DE69830684T2

DE69830684T2 - Optisches Abtastgerät mit diffraktiver Linse zur Kompensierung von Temperatur abhängigen Fokusverschiebungen

Info

Publication number: DE69830684T2
Application number: DE69830684T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Ohta-ku Ishibe; Kazuo Ohta-ku Fujibayashi; Koji Ohta-ku Hoshi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1998-04-15
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: EP0872754A1; US6067106A; KR100318174B1; EP1385037B1; DE69831363D1; EP0872754B1; KR19980081460A; DE69831363T2; DE69830684D1; EP1385037A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung derselben und ist insbesondere geeignet für eine Bilderzeugungsvorrichtung, wie einen Laserstrahldrucker (LBP) oder eine digitale Kopiervorrichtung, die für einen besonders feinen Druck geeignet ist, wobei ein optisches Beugungselement in einem ersten optischen System, das auf der Seite einer Lichtquelleneinrichtung relativ zu einer Lichtablenkeinrichtung angeordnet ist, und/oder in einem zweiten optischen System, das auf der Seite einer abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, vorgesehen ist und eine Aberrationsschwankung (eine Brennpunktsänderung) selbst dann nicht auftritt, wenn bei der Vorrichtung eine Umweltveränderung (insbesondere eine Temperaturveränderung) auftritt.
Bislang wurde in einer optischen Abtastvorrichtung, die in einem Laserstrahldrucker oder einer digitalen Kopiervorrichtung o.ä. Verwendung findet, ein von einer Lichtquelleneinrichtung in Übereinstimmung mit einem Bildsignal lichtmodulierter und emittierter Lichtstrahl periodisch von einer Lichtablenkeinrichtung abgelenkt, die beispielsweise einen drehbaren Polygonspiegel besitzt, und von einem optischen Abtastelement (Abbildungselement) mit fθ-Charakteristik in Punktform auf einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium (lichtempfindliche Trommel) zusammengeführt, um die Oberfläche derselben optisch abzutasten und auf diese Weise eine Bildaufzeichnung durchzuführen.
Eine optische Abtastvorrichtung dieser Art, bei der ein optisches Beugungselement bei dem optischen Abtastsystem Verwendung findet, wird beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 3-125111 vorgeschlagen. Gemäß dieser Veröffentlichung besitzt das optische System eine holographische fθ-Linse mit einem Beugungsvermögen nur in einer Hauptabtastrichtung und eine zylindrische Linse mit einem Beugungsvermögen in einer Unterabtastrichtung. Hierbei werden eine Korrektur der fθ-Charakteristik und der Oberflächenneigung sowie eine Trennung des gebeugten Lichtes erster Ordnung und von gebeugtem Licht anderer Ordnungen durchgeführt.
Die US-PS 5 486 694 beschreibt ein optisches Abtastsystem mit einem Oberflächenneigungskorrektureffekt, bei dem eine Beugungsfläche auf einer torischen Linse vorgesehen ist.
Die zylindrische Linse der offengelegten japanischen Patentanmeldung 3-125111 bietet jedoch im Vergleich zu einer herkömmlichen fθ-Linse, die eine Kombination einer Vielzahl von Linsen umfasst, Kostenvorteile, wenn sie aus einem Glasmaterial geformt ist. Allerdings ist die zylindrische Linse aus Glasmaterial im Vergleich zu Kunststofflinsen immer noch teuer. Wenn andererseits eine zylindrische Linse aus einem Kunststoffmaterial geformt wird, um die Kosten zu senken, wird durch eine Umweltveränderung, insbesondere eine Temperaturveränderung, eine Defokussierung in Unterabtastrichtung verursacht. Um dies zu verhindern, kann die zylindrische Linse nahe an die abgetastete Fläche heran gebracht werden. Wenn dies verwirklicht wird, wird die zylindrische Linse jedoch groß, was zur Folge hat, dass die gesamte Vorrichtung geräumig wird, was wiederum mit einem Anstieg der Kosten verbunden ist.
Das in der US-PS 5 486 694 beschriebene System ist mit dem Problem verbunden, dass die Verschlechterung der Aberrationen, die durch eine Veränderung des Beugungswinkels infolge der Schwankungen der Wellenlänge eines Laserstrahles verursacht wird, nicht berücksichtigt wird.
Andererseits besteht bei einem optischen Abtastelement (fθ-Linse) in einem optischen Abtastsystem die allgemeine Tendenz, aufgrund der geringeren Kosten und der Kompaktheit eine Kunststofflinse zu verwenden.
1 der beigefügten Zeichnungen ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile einer optischen Abtastvorrichtung dieser Art gemäß dem Stand der Technik. Gemäß 1 wird ein divergierender Lichtstrahl, der von einer Lichtquelleneinrichtung 81 emittiert wird, durch eine Kollimatorlinse 82 in einen im wesentlichen parallelen Lichtstrahl überführt, wobei dieser Lichtstrahl (die Lichtmenge) durch eine Blende 83 begrenzt wird und in eine zylindrische Linse 84 mit vorgegebenem Brechungsvermögen nur in einer Unterabtastrichtung eindringt. Derjenige Teil des Strahles parallelen Lichtes, der in die zylindrische Linse 84 eingedrungen ist und sich in einer Hauptabtastebene befindet, tritt intakt als Strahl parallelen Lichtes aus. Der Teil des Strahles parallelen Lichtes, der sich in einer Unterabtastebene befindet, wird zusammengeführt und im wesentlichen als lineares Bild auf der Ablenkfläche (Reflektionsfläche) 85a einer Lichtablenkeinrichtung 85, die einen drehbaren Polygonspiegel umfasst, abgebildet. Bei der Hauptabtastebene handelt es sich um eine Schnittebene eines Lichtstrahles, die mit Zeitablauf von einem von der Ablenkfläche der Lichtablenkeinrichtung abgelenkten und reflektierten Lichtstrahl gebildet wird. Die Unterabtastebene betrifft eine Schnittebene, die die optische Achse einer fθ-Linse enthält und senkrecht zur Hauptabtastschnittebene verläuft.
Der von der Ablenkfläche der Lichtablenkeinrichtung 85 abgelenkte Lichtstrahl wird auf die Oberfläche 87 einer lichtempfindlichen Trommel als abzutastende Oberfläche durch ein optisches Abtastelement (fθ-Linse) 86 mit der fθ-Charakteristik gerichtet, und die Lichtablenkeinrichtung 85 wird in Richtung des Pfeiles A gedreht, wodurch die Oberfläche 87 der lichtempfindlichen Trommel in der Richtung des Pfeiles B optisch abgetastet wird. Dadurch wird eine Bildaufzeichnung auf der Oberfläche 87 der lichtempfindlichen Trommel, die ein Aufzeichnungsmedium bildet, durchgeführt. Die Kollimatorlinse 82, die Blende 83 und die zylindrische Linse 84 bilden jeweils ein Element eines ersten optischen Systems L₈₁, während die fθ-Linse 86 ein Element eines zweiten optischen Systems L₈₂ bildet.
Bei einer optischen Abtastvorrichtung dieser Art ist es oft der Fall, dass, wie vorstehend beschrieben, von den Anforderungen nach niedrigeren Kosten und der Kompaktheit der fθ-Linse her die fθ-Linse nur eine Kunststofflinse einer asphärischen Form umfasst. Das Kunststoffmaterial besitzt jedoch die Eigenschaft, dass sich sein Brechungsindex mit Schwankungen seiner Betriebsumgebung (insbesondere mit Temperaturschwankungen) ändert, so dass daher bei einer optischen Abtastvorrichtung, bei der eine fθ-Linse, die als Kunststofflinse ausgebildet ist, Verwendung findet, durch die Umweltveränderung eine Brennpunktsänderung auftritt. Unter den gegebenen Umständen wird die Größe dieser Brennpunktsänderung so eingestellt, dass sie das tatsächliche Bild nicht beeinflusst und daher kein Problem auftritt. Wenn es jedoch gewünscht wird, den Punktdurchmesser eines kondensierten Strahles auf der abgetasteten Fläche zu verringern, um einen noch feineren Druck zu ermöglichen, oder wenn ein Versuch gemacht wird, eine fθ-Linse nahe an die Lichtablenkeinrichtung heranzubringen, um die fθ-Linse aus Kostengründen und Gründen der Kompaktheit zu verkleinern, besteht das Problem, dass die vorstehend erwähnten Brennpunktsschwankungen, insbesondere Brennpunktsschwankungen in Unterabtastrichtung, nicht zugelassen werden können.
Weitere optische Abtastvorrichtungen sind in der GB 2315563 , der JP 05-060997, der JP 06-324280 und der US 5 212 501 beschrieben.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine kompakte optische Abtastvorrichtung zu schaffen, die für einen be sonders feinen Druck geeignet ist und bei der keine Aberrationsschwankung (Brennpunktsänderung) auftritt, selbst wenn Umweltschwankungen (Temperaturänderungen und Wellenlängenänderungen der Lichtquelleneinrichtung) bei der Vorrichtung auftreten. Ferner soll eine Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer derartigen optischen Abtastvorrichtung geschaffen werden.
Die optische Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile einer optischen Abtastvorrichtung des Standes der Technik;
2 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 1 der optischen Abtastvorrichtung in einer Hauptabtastrichtung;
3 das Prinzip der Brennpunktsschwankungskorrektur in einer Unterabtastrichtung in Ausführungsform 1;
4 die Feldkrümmung von Ausführungsform 1 in Unterabtastrichtung;
5 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 2 der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung in Hauptabtastrichtung;
6 die Feldkrümmung von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung in Unterabtastrichtung;
7 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 3 der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung in Hauptabtastrichtung;
8 die Feldkrümmung von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung in Unterabtastrichtung;
9 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 4 der optischen Abtastvorrichtung in Hauptabtastrichtung;
10 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 4 in Unterabtastrichtung;
11 ein Diagramm, das die Temperaturwellenlängencharakteristik einer Laserdiode in Ausführungsform 4 zeigt;
12 eine schematische Ansicht eines Beugungsgittermusters im Schnitt;
13 eine schematische Ansicht eines Gittermusters im Schnitt eines anderen Ausführungsbeispieles einer Beugungslinse in Ausführungsform 4;
14 eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 4, wobei die Lichtbrechungsanordnung dargestellt ist;
15 eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 5 der optischen Abtastvorrichtung, wobei die Lichtbrechungsanordnung dargestellt ist;
16 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 6 der optischen Abtastvorrichtung in Hauptabtastrichtung; und
17 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile von Ausführungsform 6 in Unterabtastrichtung.
2 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile in einer Hauptabtastrichtung (Hauptabtastungsschnittansicht), wenn eine optische Abtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 bei einer Bilderzeugungsvorrichtung, wie einem Laserstrahldrucker oder einer digitalen Kopiervorrichtung, Anwendung findet.
In 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Lichtquelleneinrichtung bezeichnet, die beispielsweise einen Halbleiterlaser umfasst. Mit 2 ist eine Kollimatorlinse bezeichnet, die einen von der Lichtquelleneinrichtung 1 emittierten divergierenden Lichtstrahl in einen Strahl im wesentlichen parallelen Lichtes überführt. Mit 3 ist eine Blende bezeichnet, die den durch sie hindurchtretenden Lichtstrahl (die Lichtmenge) begrenzt und den Strahl formt.
Mit 4 ist ein optisches Beugungselement mit einer Beugungsfläche und einer ebenen Fläche bezeichnet, das als flache Platte beispielsweise aus einem Glasmaterial oder Kunststoffmaterial geformt ist, die sich benachbart zu einer Lichtablenkeinrichtung 5 befindet, die nachfolgend beschrieben wird. Das optische Beugungselement 4 besitzt Beugungsvermögen in einer Unterabtastrichtung senkrecht zur Ebene der Zeichnungsebene der 2 und bewirkt, dass der durch die Blende 3 gedrungene Lichtstrahl als im wesentlichen lineares Bild auf der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 in einer Unterabtastschnittebene abgebildet wird.
Das optische Beugungselement 4 besitzt bei der vorliegenden Ausführungsform eine Gitterstruktur, die beispielsweise ein binäres optisches Beugungselement, das ein durch Photoätzen hergestelltes treppenhausförmiges Beugungsgitter aufweist, oder ein Fresnel-förmiges optisches Beugungselement, das ein durch Oberflächenfräsen hergestelltes sägezahnförmiges Beugungsgitter aufweist, umfasst. Die Kollimatorlinse 2, die Blende 3 und das optische Beugungselement 4 bilden jeweils ein Element eines ersten optischen Systems L₁.
Mit 5 ist eine Lichtablenkeinrichtung bezeichnet, die beispielsweise einen Polygonspiegel (drehbaren Polygonspiegel) umfasst und mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A von einer Antriebseinrichtung (nicht gezeigt), wie beispielsweise einem Motor, gedreht wird.
Mit 6 ist eine fθ-Linse (optisches Abtastelement) mit fθ-Charakteristik bezeichnet, die eine einzige Linse aus Kunststoffmaterial umfasst. Die gegenüberliegenden Linsenflächen in Hauptabtastrichtung besitzen eine asphärische Form und weisen unterschiedliche Brechungsvermögen zwischen der Hauptabtastrichtung und der Unterabtastrichtung auf. Die fθ-Linse bewirkt, dass auf Basis von Bildinformationen der Lichtstrahl, der von der Lichtablenkeinrichtung 5 abgelenkt wurde, auf der Oberfläche 7 einer lichtempfindlichen Trommel abgebildet wird, bei der es sich um ein Aufzeichnungsmedium handelt, das eine abzutastende Oberfläche aufweist, und korrigiert die Flächenneigung der Ablenkfläche der Lichtablenkeinrichtung 5. Die fθ-Linse 6 bildet ein Element eines zweiten optischen Systems L₂.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der vom Halbleiterlaser 1 emittierte divergierende Lichtstrahl von der Kollimatorlinse 2 in einen Strahl im wesentlichen parallelen Lichtes überführt, und dieser Lichtstrahl (die Lichtmenge) wird von der Blende 3 begrenzt und dringt in das optische Beugungselement 4 ein. Derjenige Teil des Strahles parallelen Lichtes, der in das optische Beugungselement 4 eingedrungen ist und in der Hauptabtastschnittebene liegt, tritt wieder intakt aus dem Element aus. In der Unterabtastschnittebene konvergiert der Lichtstrahl und wird als ein im wesentlichen lineares Bild (ein langes lineares Bild in Hauptabtastrichtung) auf der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 abgebildet. Der von der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 abgelenkte Lichtstrahl wird über die fθ-Linse 6 auf die Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel gerichtet, und die Lichtablenkeinrichtung 5 wird in Richtung des Pfeiles A gedreht, wodurch die Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel in Richtung des Pfeiles B optisch abgetastet wird. Auf diese Weise wird eine Bildaufzeichnung auf der Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel, bei der es sich um ein Aufzeichnungsmedium handelt, durchgeführt.
Es wird nunmehr das Prinzip der Korrektur einer Brennpunktsschwankung in Unterabtastrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit 3 erläutert. 3 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile eines optischen Systems der vorliegenden Ausführungsform in Unterabtastrichtung. In 3 sind die gleichen Elemente wie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beispielsweise soll angenommen werden, dass die Temperatur des optischen Abtastsystems infolge des Einflusses von Umweltveränderungen angestiegen ist. Wenn die fθ-Linse 6 aus einem Kunststoffmaterial geformt ist, schwankt die Brennpunktsposition in Unterabtastrichtung von einem Punkt P bis zu einem Punkt Q in 3, so dass eine Defokussierung eintritt, da das Kunststoffmaterial die Eigenschaft besitzt, dass sein Brechungsindex verringert wird, wenn die Temperatur ansteigt.
Der als Lichtquelle wirkende Halbleiterlaser 1 hat jedoch die Eigenschaft, dass seine Schwingungswellenlänge üblicherweise größer wird, wenn die Temperatur ansteigt. Wenn die Wellenlänge größer wird, wird der Beugungswinkel, bei dem die Beugung durch das optische Beugungselement 4 stattfindet, größer, so dass der ursprünglich in einer linearen Form an einem Punkt R in der Nähe der Ablenkfläche der Lichtablenkeinrichtung 5 abgebildete Lichtstrahl in einer linearen Form an einem Punkt S näher am Halbleiterlaser 1 als der in 3 gezeigte Punkt R abgebildet wird. Somit kehrt die Brennpunktsposition, die durch eine Verringerung des Brechungsindex der fθ-Linse zum Punkt Q verschoben wurde, zum Punkt P zurück.
Auf der Basis des vorstehend beschriebenen Prinzips wird das Beugungsvermögen des optischen Beugungselementes 4 und der fθ-Linse 6 in Unterabtastrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform optimal eingestellt, wodurch die Brennpunktsschwankungen (Aberrationsschwankungen) in Unterabtastrichtung durch die Umweltveränderungen der Vorrichtung (insbesondere Temperaturschwankungen und Wellenlängenschwankungen des Halbleiterlasers 1) im wesentlichen vollständig korrigiert werden können.
Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zeigen die optische Anordnung der vorliegenden Ausführungsform und die asphärischen Koeffizienten der fθ-Linse 6 sowie die Phase des optischen Beugungselementes 4. Tabelle 1

Tabelle 2
Die Beugungsfläche 4a des optischen Beugungselementes 4 der vorliegenden Ausführungsform ist auf der Seite der Lichtablenkeinrichtung 5 ausgebildet. Wenn die Phasenfunktion ϕ(y,z) beträgt und der Schnittpunkt mit der optischen Achse der Ausgangspunkt ist sowie die Richtung der optischen Achse der x-Achse entspricht und eine Achse senkrecht zur optischen Achse in der Hauptabtastebene die y-Achse und eine Achse senkrecht zur optischen Achse in der Unterab tastebene die z-Achse sind, wird die Phasenfunktion durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
worin C1 bis C3 die Phasenpolynominalkoeffizienten sind und λ = 780 nm ist.
Was die Linsenform der fθ-Linse 6 betrifft, so wird die Hauptabtastschnittebenenform durch die folgende Gleichung gekennzeichnet, wenn der Schnittpunkt einer jeden Linsenfläche mit der optischen Achse den Ausgangspunkt bildet und die Richtung der optischen Achse der x-Achse entspricht sowie eine Achse senkrecht zur optischen Achse in der Hauptbtastebene die y-Achse und die Achse senkrecht zur optischen Achse in der Unterabtastebene die z-Achse sind:
In der vorstehenden Gleichung sind R der Krümmungsradius und K und B₄-B₁₀ asphärische Koeffizienten. Wenn der Wert von y positiv ist, entspricht die Hauptabtastschnittebenenform einer Linsenform, berechnet unter Verwendung von Ku und B₄u-B₁₀u mit dem Index u als asphärische Koeffizienten, und wenn der Wert von y negativ ist, einer Linsenform, berechnet durch die Verwendung von kl und B₄l-B₁₀l mit dem Index l als asphärische Koeffizienten.
Auch in der Unterabtastschnittebene verändert sich der Krümmungsradius kontinuierlich. Was die Linsenkoordinaten in der Hauptabtastebene betrifft, so ist der Krümmungsradius r', der y entspricht, durch die folgende Gleichung gekennzeichnet: r' = r (1 + D2y2 + D4y4 + D6y6 + D8y8 + D10y10)
In der vorstehenden Gleichung ist r der Krümmungsradius auf der optischen Achse, und sind D₂-D₁₀ Koeffizienten. Wenn der Wert von y positiv ist, entspricht der Krümmungsradius in der Unterabtastschnittebene dem Krümmungsradius r', berechnet unter Verwendung von D₂U-D₁₀u mit dem Index u als Koeffizienten. Wenn der Wert von y negativ ist, ergibt sich ein Krümmungsradius r', berechnet unter Verwendung von D₂l-D₁₀l mit dem Index l als Koeffizienten.
4 ist ein Aberrationsdiagramm, das die Feldkrümmung der folgenden Ausführungsform in Unterabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg zeigt. Die durchgezogenen Linie gibt die Charakteristik bei der üblichen Temperatur (25 °C) wieder, während die gestrichelte Linie die Charak teristik nach Auftreten eines Temperaturanstieges von 25 °C und nach dem Erreichen der Temperatur von 50 °C wiedergibt. Aus diesem Diagramm kann man entnehmen, dass nur eine geringe oder überhaupt keine Brennpunktsänderung in Unterabtastrichtung vor und nach dem Temperaturanstieg auftritt.
Somit ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Vorrichtung unter Verwendung des optischen Beugungselementes 4 anstelle der zylindrischen Linse (siehe 1), die bislang als Element des ersten optischen Systems verwendet wurde, ausgebildet, und das Beugungsvermögen des optischen Beugungselementes 4 in Unterabtastrichtung sowie das Brechungsvermögen der fθ-Linse 6 in Unterabtastrichtung sind in geeigneter Weise eingestellt, um auf diese Weise wirksam eine Brennpunktsänderung in Unterabtastrichtung, die aus Umweltveränderungen der Vorrichtung (Temperaturschwankungen und Wellenlängenschwankungen des Halbleiterlasers 1) resultiert, zu korrigieren. Daher kann auf kompakte und billige Weise ein optisches Abtastsystem erhalten werden, das widerstandsfähig ist gegenüber Umweltschwankungen und für einen besonders feinen Druck geeignet ist.
5 ist eine Schnittansicht von wesentlichen Teilen der Einrichtung in Hauptabtastrichtung, wenn eine optische Abtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung bei einer Bilderzeugungsvorrichtung Anwendung findet. In 5 sind die gleichen Elemente wie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 besteht darin, dass ein optisches Beugungselement der Linsenfläche der fθ-Linse, die das zweite optische System bildet, das benachbart zur Lichtablenkeinrichtung angeordnet ist, hinzugefügt ist und dass das erste optische System eine Kollimatorlinse, eine Blende und eine zylindrische Linse wie bei der Konstruktion des Standes der Technik (siehe 1) umfasst. In den anderen Punkten sind die Konstruktion und die optische Wirkung der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen mit denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 identisch, wobei ein entsprechender Effekt erzielt wird.
In 5 ist mit 46 eine fθ-Linse als zweites optisches System L₄₂ bezeichnet. Diese fθ-Linse umfasst eine einzige Linse einer asphärischen Form aus Kunststoffmaterial. Ein optisches Beugungselement 48 mit Beugungsvermögen in Unterabtastrichtung ist zur Linsenfläche (ersten Fläche) Ra der einzigen Linse benachbart zur Lichtablenkeinrichtung 5 hinzugefügt, und die Beugungsfläche 48a des optischen Beugungselementes 48 ist durch die gleichen Parameter wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 gekennzeichnet.
Was die Beugungsfläche 48a des optischen Beugungselementes 48, das zur ersten Fläche Ra der fθ-Linse 46 hinzugefügt ist, anbetrifft, so wird die Phasenfunktion durch die nachfolgende Gleichung gekennzeichnet, wenn die Phasenfunktion ϕ(y,z) beträgt und der Schnittpunkt der ersten Fläche Ra mit der optischen Achse der Ausgangspunkt ist sowie die Richtung der optischen Achse der x-Achse entspricht und eine Achse senkrecht zur optischen Achse in der Hauptab tastebene die y-Achse und eine Achse senkrecht zur optischen Achse in der Unterabtastebene die z-Achse sind:
worin C1-C3 die Phasenpolynominalkoeffizienten sind und λ = 780 nm ist.
Mit 44 ist eine zylindrische Linse bezeichnet, die ein Element des ersten optischen Systems L₄₁ bildet und ein vorgegebenes Brechungsvermögen in Unterabtastrichtung besitzt.
Es wird nunmehr das Prinzip der Korrektur einer Brennpunktsschwankung in Unterabtastrichtung bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn die optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Umgebungstemperatur t °C besitzt, ist der Brechungsindex der fθ-Linse 46 n und die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlasers 1 λ.
Wenn der Temperaturabhängigkeitskoeffizient des Brechungsindex der fθ-Linse 46 dn/dt und der Temperaturabhängigkeitskoeffizient der Wellenlänge des Halbleiterlasers 1 dλ/dt sowie der Wellenlängenabhängigkeitskoeffizient des Brechungsindex der fθ-Linse dn/dλ beträgt, werden der Brechungsindex n' der fθ-Linse 46 und die Wellenlänge λ' des Halbleiterlasers 1, wenn sich die Umgebungstemperatur um Δt geändert hat, wie folgt ausgedrückt:
und
Wenn andererseits die Gitterraumfrequenz an einem Strahldurchgangspunkt auf der Beugungsfläche 48a H beträgt, beträgt das Beugungsvermögen ϕ_B des optischen Beugungselementes 48, das auf der ersten Fläche Ra der fθ-Linse 46 ausgebildet ist,
worin bedeuten: r = (y² + z²)^1/2, m die Beugungsordnung und λ die Wellenlänge.
Wenn der Krümmungsradius der ersten Fläche Ra der fθ-Linse 46 auf der optischen Achse der Unterabtastschnittebene r₁ beträgt, ist der Krümmungsradius der zweiten Fläche Rb der fθ-Linse auf der optischen Achse der Unterabtastschnittebene r₂. Aus Einfachheitsgründen wird ein dünnwandiges System vorausgesetzt, und es wird angenommen, dass das Beugungsvermögen des optischen Beugungselementes 48 und das Brechungsvermögen an der gleichen Stelle vorhanden ist. Das Brechungsvermögen ϕ_t der fθ-Linse 46 in Unterabtastrichtung bei einer Umgebungstemperatur von t °C wird dann durch die folgende Gleichung gekennzeichnet:
Andererseits ist das Brechungsvermögen ϕ_t der fθ-Linse in Unterabtastrichtung bei einer Änderung der Umgebungstemperatur um Δt durch die folgende Gleichung gekennzeichnet:
Wenn unabhängig von der Umgebungstemperatur das Brechungsvermögen der fθ-Linse 46 in Unterabtastrichtung immer konstant gehalten wird, treten im Prinzip keine Brennpunktsschwankungen in Unterabtastrichtung auf.
Wenn man daher annimmt, dass Gleichung (1) und Gleichung (2) einander entsprechen, gilt schließlich:
Wenn es sich bei der Ordnung der Beugung um die erste Ordnung handelt, beträgt das Beugungsvermögen ϕ_B des optischen Beugungselementes (Beugungsabschnittes) 48 der fθ-Linse 46
und das Brechungsvermögen ϕ_L des anderen Abschnittes (Brechungsabschnittes) als das optische Beugungselement der fθ-Linse 46 beträgt
Somit wird Gleichung (3) zu
Wenn das Beugungsvermögen ϕ_B des Beugungsabschnittes der fθ-Linse 46 und das Brechungsvermögen ϕ_L des Brechungsabschnittes derselben so festgelegt sind, dass sie diese Bedingungen erfüllen, kann die Brennpunktsschwankung durch Umweltveränderung (Temperaturschwankungen und Wellenlängenschwankungen des Halbleiterlasers) im wesentlichen vollständig korrigiert werden.
Wenn unter Berücksichtigung der Werte dλ/dt, dn/dt und dn/dλ schließlich das Beugungsvermögen des Beugungsabschnittes der fθ-Linse 46 in Unterabtastrichtung ϕ_B und das Brechungsvermögen derselben in Untertastabrichtung ϕ_L betragen, ist es wünschenswert, dass Beugungs- und Brechungsvermögen so einzustellen, dass die folgende Bedingung erfüllt wird: 1,0 ≤ ϕL / ϕB ≤ 2,6 (5)
Die Bedingung (5) betrifft das Verhältnis zwischen dem Brechungsvermögen des die fθ-Linse 46 bildenden Brechungsabschnittes und dem Beugungsvermögen des Beugungsabschnittes. Wenn die Bedingung (5) nicht erfüllt wird, wird es schwierig, eine aus Umweltschwankungen der Vorrichtungen resultierende Brennpunktsänderung in Unterabtastrichtung zu korrigieren, was nicht gut ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gilt ϕL / ϕB = 1,171,so dass die Bedingung (5) erfüllt ist.
Die nachfolgenden Tabellen 3 und 4 zeigen die optische Anordnung der vorliegenden Ausführungsform, den asphärischen Koeffizienten der fθ-Linse 46 und die Phase des optischen Beugungselementes 48. Tabelle 3

Tabelle 4
6 ist ein Aberrationsdiagramm, das die Feldkrümmung der vorliegenden Ausführungsform in Unterabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg zeigt. Die durchgezogene Linie gibt die Charakteristik bei der üblichen Temperatur (25 °C) wieder, während die gestrichelte Linie die Charakteristik nach einem Temperaturanstieg von 25 °C und dem Erreichen der Temperatur von 50 °C wiedergibt. Aus diesem Diagramm kann man entnehmen, das es in Unterabtastrichtung vor und nach dem Temperaturanstieg nur eine geringe oder überhaupt keine Brennpunktsänderung gibt.
Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform das optische Beugungselement 48 zur Linsenfläche Ra der fθ-Linse 46, die das zweite optische System L₄₂ bildet, das benachbart zur Lichtablenkeinrichtung 5 angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben, hinzugefügt, und das Beugungsvermögen des Beugungsabschnittes der fθ-Linse 46 in Unterabtastrichtung sowie das Brechungsvermögen des Brechungsabschnittes der fθ-Linse in Unterabtastrichtung werden in geeigneter Weise eingestellt, um auf diese Weise eine Brennpunktsveränderung in Unterabtastrichtung, die aus Umweltveränderungen der Vorrichtung (Temperaturschwankungen und Wellenlängenschwankungen des Halbleiterlasers 1) resultiert, gut zu korrigieren. Daher kann auf kompakte und billige Weise ein optisches Abtastsystem erhalten werden, das widerstandsfähig ist gegenüber Umweltschwankungen und für einen besonders feinen Druck geeignet ist.
7 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile der Einrichtung in Hauptabtastrichtung, wenn eine optische Abtastvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bei einer Bilderzeugungsvorrichtung Anwendung findet. In 7 sind die gleichen Elemente wie in 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 2 besteht darin, dass ein optisches Beugungselement ebenfalls zu einer Fläche der zylindrischen Linse, die ein Element des ersten optischen Systems bildet, hinzugefügt ist. In bezug auf die anderen Punkte entsprechen die Konstruktion und optische Wirkung der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1, wobei ein entsprechender Effekt erzielt wird.
In 7 ist mit 64 eine zylindrische Linse bezeichnet, die ein Element eines ersten optischen Systems L₆₁ bildet. Die Fläche dieser zylindrischen Linse 64, die benachbart zur Lichtquelleneinrichtung 1 angeordnet ist, besitzt eine zylindrische Fläche mit einem vorgegebenen Brechungsvermögen in Unterabtastrichtung, und ein optisches Beugungselement 68 mit einem Beugungsvermögen in Unterabtastrichtung ist zu dieser Linsenfläche (ebenen Fläche), die benachbart zur Lichtablenkeinrichtung 5 angeordnet ist, hinzugefügt. Mit 46 ist eine fθ-Linse entsprechend der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 2 bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform findet sowohl das Korrekturprinzip der Brennpunktsveränderung in Unterabtastrichtung, das in Ausführungsform 1 beschrieben wurde, als auch das Korrekturprinzip der Brennpunktsveränderung in Unterabtastrichtung, das in Ausführungsform 2 beschrieben wurde, Verwendung, um jedwede Brennpunktsveränderung in Unterabtastrichtung, die aus Umweltschwankungen der Vorrichtung resultiert, gut zu korrigieren. Daher können bei der vorliegenden Ausführungsform das Beugungsvermögen des Beugungsabschnittes (optischen Beugungselementes) jeweils der zylindrischen Linse 64 und der fθ-Linse 46 in Unterabtastrichtung gering gehalten werden, so dass der Gitter abstand der optischen Beugungselemente 68 und 48 groß ausgebildet werden kann, was sich besonders vorteilhaft für die Herstellung auswirkt.
Die nachfolgenden Tabellen 5 und 6 zeigen die optische Anordnung der vorliegenden Ausführungsform, die asphärischen Koeffizienten der fθ-Linse 46, die Form der zylindrischen Linse 64 und die Phasenwerte der optischen Beugungselemente 68 und 48. Tabelle 5

Tabelle 6
8 ist ein Aberrationsdiagramm, das die Feldkrümmung der vorliegenden Ausführungsform in Unterabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg zeigt. Die durchgezogene Linie gibt die Charakteristik bei der üblichen Temperatur (25 °C) wieder, während die gestrichelte Linie die Charakteristik nach dem Auftreten eines Temperaturanstieges von 25 °C und dem Erreichen der Temperatur von 50 °C wiedergibt. Aus diesem Diagramm kann man entnehmen, dass überhaupt keine oder nur eine geringe Brennpunktsänderung in Unterabtastrichtung vor und nach dem Temperaturanstieg auftritt.
Somit ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein optisches Beugungselement sowohl im ersten optischen System L₆₁ als auch im zweiten optischen System L₄₂ vorgesehen, wie vorstehend beschrieben, wobei der Gitterabstand eines jeden optischen Beugungselementes auf einen großen Wert eingestellt werden kann, so dass auf diese Weise ein optisches Abtastsystem konstruiert werden kann, das sehr einfach hergestellt werden kann. Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform das optische Beugungselement zu einer Fläche der zylindrischen Linse 64 hinzugefügt ist, stellt dies keine einschränkende Bedingung dar. Vielmehr kann ein optisches Beugungselement auch zu einer Fläche der Kollimatorlinse 2 hinzugefügt werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 2 und 3 ist ein optisches Beugungselement zu mindestens einer Fläche des optischen Elementes, das jedes optische System bildet, hinzugefügt, wobei dies nicht einschränkend ist. Das optische Beugungselement kann vielmehr auch unabhängig in der optischen Bahn ausgebildet sein.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung ist ein optisches Beugungselement im zweiten optischen System vorgesehen, das auf der Seite der abzutastenden Fläche angeordnet ist, wie vorstehend beschrieben, und jede Aberrationsschwankung (Brennpunktsveränderung) in Unterabtastrichtung, die aus Umweltveränderungen der Vorrichtung (Temperaturschwankungen und Wellenlängenschwankungen des Halbleiterlasers) resultiert, wird durch eine Veränderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes und eine Veränderung des Brechungsvermögens des optischen Systems korrigiert. Auf diese Weise kann eine kompakte optische Abtastvorrichtung erhalten werden, die durch Umweltveränderungen nicht beeinflusst wird und für einen besonders feinen Druck geeignet ist, des weiteren eine Bilderzeugungsvorrichtung, bei der eine derartige optische Abtastvorrichtung Verwendung findet.
Insbesondere dann, wenn das optische Beugungselement im zweiten optischen System vorgesehen ist, wird das Vermögen eines jeden Elementes in geeigneter Weise so eingestellt, dass die vorstehend erwähnte Bedingung (5) erfüllt wird, wodurch eine kompakte optische Abtastvorrichtung erreicht werden kann, die durch Umweltveränderungen nicht beeinflusst wird und für einen besonders feinen Druck geeignet ist, ferner eine Bilderzeugungsvorrichtung, bei der eine derartige Abtastvorrichtung Verwendung findet.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen wurde die Tatsache beschrieben, dass in einer optischen Abtastvorrichtung, bei der der von der Lichtquelleneinrichtung 1 emittierte Lichtstrahl auf die Ablenkeinrichtung 5 durch das erste optische System L₁ geleitet und der von der Ablenkeinrichtung abgelenkte Lichtstrahl auf der abzutastenden Oberfläche 7 durch das zweite optische System L₂ abgebildet wird, um auf diese Weise die abzutastende Oberfläche optisch abzutasten, das optische Beugungselement 4 mindestens in einem des ersten und zweiten optischen Systems vorgesehen ist, um auf diese Weise die Aberrationsschwankungen der optischen Abtastvorrichtung in Unterabtastrichtung, die durch Umweltveränderungen verursacht werden, zu korrigieren.
Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen wird die Tatsache erläutert, dass ein optisches Beugungselement jeweils in einem ersten optischen System, das auf der Seite der Lichtquelleneinrichtung in bezug auf die Lichtablenkeinrichtung angeordnet ist, und einem zweiten optischen System, das auf der Seite der abzutastenden Fläche angeordnet ist, vorgesehen ist, wodurch der Freiheitsgrad in bezug auf die Konstruktion der optischen Beugungselemente vergrößert wird und die Korrektur der optischen Eigenschaften allein in jedem optischen System oder über jedes optische Beugungselement durchgeführt werden kann.
9 ist eine Schnittansicht der wesentlichen Teile (Ansicht der Hauptabtastschnittebene) von Ausführungsform 4 der optischen Abtastvorrichtung in Hauptabtastrichtung, während 10 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile (Ansicht der Unterabtastschnittebene) von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung in Unterabtastrichtung ist.
In den 9 und 10 ist mit 1 eine Lichtquelleneinrichtung bezeichnet, die beispielsweise einen Halbleiterlaser (Laserdiode) umfasst. Der Halbleiterlaser 1 der vorliegenden Ausführungsform kann Lichtstrahlen (Laserstrahlen) mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen λ₁ und λ₂ schwingen lassen und hat die Eigenschaft, dass die Wellenlänge des Lichtstrahles groß wird, wenn die Temperatur der Vorrichtung (Umwelttemperatur) hoch wird. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der angewendeten Temperatur des Halbleiterlasers 1 und der Wellenlänge des hiervon emittierten Lichtstrahles zeigt.
Mit 2 ist eine Kollimatorlinse als erstes optisches Element bezeichnet, das den von der Lichtquelleneinrichtung 1 emittierten divergierenden Lichtstrahl in einen Strahl im wesentlichen parallelen Lichtes (oder einen konvergierenden Lichtstrahl) in Hauptabtastrichtung überführt. Mit 3 ist eine Blende bezeichnet, die den hindurchtretenden Lichtstrahl (die Menge des Lichtes) begrenzt.
Mit 14 ist ein erstes optisches Beugungselement als zweites optisches Element bezeichnet, das zu der ebenen Fläche einer Platte mit zwei parallelen Flächen, beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial, die benachbart zur Blende 3 angeordnet ist, hinzugefügt ist. Das erste optische Beugungselement 14 übt eine Beugungswirkung (d.h. eine positive Beugungswirkung, d.h. konvergierende Wirkung, oder negative Beugungswirkung, d.h. divergierende Wirkung) nur in der Unterabtastrichtung senkrecht zur Zeichnungsebenen der 9 aus und bewirkt, dass der die Blende 3 durchdrungene Lichtstrahl im wesentlichen als lineares Bild auf der Ablenkfläche einer Lichtablenkeinrichtung 5, die später beschrieben wird, in der Unterabtastschnittebene abbildet. Die Beugungsfläche 14a des ersten optischen Beugungselementes 14 der vorliegenden Ausführungsform ist auf der Seite der Lichtquelleneinrichtung 1 ausgebildet.
Die Kollimatorlinse 2, die Blende 3 und das erste optische Beugungselement 14 bilden jeweils ein Element eines ersten optischen Systems L₁₁.
12 ist eine Schnittansicht, die das Gittermuster des Querschnittes des ersten optischen Beugungselementes 14 zeigt. Dieses erste optische Beugungselement 14 wird als Mehrphasenniveau bezeichnet und kann durch wiederholtes Ätzen unter Verwendung einer Photomaske oder durch Fräsen hergestellt sein. In jedem Fall handelt es sich um ein Gittermuster nur in Unterabtastrichtung, was daher einfach hergestellt werden kann. Das Gittermuster des Querschnittes des ersten optischen Beugungselementes 14 kann als „blazed" Gitter ausgebildet sein, wie in 13 gezeigt.
Mit 5 ist eine Lichtablenkeinrichtung bezeichnet, die beispielsweise einen Polygonspiegel (drehbaren Polygonspiegel) als Ablenkeinrichtung umfasst und über eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt), wie einen Motor, mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A in 9 gedreht wird.
Mit 16 ist eine fθ-Linse bezeichnet, die eine fθ-Charakteristik besitzt, ein anamorphes optisches Element als drittes optisches Element aufweist und beispielsweise eine aus einem Kunststoffmaterial geformte einzige Linse umfasst. Die fθ-Linse 16 der vorliegenden Ausführungsform besitzt ein zweites optisches Beugungselement 24 mit Beugungsvermögen (d.h. positiver Beugungswirkung, d.h. konvergierender Wirkung, oder negativer Beugungswirkung, d.h. divergierender Wirkung) nur in der Hauptabtastrichtung, das zu ihrer Linsenfläche (ebenen Fläche) Ra auf der Seite der Lichtablenkeinrichtung 5 hinzugefügt ist. Die Linsenfläche Rb der fθ-Linse auf der Seite der abzutastenden Fläche wird von einer torischen Fläche gebildet. Die fθ-Linse 16 bewirkt, dass der von der Lichtablenkeinrichtung 5 auf der Basis von Bildinformationen abgelenkte Lichtstrahl punktförmig auf der Oberfläche 7 einer lichtempfindlichen Trommel, bei der es sich um die abzutastende Oberfläche handelt, gebildet wird und korrigiert die Oberflächenneigung der Ablenkfläche der Lichtablenkeinrichtung 5. Die fθ-Linse bildet ein Element eines zweiten optischen Systems L₁₂.
12 zeigt das Gittermuster des Querschnittes eines zweiten optischen Beugungselementes 24, das zur Linsenfläche Ra der fθ-Linse hinzugefügt ist. Dieses zweite optische Beugungselement 24 wird wie das vorstehend beschriebene erste optische Beugungselement 14 als Mehrphasenniveauelement bezeichnet und kann durch wiederholtes Ätzen mit Hilfe einer Photomaske oder durch Fräsen hergestellt werden. In jedem Fall handelt es sich um ein Gittermuster nur in der Hauptabtastrichtung, das daher einfach hergestellt werden kann. Bei dem Gittermuster des Querschnittes des zweiten optischen Beugungselementes 24 kann es sich um ein „blazed" Gitter handeln, wie in 13 gezeigt.
Der bei der vorliegenden Ausführungsform vom Halbleiterlaser 1 emittierte divergierende Lichtstrahl wird in einen Strahl im wesentlichen parallelen Lichtes in Hauptabtastrichtung von der Kollimatorlinse 2 umgewandelt, und der Lichtstrahl (die Lichtmenge) wird durch die Blende 3 begrenzt und dringt in das erste optische Beugungselement 14 ein. Derjenige Teil des Lichtstrahles, der in das erste optische Beugungselement 14 eingedrungen ist, das in der Hauptabtastschnittebene liegt, tritt intakt wieder aus. In der Unterabtastschnittebene konvergiert der Lichtstrahl und wird im wesentlichen als lineares Bild (lineares Bild in Hauptabtastrichtung) auf der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 ausgebildet. Der von der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 abgelenkte Lichtstrahl wird durch die fθ-Linse 16 auf die Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel geleitet, und die Lichtablenkeinrichtung 5 wird in der Richtung des Pfeiles A gedreht, um auf diese Weise die Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel in Richtung des Pfeiles B optisch abzutasten. Auf diese Weise wird eine Bildaufzeichnung auf der Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel, bei der es sich um ein Aufzeichnungsmedium handelt, bewirkt.
Wie vorstehend beschrieben, besitzt bei der vorliegenden Ausführungsform das erste optische Beugungselement 14 Beugungsvermögen in Unterabtastrichtung. Wenn die Wellen länge des Lichtstrahles vom Halbleiterlaser 1 verändert und beispielsweise zur Seite mit großer Wellenlänge hin verschoben wird, geht das positive Brechungsvermögen der fθ-Linse 16 in Unterabtastrichtung verloren und wird durch die optische Wirkung des ersten optischen Beugungselementes 14 so korrigiert, dass sich der Brennpunkt der Unterabtastschnittebene zur Oberseite verschiebt. Mit anderen Worten, das erste optische Beugungselement 14 korrigiert zu diesem Zeitpunkt den sich zur Oberseite verschiebenden Brennpunkt zur Unterseite, da das positive Brechungsvermögen der Linse in Unterabtastrichtung stark wird. Auf diese Weise kann die Brennpunktsveränderung der Unterabtastschnittebene gut korrigiert werden, wenn sich die Wellenlänge des Lichtstrahles verändert, und es kann jedwede Vergrößerung des Punktdurchmessers auf der Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel unterdrückt werden.
Wenn sich bei der vorliegenden Ausführungsform die Gebrauchsemperatur der gesamten Vorrichtung zur Seite hoher Temperatur hin verändert hat, geht das positive Brechungsvermögen der fθ-Linse 16 in Unterabtastrichtung während hoher Temperatur verloren, und der Brennpunkt der Unterabtastschnittebene, der sich zur Oberseite hin verschiebt, wird durch den optischen Effekt des ersten optischen Beugungselementes 14 unter Verwendung des Halbleiterlasers 1 mit der in 11 gezeigten Charakteristik korrigiert. Mit anderen Worten, das erste optische Beugungselement 14 besitzt hierbei die Wirkung einer Korrektur der Brennpunktsverschiebung zur Oberseite nach der Unterseite, da das positive Brechungsvermögen der Linse in Unterabtastrichtung stark wird. Auf diese Weise kann die Brennpunkts veränderung der Unterabtastschnittebene gut korrigiert werden, wenn sich die Gebrauchstemperatur der gesamten Vorrichtung verändert, und es kann jedweder Anstieg des Punktdurchmessers auf der Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel unterdrückt werden. Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Brennpunktsänderung der Unterabtastschnittebene, die aus Umweltveränderungen der Vorrichtung resultiert, durch die Ausnutzung einer Veränderung des Brechungsvermögens der fθ-Linse 16 und des ersten optischen Beugungselementes 14 in Unterabtastrichtung durch eine Änderung der Wellenlänge sowie einer Änderung des Brechungsvermögens der fθ-Linse 16 und des ersten optischen Beugungselementes 14 in Unterabtastrichtung durch eine Änderung der Temperatur korrigiert.
Was die Hauptabtastschnittebene anbetrifft, so wird, wie vorstehend beschrieben, das zweite optische Beugungselement 24 mit Beugungsvermögen nur in Hauptabtastrichtung der Linsenfläche der fθ-Linse 16 hinzugefügt, die benachbart zur Lichtablenkeinrichtung 5 angeordnet ist, so dass auf diese Weise sowohl die Brennpunktsänderung in der Hauptabtastschnittebene als auch die in der Unterabtastschnittebene korrigiert werden kann, wodurch eine Zunahme des Punktdurchmessers auf der Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel unterdrückt werden kann. Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Brennpunktveränderung der Hauptabtastschnittebene, die aus Umweltveränderungen der Vorrichtung resultiert, durch die Ausnutzung einer Änderung des Brechungsvermögens der fθ-Linse 16 und des zweiten optischen Beugungselementes 24 in Hauptabtastrichtung durch eine Änderung der Wellenlänge sowie einer Änderung des Brechungsvermögens der fθ-Linse 16 und des zweiten optischen Beugungselementes 24 in Hauptabtastrichtung durch eine Temperaturänderung korrigiert.
Wenn die Wellenlänge einer Lichtquelle (Halbleiterlaser) von λ₁ auf λ₂ (λ₁ < λ₂) beispielsweise durch eine Temperaturänderung verändert wird, geht generell bei der in 1 gezeigten optischen Abtastvorrichtung des Standes der Technik, die nur eine einzige Lichtbrechungslinse und kein optisches Beugungselement aufweist, das Brechungsvermögen des ersten optischen Systems verloren, darüber hinaus auch das Brechungsvermögen des zweiten optischen Systems. Dies hat zu dem Problem geführt, dass eine beträchtliche Brennpunktsveränderung bei der gesamten optischen Abtastvorrichtung auftritt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das obige Problem gelöst, indem die Lichtquelle in die Lage versetzt wird, Lichtstrahlen (Laserstrahlen) von mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen λ₁ und λ₂ zu oszillieren und die nachfolgende Bedingung zu erfüllen:
worin bedeuten
ϕ₁ das Beugungsvermögen des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes für die Wellenlänge λ₁,
ΔP₀ die Größe der Brennpunktsveränderung der gesamten optischen Abtastvorrichtung, wenn die Wellenlänge der Lichtquelleneinrichtung von λ₁ auf λ₂ verändert wird,
ΔP₁ den Brennpunktspositionsunterschied zwischen einem Fall, bei dem das Beugungsvermögen des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes mit ϕ₁ berechnet wird wenn die Wellenlänge der Lichtquelleneinrichtung λ₁ ist, und einem Fall, bei dem das Beugungsvermögen des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes mit ϕ₁·(λ₂/λ₁) berechnet wird, wenn die Wellenlänge der Lichtquelleneinrichtung λ₂ beträgt.
Mit anderen Worten, das Beugungsvermögen des optischen Beugungselementes (des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes), das im Fall der Wellenlänge λ₁ ϕ₁ betrug, wird im Fall der Wellenlänge λ₂ zu ϕ₁·(λ₂/λ₁) , so dass daher in der Ungleichung (6) ΔP₁ einer Brennpunktspositionsdifferenz (Größe der Brennpunktsänderung) nur um den Faktor einer Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes entspricht, der aus der Wellenlängenänderung von λ₁ auf λ₂ resultiert, während (ΔP₀ – ΔP₁) einer Brennpunktspositionsdifferenz (Größe der Brennpunktsänderung) um den anderen Faktor als dem Faktor der Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes entspricht. Wenn das Beugungsvermögen ϕ₁ des optischen Beugungselementes 0 ist, ist ΔP₁ = 0 und wird natürlich der Brennpunktskorrektureffekt des optischen Beugungselementes vollständig zu Null. Üblicherweise ist ΔP₀ ≠ 0 und damit ΔP₁/(ΔP₀ – ΔP₁) = 0, wenn ΔP₁/(ΔP₀ – ΔP₁) = –1, ΔP₀ = 0 sind, so dass bei der gesamten optischen Abtastvorrichtung die Brennpunktsänderung durch die Wellenlängenschwankung des Halbleiterlasers Null wird.
Daher befindet sich in dem Bereich von –1 < ΔP₁/(ΔP₀ – ΔP₁) < 0 der Brennpunktskorrektureffekt des optischen Beugungselementes in einem unterkorrigierten Zustand, während im Bereich von ΔP₁/(ΔP₀ – ΔP₁) < –1 der Brennpunktskorrektureffekt einen überkorrigierten Zustand repräsentiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Wert von ΔP₁/(ΔP₀ – ΔP₁) so eingestellt, dass die vorstehend erwähnte Bedingung bzw. Ungleichung (6) erfüllt wird.
Die Bedingung (6) betrifft das Verhältnis zwischen der Brennpunktspositionsdifferenz nur durch den Faktor der Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes und der Brennpunktspositionsdifferenz nur durch den anderen Faktor als den Faktor der Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes. Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (6) überschritten wird, wird die Brennpunktskorrekturwirkung des optischen Beugungselementes zu Null oder es resultiert eine umgekehrte Korrektur, was nicht gut ist. Auch wenn der untere Grenzwert der Bedingung (6) überschritten wird, resultiert eine Überkorrektur, was nicht gut ist. Es ist wünschenswert, wenn der untere Grenzwert der Bedingung (6) –2,0 beträgt.
Auch wenn sich die Gebrauchstemperatur der optischen Abtastvorrichtung von T₁ auf T₂ (T₁ < T₂) ändert, ergibt sich generell das Problem, dass bei der optischen Abtastvorrichtung des Standes der Technik das Brechungsvermögen der Linse des optischen Systems verloren geht oder sich die Wellenlänge der Lichtquelle (Halbleiterlaser) verändert, wodurch bei der gesamten optischen Abtastvorrichtung eine beträchtliche Brennpunktsveränderung auftritt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das vorstehend genannte Problem gelöst, dass man die Lichtquelle mit der Eigenschaft versieht, dass sich deren Wellenlänge von λ₁ auf λ₂ verändert, wenn sich die Gebrauchstemperatur der optischen Abtastvorrichtung von T₁ auf T₂ verändert, und dass die folgende Bedingung erfüllt wird:
worin bedeuten
ϕ₁ das Beugungsvermögen des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes für die Wellenlänge λ₁,
ΔP_0T die Größe der Brennpunktsveränderung der gesamten optischen Abtastvorrichtung, wenn sich die Gebrauchstemperatur der optischen Abtastvorrichtung von T₁ auf T₂ verändert,
ΔP_1T die Brennpunktspositionsdifferenz zwischen einem Fall, bei dem das Beugungsvermögen des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes mit ϕ₁ berechnet wird, wenn die Gebrauchstemperatur der optischen Abtastvorrichtung T₁ und die Wellenlänge der Lichtquelleneinrichtung λ₁ ist, und einem Fall, bei dem das Beugungsvermögen des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes mit ϕ₁·(λ₂/λ₁) berechnet wird, wenn die Gebrauchstemperatur der optischen Abtastvorrichtung T₂ und die Wellenlänge der Lichtquelleneinrichtung λ₂ beträgt.
Mit anderen Worten, das Beugungsvermögen des optischen Beugungselementes (des ersten oder zweiten optischen Beugungselementes), das bei der Wellenlänge λ₁ ϕ₁ betrug, wird im Fall der Wellenlänge λ₂ zu ϕ₁·(λ₂/λ₁), so dass daher in der Bedingung (7) ΔP_1T der Brennpunktsdifferenz (Größe der Brennpunktsänderung) nur um den Faktor einer Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes entspricht, die dadurch auftritt, dass sich die Wellenlänge der Lichtquelle von λ₁ auf λ₂ ändert, wenn sich die Gebrauchstemperatur von T₁ auf T₂ ändert, und (ΔP_0T – ΔP_1T) der Brennpunktspositionsdifferenz (Größe der Brennpunktsänderung) um den anderen Faktor als den Faktor der Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes entspricht. Wenn das Beugungsvermögen ϕ₁ des optischen Beu gungselementes 0 ist, ist ΔP_1T = 0 und wird natürlich der Brennpunktskorrektureffekt durch das optische Beugungselement vollständig zu Null. Üblicherweise sind dabei ΔP_0T ≠ 0 und daher ΔP_1T/(ΔP_0T-ΔP_1T) = 0. Wenn ΔP_1T/(ΔP_0T – ΔP_1T) = –1 ist, ist ΔP_0T = 0 und wird bei der gesamten optischen Abtastvorrichtung die Brennpunktsänderung durch eine Änderung der Gebrauchstemperatur der Vorrichtung zu Null.
Daher befindet sich in dem Bereich –1 < ΔP_1T/(ΔP_0T – ΔP_1T) < 0 der Brennpunktskorrektureffekt des optischen Beugungselementes in einem unterkorrigierten Zustand, während sich in dem Bereich ΔP_1T/(ΔP_0T – ΔP_1T) < –1 der Brennpunktskorrektureffekt in einem überkorrigierten Zustand befindet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Wert von ΔP_1T/(ΔP_0T – ΔP_1T) so eingestellt, dass die Bedingung (7) erfüllt wird.
Die Bedingung (7) betrifft das Verhältnis zwischen der Brennpunktspositionsdifferenz nur durch den Faktor der Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes und der Brennpunktspositionsdifferenz durch den anderen Faktor als den Faktor der Änderung des Beugungsvermögens des optischen Beugungselementes. Wenn der obere Grenzwert der Bedingung (7) überschritten wird, wir die Brennpunktskorrekturwirkung des optischen Beugungselementes zu Null oder es resultiert eine umgekehrte Korrektur, was nicht gut ist. Auch wenn der untere Grenzwert der Bedingung (7) überschritten wird, resultiert eine Überkorrektur, was nicht gut ist. Es ist wünschenswerter, den unteren Grenzwert der Bedingung (2) auf –2,0 festzulegen.
Eine Ausführungsform 4 mit numerischen Werten gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend erläutert.
Bei dieser Ausführungsform 4 mit numerischen Werten befinden sich in der Konstruktion der 10 die Kollimatorlinse 2, das erste optische Beugungselement 14 und die fθ-Linse 16 in einer Brechungsanordnung von dünnen Linsen, wie in 14 gezeigt, wobei nur die numerischen Werte der Unterabtastschnittebene angegeben sind. Ausführungsform 4 mit numerischen Werten
Wenn bei der Ausführungsform 4 mit numerischen Werten die Temperatur der optischen Abtastvorrichtung T₁ = 25 °C beträgt, ist die Laserwellenlänge λ₁ = 780 nm und befindet sich der Brennpunkt in der Unterabtastschnittebene an einer Stelle (Punkt Q), die um 120 (mm) von der fθ-Linse 16 in Richtung auf die abzutastende Fläche 7 entfernt ist.
Wenn die Temperatur der optischen Abtastvorrichtung T₂ = 50 °C ist, ist die Laserwellenlänge λ₂ = 786,4 nm, schwächt sich das Brechungsvermögen der Kollimatorlinse 2 auf 1/25,0127 = 0,039980 infolge der Farbdispersion ab, erhöht sich das Beugungsvermögen des ersten optischen Beugungselementes 14 auf 0,04 × (786,4/780,4) = 0,040328, fällt das Brechungsvermögen der fθ-Linse 16 auf 1/40,2187 = 0,024864 ab, da nd durch die Temperaturänderung und durch die Farbdispersion auf einen Wert von 1,48921 abfällt, und beträgt die Größe der Brennpunktsänderung ΔP_0T der gesamten Vor richtung, wenn sich deren Temperatur von 25 °C auf 50 °C ändert, 1,208.
Die Brennpunktspositionsdifferenz (Größe der Brennpunktsänderung) ΔP_1T zwischen einem Fall, bei dem das Beugungsvermögen des ersten optischen Beugungselementes 14 mit 0,04 berechnet wird, wenn die Temperatur 25 °C und die Wellenlänge λ₁ 780 nm beträgt, und einem Fall, bei dem das Beugungsvermögen des ersten optischen Beugungselementes 14 mit 0,040328 berechnet wird, wenn die Temperatur 50 °C und die Wellenlänge λ₂ 786,4 nm beträgt, ist ΔP_1T = –0,806 und ΔP_1T/(ΔP_0T – ΔP_1T) = –0,40.
Dies zeigt, dass eine gute Brennpunktskorrektur durch eine Änderung des Beugungsvermögens des ersten optischen Beugungselementes, die durch eine Wellenlängenänderung bei einer Temperaturänderung verursacht wird, erreicht wird, die die vorstehend erwähnte Bedingung (7) erfüllt.
15 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung der Ausführungsform 5 der optischen Abtastvorrichtung in der Unterabtastschnittebene zeigt. In 15 sind die gleichen Elemente wie in 14 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 4 besteht darin, dass es sich bei dem zweiten optischen Element um eine Hybridkonstruktion aus einem Beugungselementabschnitt (ersten optischen Beugungselement) 71 mit Beugungsvermögen und einem Brechungslinsenabschnitt (Linsenabschnitt ohne Beugungselement) 72 mit Brechungsvermögen handelt. In bezug auf die anderen Punkte entsprechen die Konstruktion und die optische Wirkung der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen denen der Ausführungsform 4.
In 15 ist mit 74 ein zweites optisches Element bezeichnet, das eine Hybridkonstruktion aus dem Beugungselementabschnitt (ersten optischen Beugungselement) 71 mit Beugungsvermögen nur in Unterabtastrichtung und dem Brechungslinsenabschnitt 72 mit positivem Brechungsvermögen in Unterabtastrichtung darstellt. Dadurch, dass auch das zweite optische Element 74 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform ein ähnlicher Effekt wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 4 erreicht werden.
Eine Ausführungsform 5 mit numerischen Werten gemäß der Ausführungsform 5 wird nachfolgend beschrieben. Bei der Ausführungsform 5 mit numerischen Werten sind nur die numerischen Werte in der Unterabtastschnittebene angegeben. Ausführungsform 5 mit numerischen Werten
Wenn bei der Ausführungsform 5 mit numerischen Werten die Laserwellenlänge λ₁ = 780 nm ist, befindet sich der Brennpunkt der Unterabtastschnittebene in einer Position (Punkt Q), die um 120 (mm) von der fθ-Linse 16 in Richtung auf die abzutastende Fläche 7 entfernt ist. Wenn sich die Laserwellenlänge auf λ₂ = 786,4 nm verändert, erhält die Stärke einer jeden Linse den folgenden Wert durch Farbdispersion:
Das Beugungsvermögen des Beugungselementabschnittes 71 beträgt 0,01 × (786,4/780) = 0,010082. Damit beträgt die Größe der Brennpunktsänderung ΔP₀ der Gesamtvorrichtung bei einer Änderung der Wellenlänge von λ₁ auf λ₂ ΔP₀ = –0,031.
Die Brennpunktspositionsdifferenz (die Größe der Brennpunktsänderung) ΔP₁ zwischen einem Fall, in dem das Beugungsvermögen des Beugungselementabschnittes 71 mit 0,01 berechnet wird, wenn die Wellenlänge λ₁ beträgt, und einem Fall, in dem das Beugungsvermögen des Beugungselementabschnittes 71 mit 0,010082 berechnet wird, wenn die Wellenlänge λ₂ beträgt, ist ΔP₁ = –0,204 und ΔP₁/(ΔP₀ – ΔP₁) = –1,20.
Dies zeigt, dass bei einer Wellenlängenänderung eine gute Brennpunktskorrektur durch die Änderung des Beugungsvermögens des Beugungselementabschnittes 71 erreicht und die vorstehend erwähnte Bedingung (6) erfüllt wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 4 und 5 mit numerischen Werten sind Beispiele von numerischen Werten in der Unterabtastschnittebene angegeben worden. Wenn jedoch das Beugungsvermögen des zweiten optischen Beugungselementes 24 in Hauptabtastrichtung in geeigneter Weise so eingestellt wird, dass die vorstehend erwähnten Bedingungen (6) und (7) auch in bezug auf die Hauptabtastschnittebene erfüllt werden, kann eine Brennpunktskorrektur auf gute Weise bei Umweltschwankungen, wie einer Tempera turänderung und einer Änderung der Wellenlänge der Lichtquelle, durchgeführt werden.
16 ist eine Schnittansicht (Ansicht der Hauptabtastschnittebene) von wesentlichen Teilen der Ausführungsform 6 der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung in Hauptabtastrichtung, und 17 ist eine Schnittansicht (Ansicht der Unterabtastschnittebene) von wesentlichen Teilen der Ausführungsform 6 in Unterabtastrichtung. In den 16 und 17 sind die gleichen Elemente wie in den 9 und 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Unterschiede der vorliegenden Ausführungsform gegenüber der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 4 bestehen darin, dass das zweite optische Element eine zylindrische Linse aufweist, bei der zu einer Fläche ein optisches Beugungselement (erstes optisches Beugungselement) hinzugefügt ist, und das zweite optische System eine fθ-Linse, einen ebenen Spiegel und einen zylindrischen Spiegel umfasst sowie ein optisches Beugungselement (zweites optisches Beugungselement) zu der Linsenfläche der fθ-Linse hinzugefügt ist, die sich benachbart zu der abzutastenden Fläche befindet. In bezug auf die anderen Punkte sind die Konstruktion und der optische Effekt der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen mit denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 4 identisch, wobei ein entsprechender Effekt erzielt wird.
In den 16 und 17 ist mit 95 eine zylindrische Linse (auch als Beugungslinse bezeichnet) bezeichnet, die ein anamorphes optisches Element als zweites optisches Element aufweist. Ein erster Beugungselementabschnitt (erstes optisches Beugungselement) 94 mit einem Beugungsvermögen nur in Unterabtastrichtung ist zu der Linsenfläche der zylindrischen Linse 95 hinzugefügt, die sich benachbart zur Kollimatorlinse 2 befindet. Diejenige Linsenfläche der zylindrischen Linse 95, die sich benachbart zur Lichtablenkeinrichtung 5 befindet, umfasst einen zylindrischen Brechungslinsenabschnitt 93 mit einem positiven Brechungsvermögen in Unterabtastrichtung.
Mit 96 ist eine fθ-Linse mit fθ-Charakteristik bezeichnet, die ein anamorphes optisches Element als drittes optisches Element aufweist und beispielsweise eine aus Kunststoffmaterial bestehende einzige Linse umfasst. Diejenige Linsenfläche der fθ-Linse der vorliegenden Ausführungsform, die sich benachbart zur Lichtablenkeinrichtung 5 befindet, hat eine asphärische Form, während diejenige Linsenfläche der fθ-Linse, die benachbart zur abzutastenden Fläche 7 angeordnet ist, einen Brechungslinsenabschnitt 97, der zu einer rotationssymmetrischen sphärischen Fläche mit positivem Brechungsvermögen geformt ist, und einen zweiten Beugungselementabschnitt (zweites optisches Beugungselement) 98 mit einem rotationssymmetrischen Gittermuster, das eine Beugungswirkung nur in der Hauptabtastrichtung auf der rotationssymmetrischen sphärischen Fläche entfaltet, umfasst.
Mit 8 ist ein Planspiegel bezeichnet, während mit 9 ein zylindrischer Spiegel mit positivem Brechungsvermögen in Unterabtastrichtung bezeichnet ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein vom Halbleiterlaser 1 emittierter divergierender Lichtstrahl von der Kollimatorlinse 2 in einen Strahl im wesentlichen parallelen Lichtes in Hauptabtastrichtung umgewandelt. Dieser Lichstrahl (Lichtmenge) wird von der Blende 3 begrenzt und dringt in die zylindrische Linse 95 (das erste optische Beugungselement 94) ein. Derjenige Teil des Lichtstrahles, der in die zylindrische Linse 95 eingedrungen ist und sich in der Hauptabtastschnittebene befindet, tritt wieder intakt aus. In der Unterabtastschnittebene konvergiert der Lichtstrahl und wird im wesentlichen als lineares Bild (ein in der Hauptabtastrichtung langes lineares Bild) auf der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 ausgebildet. Der von der Ablenkfläche 5a der Lichtablenkeinrichtung 5 abgelenkte Lichtstrahl wird von der fθ-Linse 96 über den Planspiegel 8 und den zylindrischen Spiegel 9 auf die Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel gerichtet und tastet die Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel auf optische Weise in Richtung des Pfeiles B über die in Richtung des Pfeiles A gedrehte Lichtablenkeinrichtung 5 ab. Daher erfolgt eine Bildaufzeichnung auf der Oberfläche 7 der lichtempfindlichen Trommel, bei der es sich um ein Aufzeichnungsmedium handelt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform bilden die fθ-Linse 96, der Planspiegel 8 und der zylindrische Spiegel 9 zusammen ein Neigungskorrektursystem für die Lichtablenkeinrichtung 5, wobei das positive Beugungsvermögen in Unterabtastrichtung stärker ist als das positive Beugungsvermögen in Hauptabtastrichtung. Wenn die Brennpunktskor rektur durch eine Wellenlängenänderung optimal durchgeführt werden soll, muss das positive Beugungsvermögen des Beugungselementabschnittes in Unterabtastrichtung stärker gemacht werden, da das positive Beugungsvermögen in Unterabtastrichtung stärker ist als in Hauptabtastrichtung. Wenn jedoch das Gittermuster des zweiten Beugungselementabschnittes 98 rotationssymmetrisch ausgebildet ist, um auf diese Weise die Brennpunktskorrektur in Hauptabtastrichtung zu optimieren, wird die Brennpunktskorrektur in Unterabtastrichtung zu einer Unterkorrektur.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird diese Unterkorrektur dadurch kompensiert, dass der erste Beugungselementabschnitt 94, der ein Beugungsvermögen nur in Unterabtastrichtung aufweist, zu der Linsenfläche der zylindrischen Linse 95, die benachbart zur Kollimatorlinse 2 angeordnet ist, hinzugefügt wird, so dass insgesamt die Brennpunkte in Hauptabtastrichtung und Unterabtastrichtung gut korrigiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der zweite Beugungselementabschnitt 98 mit einem rotationssymmetrischen Gittermuster mit positivem Beugungsvermögen der Linsenfläche der fθ-Linse hinzugefügt, die sich benachbart zur abzutastenden Fläche 7 befindet, wodurch der erste Beugungselementabschnitt 94 in seinem positiven Beugungsvermögen geschwächt werden kann und somit eine Form erhält, die einfach hergestellt werden kann.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der erste Beugungselementabschnitt (optisches Beugungselement) zu einer Fläche der zylindrischen Linse hinzugefügt wird, ist dies nicht einschränkend. Vielmehr kann der erste Beugungselementabschnitt auch zu einer Fläche der Kollimatorlinse hinzugefügt werden.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der erste und zweite Beugungselementabschnitt zu den Flächen der optischen Elemente hinzugefügt werden, ist dies nicht einschränkend. Vielmehr können diese auch unabhängig voneinander in der optischen Bahn ausgebildet sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist bei jeder Ausführungsform das optische Beugungselement sowohl im ersten optischen System, das auf der Lichtquellenseite in bezug auf die Lichtablenkeinrichtung angeordnet ist, als auch im zweiten optischen System, das auf der Seite der abzutastenden Fläche angeordnet ist, vorgesehen, wodurch die optischen Eigenschaften einzeln in jedem optischen System korrigiert werden können oder die Korrektur der optischen Eigenschaften von jedem optischen Beugungselement in geteilter Weise ausgeführt werden kann. Auf diese Weise kann eine genauere Aufzeichnung der Bildinformationen durchgeführt werden.
Die Tatsache, dass die Korrektur der optischen Eigenschaften in unterteilter Weise durchgeführt werden kann, bedeutet, dass das Gittermuster im Vergleich zu einem Fall, in dem nur ein optisches Beugungselement verwendet wird, einfacher ausgebildet und verwirklicht werden kann und dadurch die Herstellung der optischen Beugungselemente einfach ausgeführt werden kann.
Mindestens eines des ersten optischen Beugungselementes und des zweiten optischen Beugungselementes ist so ausgebildet, dass es eine Beugungswirkung in der Hauptabtastrichtung oder der Unterabtastrichtung entfaltet, wodurch mindestens ein optisches Beugungselement ein geradliniges bandförmiges Gittermuster nur in der Hauptabtastrichtung oder der Unterabtastrichtung aufweist. Wenn beispielsweise ein optisches Beugungselement durch Formen hergestellt werden soll, wird eine Herstellung nur durch die geradlinige Bewegung eines Fräswerkzeuges, insbesondere zum Fräsen einer Form und zur Ausbildung eines Gittermusters, möglich, wodurch die Herstellung vereinfacht werden kann.
Eines des ersten optischen Beugungselementes und des zweiten optischen Beugungselementes ist so ausgebildet, dass es eine Beugungswirkung nur in der Hauptabtastrichtung besitzt, während das andere optische Beugungselement so ausgebildet ist, dass es eine Beugungswirkung nur in der Unterabtastrichtung aufweist. Hierdurch können die Gittermuster der beiden optischen Beugungselemente eine geradlinige bandförmige Gestalt erhalten, wodurch die Herstellung vereinfacht werden kann und trotzdem die optischen Eigenschaften unabhängig voneinander in der Hauptabtastrichtung und der Unterabtastrichtung gesteuert werden können.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die Herstellung mehr oder weniger schwierig wird, können das erste und zweite optische Beugungselement so ausgebildet werden, dass sie sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Unterabtast richtung eine Beugungswirkung entfalten, wodurch ein entsprechender Effekt erzielt wird.
Wie vorstehend erläutert, kann eine optische Abtastvorrichtung erreicht werden, bei der das optische Beugungselement sowohl im ersten optischen System, das auf der Lichtquellenseite relativ zur Lichtablenkeinrichtung angeordnet ist, als auch im zweiten optischen System, das auf der Seite der abzutastenden Fläche angeordnet ist, vorgesehen ist, wodurch der Freiheitsgrad in bezug auf die Ausbildung der optischen Beugungselemente verbessert wird und die Korrektur der optischen Eigenschaften einzeln in jedem optischen System oder die Korrektur der optischen Eigenschaften in aufgeteilter Weise von jedem optischen Beugungselement durchgeführt werden kann. Des weiteren kann eine genauere Aufzeichnung der Bildinformation durchgeführt werden, und die Korrektur der optischen Eigenschaften kann gut mit einem optischen Beugungselement durchgeführt werden, das einfach hergestellt werden kann, wobei das Gittermuster des optischen Beugungselementes einfacher gestaltet werden kann.
Ein optische Abtastvorrichtung besitzt eine Lichtquelle, eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken eines von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahles und eine optische Vorrichtung zum Richten des von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahles auf eine abzutastende Fläche. Die optische Vorrichtung besitzt ein optisches Beugungselement. Eine Aberrationsschwankung in einer Unterabtastrichtung, die aus einer Umweltveränderung der optischen Abtastvorrichtung resultiert, wird durch die Charakteristik der optischen Vorrichtung korrigiert.

Claims

Optische Abtastvorrichtung mit einem Halbleiterlaser (1) zum Emittieren eines Lichtstrahles; einer Ablenkeinrichtung (5) zum Ablenken des von der Lichtquelleneinrichtung (1) emittierten Laserstrahles; einem ersten optischen System (L₄₁) zum Richten des von der Lichtquelleneinrichtung (1) emittierten Lichtstrahles auf die Ablenkeinrichtung (5); einem zweiten optischen System (L₄₂) zum Richten des von der Ablenkeinrichtung (5) abgelenkten Lichtstrahles auf eine abzutastende Oberfläche (7) und zum Abbilden des von der Ablenkeinrichtung (5) abgelenkten Lichtstrahles auf der Oberfläche (7) in einer Brennpunktposition, wobei das zweite optische System (L₄₂) einen Brechungsabschnitt mit Kunststoffmaterial und einen Beugungsabschnitt (48) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Brechungsvermögen des Brechungsabschnittes in einer Unterabtastrichtung der optischen Abtastvorrichtung und das Beugungsvermögen des Beugungsabschnittes (48) in der Unterabtastrichtung in Abhängigkeit von einer Schwankung der Temperatur der optischen Abtastvorrichtung variieren und die Bedingung 1,0 ≤ ϕL/ϕB≤ 2,6erfüllt ist, wobei ϕB das Beugungsvermögen des Beugungsabschnittes (48) in der Unterabtastrichtung und ϕL das Brechungsvermögen des Brechungsabschnittes in der Unterabtastrichtung sind, so dass eine Schwankung der Brennpunktposition in Unterabtastrichtung, die aus der Temperaturschwankung resultiert, durch ein angemessenes Verhältnis ϕL/ϕB im wesentlichen vollständig korrigiert wird.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Änderung des Brechungsvermögens des Brechungsabschnittes in Unterabtastrichtung, die durch eine Veränderung des Brechungsindex des Brechungsabschnittes in Abhängigkeit von der Temperaturschwan kung und durch eine Wellenlängenschwankung der Lichtquelleneinrichtung (1) in Abhängigkeit von der Temperaturschwankung verursacht wird, durch eine Änderung des Beugungsvermögens des Beugungsabschnittes (48) in der Unterabtastrichtung, die durch die Wellenlängenschwankung der Lichtquelleneinrichtung (1) in Abhängigkeit von der Temperaturschwankung verursacht wird, korrigiert wird.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Brechungsabschnitt des zweiten optischen Systems (L₄₂) eine Kunststofflinse umfasst.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Brechungsabschnitt des zweiten optischen Systems (L₄₂) eine Kunststofflinse umfasst und eine Brennpunktschwankung in der Unterabtastrichtung in Abhängigkeit von der Temperaturschwankung der Kunststofflinse durch eine Änderung des Beugungsvermögens des Beugungsabschnittes (48) in der Unterabtastrichtung in Abhängigkeit von einer Wellenlängenschwankung der Lichtquelleneinrichtung (1), die durch die Temperaturschwankung verursacht wird, korrigiert wird.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Brennpunktschwankung in der Unterabtastrichtung in Abhängigkeit von der Temperaturschwankung der Kunststofflinse durch eine Änderung des Brechungsvermögens in Unterabtastrichtung durch eine Änderung des Brechungsindex der Kunststofflinse verur sacht wird, die durch die Temperaturschwankung und die Wellenlängenschwankung der Lichtquelleneinrichtung (1) in Abhängigkeit von der Temperaturschwankung bewirkt wird.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Beugungsabschnitt von einem optischen Element (48) gebildet wird, das eine treppenförmige Gitterstruktur besitzt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, bei der der Beugungsabschnitt von einem optischen Element (48) gebildet wird, das eine kontinuierliche Fresnel-förmige Gitterstruktur aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das erste optische System (L₄₁) die Funktion zur Abbildung des von der Lichtquelleneinrichtung (1) emittierten Lichtstrahles auf eine Ablenkfläche der Ablenkeinrichtung (5) als Linienbild, das in Hauptabtastrichtung verlängert ist, besitzt.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Brennpunktzustandsänderung in einer Hauptabtastrichtung der optischen Abtastvorrichtung in Abhängigkeit von der Temperaturschwankung des Brechungsabschnittes durch eine Änderung des Beugungsvermögens des Beugungsabschnittes (48) in Abhängigkeit von der Wellenlängenschwankung der Lichtquelleneinrichtung (1), die durch die Temperaturschwankung verursacht wird, korrigiert wird.
Bilderzeugungsvorrichtung, die die optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und die Oberfläche (7) einer lichtempfindlichen Trommel, die die abzutastende Oberfläche bildet, umfasst.