf diesen Arbeitswellenbereich zu optimieren, erfüllt die f-θ-Linse 6 vorzugsweise die folgenden Bedingungen (2C), (4C) und (5C): 0,12 ≤ r1r3 ≤ 0,21 (2C) 1,40 ≤ υpsυng ≤ 1,70 (4C) 0,26 ≤ |f1|f ≤ 0,31 (5C)
Ein Beispiel für eine f-θ-Linse 6 gemäß dieser Ausführungsform wird nun beschrieben. 9 zeigt die Brennweite f und die Blendenzahl (F-Zahl) der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel sowie einen Arbeitswellengbereich eines von einer Lichtquelle 1 eingestrahlten Laserbündels.
Tabelle 9
Tabelle 10 zeigt Werte, die die optische Charakteristik der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel angeben.
Tabelle 10
Numerische Werte verschiedener Verhältnisse, die in obigen Bedingungen (1), (2), (4), (5) und (6) verwendet werden, sind folgendermaßen:
wobei N_ps den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die Mittelwellenlänge 785 nm, N_ps1 den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die maximale Wellenlänge 800 nm, N_ps2 den Brechungsindex der zweiten und der dritten Linse 8 und 9 in Bezug auf die minimale Wellenlänge 770 nm, N_ng den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die Mittelwellenlänge 785 nm, N_ng1 den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die maximale Wellenlänge 800 nm und N_ng2 den Brechungsindex der ersten Linse 7 in Bezug auf die minimale Wellenlänge 770 nm darstellt.
Es versteht sich, dass der numerische Wert von Verhältnissen L/f, r1/r3, υ_ps/υ_ng, |f1|f und f3/f die Bedingungen (1), (2C), (4C), (5C) und (6) in diesem Beispiel erfüllen.
Chromatische Aberration auf der Achse, Astigmatismus und f-θ-Charakteristik der f-θ-Linse 6 mit vorgenannten optischen Eigenschaften wurden nach einem Verfahren ähnlich demjenigen in der vorgenannten ersten Ausführungsform, mit Ausnahme des Arbeitswellenbereichs, gemessen.
9 ist ein Diagramm für die sphärische Aberration in Bezug auf ein Lichtbündel mit dem Arbeitswellenbereich von drei Wellenlängen (770 nm, 785 nm und 800 nm). Das in 9 gezeigte Aberrationsdiagramm trägt Aberrationskurven 40c, 40u und 40d in Bezug auf die mittlere, maximale und minimale Wellenlänge 785 nm, 800 nm und 770 nm auf. Unter Bezug auf 9 bezeichnet 42 eine teilvergrößerte Ansicht, die die Aberrationskurven 40c, 40u und 40d um Pupillenkoordinaten herum wiedergeben, die den Nullwert zeigen, und 43 eine teilvergrößerte Ansicht, die die Aberrationskurven 40c, 40u und 40d um Pupillenkoordinaten herum wiedergeben, die den Wert „1" zeigen. Aus dem in 9 gezeigten Ergebnis der Messung der sphärischen Aberration ΔS₂ erkennt man, dass die chromatische Aberration auf der Achse zwischen der maximalen Wellenlänge 800 nm und der minimalen Wellenlänge 770 nm 0,0956 mm beträgt und die chromatische Aberration auf der Achse geeignet korrigiert wurde.
10 ist ein Astigmatismusdiagramm, das zu dem Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge 785 nm in Beziehung steht. Unter Bezug auf 10 bezeichnet 41S einen Aberrationskurve einer sagittalen Bildfläche und 41M eine Aberrationskurve einer meridionalen Bildfläche. Aus 10 ergibt sich, dass die meridionale Bildfläche relativ flach korrigiert wird.
Hinsichtlich der f-θ-Charakteristik der f-θ-Linse 6 gemäß diesem Beispiel wurde ein ausgezeichneter numerischer Wert von 0,37 % erzielt. Tabelle 11 zeigt Messwerte für die einzelnen Einstrahlungspositionen Y_n, Abstände Y_n+1 – Y_n und Verhältnisse D_n.
Tabelle 11

Dn = (Yn+1 = Yn)/(W/10)

Tabelle 12 zeigt den Maximalwert D_max, den Minimalwert D_min und das arithmetische Mittel D_ave des Verhältnisses D_n sowie die Werte der f-θ-Charakteristik, die über die Messwerte aus Tabelle 11 berechnet sind. Tabelle 12
Die Erfindung ist im Einzelnen beschrieben worden, die vorstehende Beschreibung ist jedoch in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Abwandlungen und Änderungen ins Auge gefasst werde können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Optische Abtastvorrichtung, welche aufweist: eine Lichtquelle; einen Lichtablenker (5), eingerichtet für ein periodisches Reflektieren eines von der Lichtquelle (1) abgegebenen Lichts für eine periodische Ablenkung des Lichtbündels; eine Zieloberfläche; und ein erstes optisches Abbildungssystem, welches in einem Lichtweg zwischen dem Lichtablenker (5) und der Zieloberfläche (11) angeordnet ist und eine solche Verzeichnungscharakteristik aufweist, dass das Produkt aus der Brennweite und einem halben Sehwinkel eine ideale Bildhöhe zum Abbilden des mit dem Lichtablenker abgelenkten Lichtbündels auf die Zieloberfläche definiert, wobei das erste optische Abbildungssystem eine erste Linse (7) mit negativer Brechkraft, eine zweite Linse (8) mit positiver Brechkraft und eine dritte Linse (9) mit positiver Brechkraft hintereinander von einer Eintrittseite für das Lichtbündel aus aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sie den folgenden Ausdrücken (1) und (2) genügt: Lf < 0,100 (1) 0,10 ≤ r1r3 ≤ 0,26 (2)wobei L die Länge zwischen einer Einfallsebene der ersten Linse (7) und einer Ausfallsebene der dritten Linse (9) längs der Richtung einer optischen Achse, f die zusammengesetzte Brennweite der ersten Linse (7), der zweiten Linse (8) und der dritten Linse (9) in obigem Ausdruck (1) darstellt, r1 den Krümmungsradius einer brechenden Grenzfläche auf der Eintrittseite für das Lichtbündel in der ersten Linse (7) und r3 den Krümmungsradius einer brechenden Grenzfläche auf der Eintrittsseite für das Lichtbündel in der zweiten Linse (8) in obigem Ausdruck (2) darstellt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Linse (7), die zweite Linse (8) und die dritte Linse (9) aus einem optischen Material hergestellt sind, das dem folgenden Ausdruck (4) auf der Grundlage einer Abbeschen Teilzahl ν, definiert in dem folgenden Ausdruck (3), genügt:

wobei N_A einen Brechungsindex in Bezug auf die Mittelwellenlänge eines Arbeits-Wellenlängenbereichs des Lichtbündels, N_MIN einen Brechungsindex in Bezug auf die Untergrenze des Arbeitswellenlängenbereichs des Lichtbündels, N_MAX einen Brechungsindex in Bezug auf die Obergrenze des Arbeitswellenlängenbereichs des ersten Lichtbündels in obigem Ausdruck (3) darstellt, ν_ps die Abbesche Teilzahl der zweiten Linse (8) und der dritten Linse (9) und ν_ng die Abbesche Teilzahl der ersten Line (7) in obigem Ausdruck (4) darstellt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das erste optische Abbildungssystem dem folgenden Ausdruck (5) genügt: 0,26 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5)wobei f1 die Brennweite der ersten Linse (7) in obigem Ausdruck (5) darstellt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das erste optische Abbildungssystem so ausgebildet ist, dass es folgendem Ausdruck (6) genügt: 0,41 ≤ f3f ≤ 0,66 (6)wobei f3 die Brennweite der dritten Linse (9) in obigem Ausdruck (6) darstellt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ferner ein zweites optische Abbildungssystem, das so eingerichtet ist, dass es das von der Lichtquelle (1) abgegebene Lichtbündel nur in Richtung der Drehachse des Lichtablenkers (5) konvergent macht und das Lichtbündel auf eine reflektierende Oberfläche des Lichtablenkers (5) abbildet, in einem Lichtweg zwischen der Lichtquelle (1) und dem Lichtablenker (5) vorgesehen ist, und das erste optische Abbildungssystem ferner eine anamorphotische Linse (10), eingerichtet, das von der dritten Linse (9) ausgehende Licht in Richtung der Drehachse des Lichtablenkers (5) konvergent zu machen und das Lichtbündel auf die Objektoberfläche (11) abzubilden, aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Lichtbündel eine Mittelwellenlänge von etwa 405 nm hat.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das optische Material dem folgenden Ausdruck (4A) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 405 nm genügt:
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das erste optische Abbildungssystem dem folgenden Ausdruck (5A) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 405 nm genügt: 0,28 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5A)
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Lichtbündel eine Mittelwellenlänge von etwa 635 nm hat und das erste optische Abbildungssystem dem folgenden Ausdruck (2B) genügt: 0,11 ≤ r1r3 ≤ 0,25 (2B)
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das optische Material dem folgenden Ausdruck (4B) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm genügt:
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das erste optische Abbildungssystem dem folgenden Ausdruck (5B) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 635 nm genügt: 0,30 ≤ |f1|f ≤ 0,33 (5B)
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Lichtbündel eine Mittelwellenlänge von etwa 785 nm hat und das erste optischer Abbildungssystem dem folgenden Ausdruck (2C) genügt: 0,12 ≤ r1r3 ≤ 0,21 (2C)
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das optische Material dem Ausdruck (4) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm genügt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das erste optische Abbildungssystem dem folgenden Ausdruck (5C) in Bezug auf das Lichtbündel mit der Mittelwellenlänge von etwa 785 nm genügt: 0,26 ≤ |f1|f ≤ 0,31 (5C)