FR2731083A1 - Dispositif de balayage optique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de balayage optique comprenant une source lumineuse (11), un premier moyen optique (21, 22) qui transforme le faisceau lumineux émis par la source en lui donnant des caractéristiques spécifiées, un moyen de déviation (31) qui dévie le faisceau lumineux sortant dudit premier moyen optique, et un deuxième moyen optique par lequel le faisceau lumineux dévié par le moyen de déviation est focalisé de façon à former une image sur une surface prédéterminée. Etant donné une section droite de balayage principal et une section droite de balayage auxiliaire perpendiculaire à la première et comportant les axes optiques des moyens optiques, la section droite dans laquelle le plan image est le plus dévié du fait de la variation de la distance entre la source lumineuse et le premier élément optique (21) du premier moyen optique est la même que la section droite dans laquelle le plan image est le plus dévié en raison des variations, avec la température, des caractéristiques optiques desdits moyens optiques.

Description

La présente invention concerne un dispositif de balayage optique destiné à

être utilisé avec une imprimante à faisceau laser et d'autres appareils de formation d'images optiques. Plus spécialement, l'invention concerne un procédé permettant de compenser les détériorations des caractéristiques optiques dues aux variations de la température. Un dispositif de balayage optique selon la technique antérieure est présenté schématiquement sur la figure 10. Un faisceau laser, constitué de rayons lumineux Xvenant d'un laser à semiconduceur 211, est collimaté en un faisceau lumineux parallèle par l'intermédiaire d'une lentille collimatrice 221 et est conformé en un faisceau convergent par l'intermédiaire dm'une lentille cylindrique 222. Le faisceau est convergent dans l'une des sections droites qui sont perpendiculaires l'une à l'autre et contiennent les axes optiques de la lentille collimatrice 221. Le faisceau conformé est dévié par un miroir polygonal tournant 230. Le faisceau dévié traverse des lentilles de balayage 251 de façon à être focalisé sous la forme d'une tache ponctuelle sur la surface à balayer 240. Le point image est sensiblement égal au resserrement d'un faisceau gaussien. Pour assurer que le faisceau est bien focalisé de manière à former une image plane sur la surface 240, les lentilles de balayage 251 sont conçues de façon qu'eUlles ne produisent pas d'astigmatisme ou de courbure de champ à des niveaux d6épassant des valeurs spécifiées. De plus, les lentilles de balayage 251 sont conçues de façon à créer une distorsion négative tellec que le faisceau dévié par le miroir polygonal tournant 230 à une vitesse angulaire uniforme balayera la surface 240 à une vitesse

linéaire uniforme.

Si un rayon lumineux arrivant sur les lentilles de balayage 251 sous un angle 0 est transformé de façon à former une image telle que la hauteur de l'image y soit proportionnelle à 0, la relation exprimée par y = f.0 est valable, o f est la distance focale de la lentille 251. Une lentille qui satisfait cette relation est

couramment appelée une "lentille fO".

Le faisceau convergent venant de la lentille cylindrique 222 forme une image de ligne sur une surface de déviation du miroir polygonal tournant 230 suivant une direction qui est parallèle à la direction de balayage. L'image de ligne

produira finalement une tache ponctuelle d'une taille spécifiée sur la surface 240.

Par conséquent, la section droite de balayage auxiliaire du système optiquec considéré est telle que chacune des surfaces de déviation du miroir polygonal tournant 230 est optiquement conjuguée avec la surface 240. Ceci signifie que, même si les surfaces de déviation du miroir polygonal 230 ne sont pas uniformément parallèles à l'axe dc rotation, dc sorte quc l'angle du faisceau dévié fluctue avec une surface de déviation spécifique dans la direction de balayage auxiliaire, la relation de conjugaison est maintenue et des taches ponctuelles successives du faisceau se formnnent à la même position de la surface 240 dans la direction de balayage auxiliaire. Un système optique de ce type est couramment appelé un "système optique à correction d'inclinaison" pour rendre compte de sa capacité à corriger l'inclinaison des faces de déviation du miroir polygonal

tournant 230.

Dans la description, l'expression "direction du balayage principal"

désigne la direction qui est balayée par le faisceau lumineux qui est dévié par le miroir polygonal tournant et l'expression "direction du balayage auxiliaire (ou sous-balayage)" désigne la direction qui est perpendiculaire à la direction du

balayage principal et à l'axe optique des lentilles.

Pour assurer que l'image de ligne présente sur une surface de déviation produit une tache circulaire ou elliptique d'une taille spécifiée sur la surface 240, il faut que les lentilles de balayage 251 aient des caractéristiques optiques différentes dans les directions de balayage principal et auxiliaire. Des systèmes optiques de ce

type sont couramment appelés "systèmes optiques anamorphosiques".

Dans la plupart des dispositifs de balayage optiques classiques, les lentilles de balayage 251 sont entièrement constituées par des lentilles élémentaires en verre de façon qu'une précision exacte soit assurée. Toutefois, on assiste actuellement à une augmentation de l'utilisation de lentilles élémentaires en matière plastique moulée par injection en raison des larges possibilités de formes qu'offre le moulage par injection et pour des raisons économiques. Si l'on doit utiliser des surfaces toriques pour construire des systèmes optiques "anamorphosiques" et, notamment, dans le cas o on doit leur donner une forme en section droite qui est asphérique (ou qui n'est pas en arc de cercle) plutôt que des formes en arc de cercle, la fabrication des lentilles élémentaires voulues à un coût admissible par usinage du verre est très difficile et, de fait, on ne peut la

commercialiser qu'en employant des matières plastiques.

Une des applications majeures des dispositifs de balayage optique concerne les imprimantes à faisceau laser, qu'on appellera imprimantes laser, et des efforts sont entrepris de manière constante pour donner une meilleure résolution. A

cet effet, il faut réduire la tache du faisceau devant être formée sur la surface 240.

Par conséquent, la première exigence à satisfaire est de concevoir un système optique possédant une bonne qualité de formation d'image; de plus, il est nécessaire de pouvoir assembler un dispositif de balayage optique de manière que les positions et autres particularités des lentilles respectives soient ajustées de façon à correctement focaliser un faisceau lumineux sur la surface à balayer aussi bien dans la section droite de balayage principal que dans la section droite de

S balayage auxiliaire.

Un autre problème relatif à de semblables systèmes optiques à résolution élevée est que, même s'ils possèdent initialement la qualité voulue de formation d'image, la position o le faisceau lumineux est focalisé pour former une image se déplace axialement du fait de variations locales telles que les variations de la température, et ce phénomène de "défocalisation" peut occasionnellement détériorer les qualités de formation d'image du système optique. On a jusqu'ici envisagé ce problème en proposant divers mécanismes de correction ou de compensation. Toutefois, les propositions faites à ce jour ne se sont pas encore révélées complètement satisfaisantes pour empêcher la détérioration des qualités de formation d'image qui est due à des variations locales, notamment des variations de la température. Les problèmes intervenant dans la techiq antérieure vont maintenant être décrits en liaison avec les documents cites suivants. La demande de brevet japonais publiée avant examen (Kokai) Sho 55-43577 enseigne une technique selon laquelle les parties optiques entourant la lentille collimatrice sont conçues de façon à présenter des coefficients de dilatation linéaire appropriés tels que les variations, en fonction de la température, de la distance comprise entre la lentille collimatrice et le laser à semiconducteur soient réduites à moins que la profondeur de champ de la lentille collimatrice, ce qui apporte une assurance contre les variations, en fonction de la température, des caractéristiques du faisceau sortant de la lentille collimatrice. Cette technique envisage la dilatation thermique des parties optiques entourant la lentille collimatrice, mais ne tient pas compte d'autres facteurs, tels que les variations de l'indice de réfraction dues aux variations de longueur d'onde de la source lumineuse et à la dispersion des lentilles utilisées, aux variations de l'indice de réfraction en fonction de la matière constituant les lentilles et à la dilatation thermique des lentilles. Dans un système optique réel, la température peut également affecter ces facteurs, ceci amenant l'image à se former à une certaine

distance de la surface devant être balayée.

Si l'ouverture numérique de la lentille collimatrice est petite, sa profondeur de champ est suffisamment grande (par exemple plusieurs dizaines de microns) pour n'amener aucun problème notablec, même si les coefficients de dilatation thermique des parties environnant la lentille collimatrice n'ont pas été choisis avec un soin particulier. Toutefois, en particulier, toute variation de la distance entre la source lumineusc et la lentille collimatrice est amplifiée par le grossissement longitudinal de l'ensemble du système optique placé entre la source lumineusecet la surface à balayer, et la position de formation de l'image dépendra fortement du plan image voulu. De plus, le but principal de la technique est d'assurer que le faisceau lumineux émergeant d'unités laser interchangeables présente des caractéristiques constantes, et il n'est pas envisagé de compenser les variations, dues à la température, de la qualité de formation d'image des systèmcs optiques de balayage en provoquant des variations délibérées, en fonction de la température, des propriétés du faisceau lumineux sortant de la lentille collimatricc,

comme cela sera décrit ultérieurement dans cette description.

La demande de brevet japonais publiée avant examen (KogaM) Sho 63-7530 enseigne une technique concernant le problème, non considéré par la demande-citée Sho 55-43577, des variations, avec la température, de la longueur d'onde de travail d'un laser à semiconducteur. Cette technique consiste à doter la lentille collimatrice d'aberrations chromatiques spécifis grâce à l'utilisation de la dispersion du verre, de façon que toute variation de la distance focale de la lentille coilimatrice qui entraînera des variations d'indice dues aux aberrations chrmatiques introduites peut être annulée par la dilatation thermique des parties optiques qui couplent la lentille collimatrice du laser à semiconducteur. Toutefois, cette proposition n'est pas en mesure de tenir compte des variations, en fonction de

la température, de l'indice de réfraction de la lentille et de sa dilatation thermique.

Cette technique suit les enseignements du document cité Sho 55-43577 ci-dessus en ce que l'objectif principal est d'assurer que le faisceau lumineux sortant de la lentille collimatrice maintienne un état constant (notamment, parallèlc) quelle que soit la température. Toutefois, pour compnser les variations, fonction de la température, des caractéristiques de lentilles autres que la lentille collimatrice, il est souhaitable de faire varier, avec la température, l'état (en particulier l'angle de divergence) du faisceau sortant de la lentille collimatrice. Ccci est notamment vrai dans le cas o la lentille de balayage est faite en matière plastique. Puisque les matières plastiques présentent des variations de leur indice de réfraction, en fonction de la température, qui sont environ 10 fois plus élevées que les variations de l'indice de réfraction du verre, il est très difficile de compenser ces si fortes variations au moyen de lentilles autres que la lentille collimatrice si le faisceau sortant de cette dernière est maintenu dans un état

constant mdépendamment de la température.

Un procédé permettant de corriger les variations d'indice de réfraction d'une lentille en matière plastique en fonction de la température par utilisation de certains paramètres est décrit dans la demande de brevet japonais publiée avant examen (Koka') Hci 3-63411. Selon ce procédé, on fabrique la lentille de balayage en matière plastique et on soumet les variations, fonction de la température, de son indice de réfraction et les variations de sa distance focale dues à sa propre dilatation thermique à une correction optimale en prenant en considération la variation de la distance séparant le laser à semiconducteur de la lentille collimatrice, ainsi que la variation de longueur donde du laser à semiconducteur. Toutefois, ce procédé ne prend pas en compte la variation, fonction de la température, de l'indice de réfraction de la lentille coIlimatrice ou sa dilatation thermique et, par conséquent,- n'cest pas un moyen idéal pour procurer une correction satisfaisanite des -variations potentielles de la température. Dr plus, aucune des trois techniques connues ci-dessus décrites n'offre une solution efficace aux problèmes intéressant la correction des systèmes optiques, par exemple les systèmes optiques de balayage ci- dessus mentionnés équipés de moyens "de correction d'inclinaison', qui subissent des niveaux de variation, avec la température, de leurs caractéristiques de formation d'image qui sont diféren

dans la direction du balayage principal et dans la direction du balayage auxiliaire.

Il n'existe aucun procédé dans la technique antérieure qui tient compte de deux types d'écart du plan image par rapport à la surface à balayer, un étant dû à la courbure de champ et à l'astigmatisme, et l'autre étant l'écart qui relève des

variations de la température.

Linvention a été faite en liaison avec ces circonstances et elle a pour objet de produire un dispositif de balayage optique qui tient compte de tous les factcurs énumérés ci-après et qui optimisent le système optique de façon que les déplacements du plan image qui sont dus à ces facteurs s'annulent les uns les autres ou que la somme de ces déplacements est ou bien minimisée ou bien ramenée à une petite valeur admissible en pratique, ce qui assure que le dispositif de balayage présente des propriétés de formation d'image cohérentes qui sont des variations de la température ambiante. Ces facteurs sont: a. la variation de la géométrie de la lentille due à la dilatation (ou la contraction) d'origine thermique d'une lentille élémentaire; b. la variation, en fonction de la température, de la position d'une lentille élémentaire, en particulier de la distance de la lentille collimatricc à la source lumineuse; c. les variations, en fonction de la température, de a et h apraissant dans la direction du balayage principal et la direction du balayage auxiliaire, dans lesquelles des caractéristiques optiques différentes sont observées relativement à l'axe optique; et d. le déplacement du plan image aux différents angles de déviation en présence d'astigmatisme et de courbure de champ, ceci étant propre au système

optique de balayage considéré.

Tous ces facteurs ne doivent pas nécessairement être calculés, mais ils doivent être pris en considération s'il apparaît qu'ils sont nécessaires sur la base

d'une évaluation de leurs effets.

Le but ci-dessus indiqué de l'invention peut être obtenu au moyen d'un dispositif dc balayage optique selon un premier aspect de l'invention, qui onmpnrend une source lumineuse, un premier moyen optique avec lequel un faisceau lumineux émis par ladite source lumineuse est transformé de façon à présenter des caractéristiques spécifiées, un déflecteur qui dévie le faisceau lumineux sortant dudit premier moyen optique, et un deuxième moyen optique au moyen duquel le faisceau lumineux tel que dévié par ledit déflecteur est focalisé afin de former une image sur une surface prédéterminée à balayer, caractérisé en ce que, si l'on considère une section droite de balayage principal, laquelle est balayée par le faisceau lumineux lorsqu'il est dévié par ledit déflecteur, et une section droite de balayage auxiliaire qui est perpendiculaire à ladite section droite de balayage principal et qui comporte les axes optiques desdits premier et deuxième moyens optiques, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grainde quantité de déplacement axial, en termes absolus, en raison de la variation de la distance de ladite source lumineuse au premier élément optique dudit premier smoyen optique est la même que la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement axial, en termes absolus, en raison des variations, en fonction de la température, des caractéristiques optiques desdits

premier et deuxième moyens optiques.

Le but peut également être atteint par un dispositif de balayage optique selon le deuxième aspect de l'invention, qui comprend une source lumineuse, un premier moyen optique avec lequel un faisceau lumineux 6mis par ladite source lumineuse est transform6 de façon à présenter des caractristiques sp6cifiées, un défiectcur qui dévie le faisceau lumineux sortant dudit premier moyen optique, et un deuxième moyen optique au moyen duquel le faisceau lumineux tel que dévi par ledit déflecteur est focalisé afin de former une image sur une surface pr:édterminéc à balayer, caractérise en ce que, si l'on considère une section droite de balayage principal, laquelle est balayée par le faisceau lumineux lorsqu'il est dévié par ledit déflecteur, et une section droite de balayage auxiliaire qui est perpendiculaire à ladite section droite de balayage principal et qui comporte les axes optiques desdits premier et deuxième moyens optiques, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement axial, en termes absolus, en raison d'une variation de la temp6érature est différente de la section droite dans laquelle ledit deuxième moyen optique subit la plus grande courbure de champ. Dans chacun des dispositifs de balayage optique selon le premier et le deuxième aspect, au moins un des éléments optiques du deuxième moyen optique est fait en matière plastique. Si cela est souhaitable, le dispositif de balayage optique du deuxième aspect peut être ainsi conçu que la position axiale correspondant à la valeur moyenne de la courbure de champ du deuxième moyen optique dans la section droite de balayage principal soit en coïncidence notable avec la position axiale correspondant à la valeur moyenne de la courbure de champ

du deuxième moyen optique dans la section droite de balayage auxiliaire.

Selon le premier aspect de l'invention, la quantité absolue de déplacement du plan image relevant des variations, en fonction de la température, de caractéristiques optiques est supérieure dans l'une des sections droites de balayage, principal ou auxiliaire, à ce qu'elle est dans l'autre section droite. Pour compenser cette différence, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantit6 de d6placement en termes absolus du fait de la variation, en fonction de la température, de la distance allant de la source lumineuse à la lentille collimatrice est destinée à être la même que la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement, en termes absolus, du fait des variations, dépendant de la température, des caractéristiques optiques. De plus, le déplacement mentionné en premier du plan image est laissé se produire dans un sens opposé à celui du deuxième mouvement mentionné du plan image, de sorte que le mouvement global du plan image du fait des variations de température est

réduit à un minimum.

Le deuxième aspect de l'invention repose sur la compensation obtenue du premier aspect ci-dessus décrit; la section droite faisant intervenir la plus grande quantité de déplacement résiduelle du plan image est destinée à tre la même que la section droite faisant intervenir la plus petite courbure de champ dans les systèmes optiques de balayage, de sorte que le déplacement global du plan image par rapport à la surface à balayer, y compris celui qui est dû aux variations

de température, est réduit à un minimum.

- La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise

à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en perspective montrant la structure d'un dispositif de balayage optique selon un premier ou un troisième exemple de l'invention; la figure 2 est une section droite de balayage principal du système optique utilisé dans les premier et troisième exemples de l'invention; la figure 3 est une section droite de balayage auxiliaire pour le système optique utilisé dans les premier et troisième exemples de l'invention; la figure 4 montre le détail de la zone entourant la lentille collimatrice utilisée dans les premier et troisième exemples de l'invention; la figure 5 est une vue en perspective montrant la structure d'un dispositif de balayage optique selon un deuxième ou un quatrième exemple de l'invention; la figure 6 est une section droite de balayage principal pour le système optique utilisé dans les deuxième et quatrième exemples de l'invention; la figure 7 est une section droite de balayage auxiliaire pour le système optique utilisé dans les deuxième et quatrième exemples de l'invention; la figure 8 est un graphe montrant des courbes d'aberration obtenues dans le troisième exemple de l'invention; la figure 9 est un graphe montrant des courbes d'aberration obtenues dans le quatrième exemple de l'invention; et la figure 10 est une vue en perspective montrant la structure d'un

dispositif de balayage optique selon la technique antérieure.

On va maintenant décrire, en se reportant aux dessins annexés, quatre exemples de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de balayage optique selon le premier exemple du premier aspect de l'invention; la figure 2 montre une section droite de balayage principal pour le système optique utilisé dans le dispositif de balayage optique; et la figure 3 montre une section droite de balayage auxiliaire pour le système optique, qui comporte l'axe optique et qui est perpendiculaire à la section droite de balayage principal. Comme présenté, un faisceau laser émis depuis un laser à semiconducteur 11 est conformé par passage dans une lentille collimatrice 21 de façon à présenter une section droite qui donne une lumière sensiblement parallèle. Le faisceau ainsi conformé traverse une lentille cylindrique 22 et est focalisé de manière à former une image de ligne sur la surface de déviation 32 d'un miroir polygonal tournant 31 suivant une direction qui est parallèle à la direction de balayage. Le faisceau dévié par le miroir polygonal tournant 31 est rendu convergent par passage dans des lentilles de balayage 51. Le faisceau convergent est dévié et réfléchi par un miroir de changement de direction61, qui modifie la direction de déplacement, de manière que soit formée une tache ponctuelle de focalisation, d'une taille spécifiée, sur la surface à balayer 81'. La lentille de balayage 51 présente une caractéristique

du type "fo", comme déjà décrit en liaison avec la technique antérieure.

Avant de balayer la surface 81', le faisceau dévié est réfléchi par un mimroir de détection syncbrone 72 et est envoyé dans un détecteur synchtme 71 de façon à produire le signal de synchronisation nécessaire à l'exécution du traitement des signaux pendant chaque balayage. Les composants décrits ci-dessus sont

montés sur une base optique 91, qui est faite de résine moulée en une seule pièce.

Les lentilles de balayage 51 sont constituées de deux lentilles élémentaires 51a et 51b. La lentille élémentaire 5la est faite en verre optique, mais la lentille élémentaire 51b est faite en matière plastique, puisque la surface torique S9 (voir les figures 2 et 3) de laquelle le faisceau dévié émerge peut être fabriquée en

matière plastique beaucoup plus facilement qu'en verre.

Une feuille de données spécifiques concernant le système optique constitué par les surfaces de lentille S1 à S9 est donnée ci-après dans le tableau 1, en termes de distance axiale (d) entre surfaces des lentilles, de rayon para-axial (R) et d'indice de réfraction (n). Le symbole "x" mis entre parenthèses représente le rayon para-axial dans la section droite de balayage auxiliaire, et le symbole "y" mis entre parenthèses représente le rayon para-axial dans la section droite de

balayage principal.

Tableau 1

Rayon para-axial, Distance axiale Surface R entre surfaces, Indice de réfraction, n d n O - (source lumineuse) 4,758 1,0000 S1 o 2,5 1,675

S2 4,2189 10 1,0000

k=-0,8596 A=-0,4769x10-3 B=-0,2991x10-5 C= 0,9757x10-7 D= 0,2824x10-17 S3 26,25 (x) 3 1,5112 oo (y) S4 o 50 1,0000 S5 Xo 20 1,0000 face r6fléchissante

S6 -123,23 5 1,5112

S7 13,523 (x) 14,266 1,0000 (y)

S8 1859,9 15 1,4862

S9 -15,28 (x) -0,96 (y)

219 1,000

NB. Voir la relation (1) ci-après, pour la d6finition de A, B, C et D. L'angle de divergence du faisceau laser 6mis par le laser à semiconducteur 11 est d'environ 10 dans un plan parallèle au plan de jonction du dispositif à semiconducteur et il augmente jusqu'à une valeur de 30 à 40 dans le plan perpendiculaire au plan jonction. Ainsi, pour assurer que le faisceau est envoyé efficacement dans une lentille de petite ouverture effective, la lentille collimatrice 21 est g6n6ralement conçue de façon à pr6senter une distance focale comprise entre plusieurs millimètres et environ 20 mm. L'angle de divergence du faisceau laser ci-dessus discut6 s'exprime en fonction de l'angle total relatif à la demi-valeur de crête. Ainsi, la lentille collimatrice 21 possède la plus grande puissance optique parmi les lentilles employées dans le dispositif de balayage optique et, pour assurer que son rayon de courbure n'est pas indûment petit, la lentille collimatrice 21 est formée d'une substance optique posséd&lant un grand

indice de réfraction.

Pour donner un rendement de couplage amélioré au laser à semiconducteur 11, on peut augmenter l'ouverture numérique de la lentille coilimatrice 21, mais, alors, les aberrations sphériques qui sont créées dans la lentille influenceront la qualité des images formées. Dans ces conditions, on rend quelquefois asphérique plutôt que sphérique la surface de la lentille collimatrice 21. Puisqu'il n'est pas économique de fabriquer des surfaces

asphériques en polissant du verre, on emploie souvent des lentilles en verre moulé.

Dans ce cas également, on choisit des verres ayant un indice de réfraction élevé pour des raisons tenant à l'indice et aux propriétés voulues de moulage. Ainsi, dans l'exemple considéré, on peut utiliser SF8 (il s'agit d'un type de verre de la société Schott Glaswerke de la République d'Allemagne; on notera que, dans les pages suivantes, les verres sont identifiées par des types de verre de cette société). Lc coefficient d'asphéuicité qui est associé à une surface asphérique est défini par l'équation (1) ci-dessous. Il faut noter ici que, pour évaluer les variations, fonction de la température, des caractéristiques optiques, on peut effectuer les calculs en utilisant le rayon para- axial: R 1+ 1-(l+k)I +A.y4+B.y6+C.y&+D.ylO+E.yl2 ( 1) o Z est la position d'une surface sur un axe optique, R est le rayon de courbure para-axial, et

y est la distance à un axe optique.

Des verres optiques classiques suffisent à la lentille cylindrique 22 pour que celle-ci présente des caractéristiques satisfaisantes et, par conséquent, elle est formée dans le verre optique BK7, le plus courant. La lentille élémentaire de balayage 51a est également faite de BK7. Comnme djà mentionné, la lentillc élémentaire de balayage 51b est une lentille de matière plastique et est faite en

résine acrylique (PMMA).

On va maintenant discuter les effets de la température sur le laser à semiconducteur et sur chacune des lentilles utilisées dans le dispositif de balayage optique. Avant d'entrer dans les détails, on va d'abord décrire les variations de la longueur d'onde d'oscillation du laser à semiconducteur 11 avec la température. La longueur du résonateur présent dans le laser à semiconducteur 11 varie avec la température, si bien quela longueur d'onde d'oscillation du laser varie également avec la température. Avec le laser à semiconducteur GaAIAs courant, la longueur d'onde d'oscillation augmente de 0,23-0,26 nm sous l'effet d'une augmentation de température de 1C. Cette augmentation incrémentielle de longueur d'onde s'exprime par dMdT. Dans le premier exemple considéré, on adopte pour dX/dT

une valeur typique de 0,25 nmPC pour exécuter les calculs suivants.

D'autre part, l'indice de réfraction de la matière formant la lentille dépend de la longueur d'onde. On utilise la valeur de 780 mn comme valeur centrale pour la longueur d'onde d'oscillation du laser à semiconducteur 11. La variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde (ce que l'on appelle généralement la "dispersion") est exprimée par le nombre d'Abbe, mais

celui-ci n'est pas approprié à la-description des variations ayant lieu pour des

longueurs d'ondes voisines dc 780 ni. Pour être exact, on utilise une formule de dispersion exprimée par un polynôme, et on porte des valeurs spécifiques de longueur d'onde dans la formule pour déterminer l'indice de réfraction et la variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde (ce qu'on exprnmera ci-après par dn/dX). Généralement, l'indice de réfaction diminue

lorsque la longueur d'onde augmente.

Par conséquent, l'effet général des variations de longueur d'onde sur le laser à semiconducteur s'exprime par: dn,/dT = (dn/d).(d)X/dl) (2) qui représente la variation de l'indice de réfraction pour 1C. On utilise l'expression "dn'/dT" pour faire la distinction avec la variation, fonction de la température, de

l'indice de réfraction de la matière formant la lentille par lui-même.

On va maintenant décrire la relation entre l'indice de réfiaction de la matière constituant la lentille et la température. Les indices de réfraction des matières optiques sont généralement variables en fonction de la température. Non seulement la matière formant la lentille, mais aussi l'air environnant subissent une variation d'indice de réfraction avec la température. Par conséquent, le taux de

variation de l'indice de réfraction par rapport à la température (qu'on appellera ci-

après dn/dTI) est rapporté à la valeur utilisée pour l'air à la même température.

Lorsque la température s'élève, l'indice de réfraction d'une certaine matière de lentille augmente ou diminue selon le type de cette matière. On considère par exemple la matière SFL6; la variation de son indice de réfraction en fonction de la température est dix fois moindre que celle de l'indice d'autres verres, comme par exemple BK7. Inversement, la résine acrylique (PMMA) utilisée dans la lentille élémentaire de balayage 51b présente des variations d'indice qui sont au moins dix fois supérieures à celles se produisant dans d'autres matières du type verre telles que BK7. Ces verres ont des indices de réfraction qui augmentent lorsque la température s'élève. Inversement, les matières plastiques ont généralement un

indice de réfraction qui s'abaisse lorsque la température s'élève.

Enfin, on va décrire la variation du volume de la matière constituant la lentille en fonction de la température. Comme les matières techniques ordinaires, la matière formant la lentille se dilate en volume lorsque la température s'élève. Le taux de dilatation peut être exprimé au moyen d'un coefficient p de dilatation linéaire, qui représente la variation unidimensionnelle pour C. Dans l'invention, non seulement les lentilles, mais aussi d'autres éléments tels que la base optique 91, sont compris dans cette discussion de la dilatation thermique. Lec coefficient de dilatation thermique ne varie pas de manière très importante entre différentes qualités de verres optiques, mais le coefficient de dilatation linéaire des matières plastiques est presque dix fois supérieur à la valeur corrncspondante des verres. Des données portant sur la variation de l'indice de réfraction avec la température (dn'dX), la variation, avec la température, de l'indice de réfraction de la matière formant la lentille (dn/dT) et le coefficient de dilatation linéaire () sont données collectivement dans le tableau 2 pour des verres et des matières plastiques

typiques.

Tableau 2

Variation de Variation dc l'indice Coefficient de l'indice de de réfraction en dilatation linéaire, réfraction en fonction de la A Matière fonction de A, matière, dn/dT (x10-6) dn'/dX (x10-6) (x10-5) Verre:

BK7 -2,09 2,55 7,1

SF8 -4,69 6,11 8,2

SFL6 -6,51 0,18 9,0

Matière plastique: polyoléfine 2,6 -110 70 amorphe -2,24 110 70 On va maintenant examiner comment le plan image se déplace lorsque la tcmpérature du système optique dans son ensemble augmente dc 1C dans le premier exemple du premier aspect dc l'invention, qui est représenté sur les figures 2 et 3. Lcs variations de l'indice dans les matières des lentilles respectives (in/dI), les variations de l'indice qui sont dues à la dispersion et à la variation de longueur d'onde (dn'/dl) et la dilatation (0) des lentilles contribuent dans des proportions différentes au déplacement du plan image, et les contnibutions respectives ainsi que l'amplitudc dc déplacement du plan image calculéec par sommation de ces contributions sont énumérées dans le tableau 3 ci-après pour la

section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire.

Tableau 3

Déplacements relatifs du plan image, par degré Celsius, dans la section droite de balayage principal Variation de Variation de A l'indice de Dilatation des et dispesion réfracton lentilles Lentille collimatrice 0,1004 -0,0524 0,04 Lentille cylindrique 0 0 0 Lentille de balayage 1 -0,0017 0,0008 -0,0012 Lentille de balayage 2 0,054 0, 0916 0,0291 Total 0,2120 Déplacements relatifs du plan image, par degré Celsius, dans la section droite de balayage auxiliaire Variation de Variation de X l'indice de Dilatation des ddi ion réfaction lentilles Lentille collimatrice 0,1511 -0,0791 0, 0603 Lentille cylindrique 0,0075 -0,0037 0,0053 Lentille de -0,0024 0,0011 -0,0005 balayage 1 Lentille de 0,019 0,3219 0,0836 balayage 2 Total 0,5641 On a obtenu les données du tableau 3 par le calcul en faisant

l'hypothèse que les différentes lentilles, la source lumineuse (laser à semi-

conducteur) ou la surface à balayer ne modifiaient pas leur position même si la température variait. Le signe positif est utilisé pour indiquer le sens dans lequel le plan image s'éloigne de la source lumineuse. Comme on peut le voir dans le tableau 3, pour la section droite de balayage auxiliaire, les mouvements du plan image dus à la variation de l'indice de réfraction de la matière optique utilisée pour la lentille élémentaire de balayage 51b sont beaucoup plus grands que ceux dus aux autres facteurs. Il est clair que les facteurs autres que la variation d'indice de la matière optique agissent de façon générale pour écarter le plan image de la source lumineuse. En examinant de manière plus serrée ce qui concerne la lentille collimatrice 21 dans le tableau 3, on peut voir que, par comparaison avec les déplacements du plan image dus aux variations d'indice résultant de la variation dc la longucur d'onde et de la dispersion, les déplacements du plan image dus aux variations, avec la température, de l'indice de réfraction de la matière formant la lentille ellc-même sont dans un rapport d'environ la moitié et dans des sens opposés. La lentille collimatrice 21 est faite en verre, mais le déplacement du plan image dû à la dilatation de la lentille elle-même sont presque comparables aux déplacements du plan image dus à la dilatation de la lentille élémentaire de balayage 51b ellc-même, qui est faite en matière plastique. H est donc clair qu'il faut également tenir compte de la dilatation thermique des lentilles en verre si

celles-ci ont une grande puissance optique.

Dans le cadre de la présente discussion, on désignera collectivement comme étant le "déplacement du plan image dû aux variations des caractéristiques optiques en fonction de la température" le déplacement du plan image dû aux variations de la longueur d'onde avec la température, aux variations de l'indice en fonction de la matière et à la dilatation thermique de la lentille elle-même. Comme

déjà mentionné en rapport avec la description de la technique antérieure, il n'existe

actuellement aucun dispositif de balayage optique qui soit corrigé en ce qui concerne le déplacement ci-dessus défini du plan image d'une manière tenant compte des trois facteurs, en particulier la dilatation thermique des lentilles de verre. Les différents facteurs qui affectent le déplacement du plan image ont reçu une juste appréciation selon l'invention, laquelle propose alors un procédé efficace pour corriger les variations des caractéristiques optiques qui sont fonction de la température. Comme cela apparaît dans le tableau 3, en l'absence de tout moyen de correction, le plan image se déplace d'environ 0,56 mm pour une élévation de température de 1-C dans la section droite de balayage auxiliaire. Etant donné une différence de température correnspondant à l'intervalle de 15'C sur lequel le dispositif de balayage optique doit être employé, le plan image se déplacerait d'environ 8,5 mm. Un faisceau laser ayant des fronts d'onde à phase constante peut être caractérisé comme un faisceau gaussien dont le diamètre d, à une distance axiale z du resserrement du faisceau, o le diamètre du faisceau prend sa plus petite valeur, est exprimé par l'équation suivante (le diamètre du faisceau est défini comme étant le diamètre o l'intensité de la section droite du faisceau eprésente 1/ce2 fois l'intensité de crête): 2 = 2+.(4'.'z)2 Sd2 =d 2 (3) o. est la longueur d'onde et do est le diamètre du faisceau à l'emplacement du resserrement de celui-ci. Dans un système optique du type utilisé dans le premier exemple, le resserrement du faisceau est positionné sensiblement en coïncidence

avec le point image de l'optique géométrique.

Selon l'équation (3), le diamètre d'un faisceau laser produisant une tache ponctuelle d'une taille de 100 an à l'endroit du resserrement du faisceau augmente jusqu'à 131,man lorsque le plan image se déplace de 8, 5 mm par suite d'une variation de température. Si la variation de la taille de la tache ponctuelle doit être réduite de +20 % à 120/am, le déplacement admissible pour le plan

image sera de 6,7 mm.

De la même façon, étant donné une différence de température de 15'C, le plan image se déplace d'environ 3,2 mm dans la section droite de balayage principal, ce qui est plus petit que le déplacement effectué dans la section droite de balayage auxiliaire. Ccci est dû au fait, déjà mentionné, que le système optique utilisé dans l'exemple considéré est tel que la lentille élémentaire de balayage 51b, quia un effet majeur sur les variations liées à la température, possède une plus grande puissance dans la section droite de balayage auxiliaire que dans la section droite de balayage principal. Ainsi, un système optique anamophosique est, dans la plupart des cas, tel que la variation des caractéristiques optiques en liaison avec une variation de la température diffère également dans deux sections droites orthogonales contenant l'axe optique. En d'autres termes, l'importance de l'astigmatisme variera avec la température dans les systèmes optiques

anamorphosiques.

Pour corriger les déplacements du plan image qui se produisent sur la base des variations des caractéristiques optiques qui sont fonction de la température, on peut déterminer la position du plan image par un certain procédé et l'ajuster en amenant une petite variation de la position de lentille ou de quelqu'autre paramètre. Avec cet ajustement, on peut assurar une précision très élevée dans la mise en coïncidence de la position du plan image avec la surface à balayer, mais ceci ne peut être r6alisé quc grâce à l'emploi d'une configuration

complexe et coûteuse dans le système optique.

Pour éviter ce problème, on peut utiliser la dilatation thermique des supports de la source lumineuse et des lentilles et modifier la distance de la source lumineuse à une lentille particulière de façon que le plan image se déplace d'une manière qui annule le déplacement associé aux variations ci-dessus mentionnées des caractéristiques optiques en fonction de la température. Toutefois, avec des pièces faites en des matières techniques ordinaics, les coefficients de dilatation linéaire en fonction de la température sont d'environ 1x10-4, si bien qu'il est difficile de faire dilater une certaine pièce à un degré tel que les lentilles de balayage puissent être déplacées sur une amplitude suffisamment grande pour que cellc-ci puisse être égale au déplacement du plan image lui-même. Naturellement, ce serait possible à l'aide d'un moyen d'amplification mécanique, mais ceci non seulement augmenterait le coût, mais abaisserait 6galement la fiabilité, typiquement en-raison d'erreurs relatives à l'amplitude de déplacement, qui sont provoquées par des frottements et des déformations. il s'ensuit qu'une approche souhaitable consiste-à-sélectionner une lentille qui est placée dans une position telle que le plus- léger mouvement de la lentille provoquera un mouvement notable du plan image et fixera donc l'amplitude nécessaire de déplacement de la lentille

en fonction de la température.

Avec le système optique utilisé dans le premier exemple selon

l'invention, la variation de la distance entre la source lumineuse (la à ser smi-

conducteur 11) et la lentille collimatrice 21 a une plus grande influence sur le déplacement du plan image que la variation de toute autre pièce. Par conséquent, si l'on choisit les matières appropriées pour les pièces qui couplent la source lumineuse 11 et la lentille collimatrice 21, on pourra réduire les déplacements du plan image qui sont dus à des variations de caractéristiques optiques en fonction de la température en deç des niveaux admissibles, sans devoir prévoir aucun

mécanisme ni aucune unité de réglage particulier.

A l'exception de la variation de la distance entre le laser à semi-

conducteur 11 et la lentille collimatrice 21, le déplacement du plan image pour 1C en raison de la dilatation thermique des autres parties, telles que la base optique, est calculé de façon à valoir environ 0,0001 mm dans la section droite de balayage principal et 0,015 mm dans la section droite de balayage auxiliaire. Ces valeurs sont beaucoup plus petites que les sommes corespondantes des déplacements résultant des facteurs énumérés dans le tableau 3 et peuvent être négligées en toute

sécurité dans un contexte pratique.

Le calcul ci-dessus présenté des déplacements des lentilles dus aux variations liées à la température a supposé quc les différentes lentilles étaient montées sur la base optique 91 au niveau de leurs faces d'entrée tandis que le laser à semiconducteur 11 était fixé à la base optique 91 à l'endroit du point d'émission

de lumière.

Des détails concernant la structure environnant la lentille collimatrice du système optique du premier exemple sont présentés sur la figure 4. Le laser à semiconducteur l est ajusté dans un portc-diodeLD12 et la lentille collimatrice 21 est montée dans un tube porte-lentille collimatrice. Le support de ID 12 est vissé sur la base optique 91, tandis que le tube porte-lentille co!limatrice 23 est fixé sur la base 91 à l'aide d'un adhésif. On va décrire plus spécialement un premier procédé permettant de corriger les déplacements du plan image dans les sections droites de balayage principal et de balayage auxiliaire, qui se produisent en relation avec des variations de température. Le procédé consiste à modifier la distance entre lc laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatrice 21 d'une amplitude qui-annule sensiblement le déplacement du plan image dans la section droite de balayage auxiliaire. L'amplitude à déterminer est d'environ 0,35 /n pour 1C. On utilise un signe positif pour indiquer le sens dans lequel le laser à semiconducteur 11 s'éloigne de la lentille collimatrice 21. Dans le cas considéré, le plan image se déplace de -0,15 mm dans la section droite de balayage principal. Ainsi, en réponse à la variation de distance de 0,35 /an entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatrice 21, le plan image se déplace de 0,36 mm dans la section droite de balayage principal et de 0,56 mm dans la section droite de balayage auxiliaire. Dans le système optique considéré, le plan image se déplace du fait de variations de caractéristiques optiques sous l'effet de la température, avec une plus grande amplitude dans la section droite de balayage auxiliaire que dans la section droite de balayage principal, et ceci est également vrai pour le déplacement du plan image que l'on réalise en modifiant la distance

entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatrice 21.

Ainsi, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande amplitude de déplacement par suite des variations, due à la température, des caractéristiques optiques des différentes lentilles tirera plus davantage du déplacement de la source lumineuse (le laser à semiconducteur 11) par rapport à la

lentille collimatrice21. Pour assurer que la distance entre le laser à semi-

conducteur 11 et la lentille collimatrice 21 subira une variation spécifiée en fonction de la température, on peut choisir la structure et les matières constituantes de la partie mécanique considérée d'une manière appropriée, de façon que les déplacements du plan image qui sont dus à des variations de la température puissent être maintenus à des niveaux minimaux pour le dispositif de balayage optique. Selon ce premier procédé de correction, on modifie la distance du laser à semiconducteur 11 à la lentille collimatrice 21 de façon que le déplacement du plan image dans la section droite de balayage auxiliaire qui est dû à la variation de la température soit sensiblement annulée. Selon un deuxième procédé de correction, on peut ajuster la distance du laser à semiconducteur 11 à la lentille collimatrice 21 d'une quantité propre à annuler le déplacement du plan image dans la section droite de balayage principal. Dans cet autre cas, on peut laisser la lentille collimatrice 21 se dilater de 0,21,an par rapport au laser à semiconducteur 11 pour chaque degré Cclsius; ceci est suffisant pour sensiblement annuler le déplacement du plan image qui se produit dans la section droite de balayage principal du fait d'unem variation de- la température, mais, par ailleurs, un déplacement du plan image corspondant à 0,22 mm reste non corrigé dans la section droite de balayage auxiliaire. Il existe un autre procédé que l'on peut adopter dans un but de correction. Selon ce troisième procédé, le déplacement du plan image n'est pas complètement corrigé ni dans la section droite de balayage principal ni dans celle du balayage auxiliaire et les grandeurs absolues des déplacements résiduels sont réduits. Par exemple, si on règle la distance du laser à semiconducteur 11 à la

lentille collimatrice 21 de façon qu'elle varie de 0,29/an par degré Celsius (c'est-

à-dire qu'on laisse la lentille collimatrice se dilater de cette quantité par rapport au laser à semiconducteur), le plan image se déplace de 0,09 mm en direction de la source de lumière dans la section droite de balayage principal, mais s'en écarte

dans la section droite de balayage auxiliaire.

Ainsi, selon l'un quelconque des trois procédés de correction ci-dessus décrits, on peut réduire le déplacement du plan image pour chaque degré Celsius à la fois dans la section droite de balayage principal et dans la section droite de balayage auxiliaire par comparaison avec le cas o aucune correction n'est faite. Le choix de la section droite dans laquelle la correction doit être faite et la détermination de la limite supérieure de l'amplitude de déplacement du plan image dépendent entièrement de la section droite, de balayage principal ou de balayagc

auxiliaire dans laquelle la plus forte résolution est demandée.

On va maintenant décrire une application particulière des divers procédés de correction au premier exemple de l'invention. Puisque la distance de la source de lumière (laser à semiconducteur 11) à la lentille collimatrice 21 est d'environ 4,76 mm, le coefficient de dilatation thermique linéaire qui satisfait les conditions de fonctionnement relatives au troisième procédé de correction est 0, 00029/4,76 - 61x10-6. Si tous les composants utilisés entre la source lumineuse et la lentille collimatrice 21 ont le même coefficient de dilatation linéaire, on peut

les former en un matériau possédant la valeur ci-dessus indiquée de 61x10-6.

Cette valeur est difficile à obtenir pour des matériaux métalliques, mais on peut les réaliser à l'aide de matières plastiques ne contenant pas de renforts ou à l'aide de matières plastiques renforcées par du verre qui contiennent en outre un renfort dans la direction perpendiculaire au sens des fibres. Selon une autre possibilité, on peut ajuster le coefficient de dilatation linéaire du tube 23 de la lentille collimatrice de

façon qu'il soit plus petit que ceux du porte-diodc LD 12 et de la base optique 91.

Si cela est souhaitable, on peut augmenter la longueur du tube 23 de la lentillc collimatice ou on peut interposer d'autres éléments, et ces procédés sont tout aussi efficaces pour faire varier la distance entre le laser à semiconducteur 11 et la

lentille collimatrice 21 de la manière ci-dessus décrite.

Au contraire du premier exemple, la variation de la distance de la source de lumière à la lentille collimatrice peut amener le plan image à se déplacer d'une distance plus grande dans la section droite de balayage principal que dans la section droite de balayage auxiliaire. Dans ce cas, si la structure et les matières constituantes des composants se trouvant entre la source de lumière et la lentille collimatrice sont choisies de façon à annuler le déplacement du plan image, dans la section droite de balayage auxiliaire, qui est dû aux variations des caractéristiques optiques avec la température, la position du plan image dans la section droite de balayage principal fera l'objet d'un grand éloignement par rapport à la surface à balayer, lequel dépasse l'amplitude de déplacement du plan image qui se produirait

dans la section droite de balayage auxiliaire si aucune correction n'était faite.

Pour surmonter ce problème, l'invention ajuste le système optique de façon que la variation de distance entre la source lumineuse et la lentille collimatrice permette que le plan image soit déplacé d'une quantité plus grande dans la section droite de balayage auxiliaire que dans la section droite de balayage principal, ce qui assure une correction plus effective des variations de hla position du plan image qui sont dues à la température. Ccci signifie que l'efficacité de la correction s'améliore, car le rapport du grossissement longitudinal du système optique, de la source de lumière au point de formation de l'image (o à la surface à balayer), dans les limites de deux sections droites orthogonales contenant l'axe optique, se rapproche du rapport de déplacement du plan image dans les deux sections droites qui est dû aux variations des caractéristiques des lentilles, (y

compris les variations de longueur d'onde) en fonction de la température.

- Dans certaines configurations du système optiquc, l'image de la source lumineuse ne peut pas être re-formée sur la surface à balayer, mais le resserrement du faisceau coincidera avec ladite surface. Dans un cas comme celui-ci, le plan image ne se déplacera pas nécessairement d'une quantité qui est égale à la variation de la distance entre la source de lumière et la lentille collimatrice que multiplie le grossissement longitudinal. Il est donc nécezssaire que le déplacement du plan image ayant lieu en réponse à la variation de la distance de la source de lumière à la lentille collimatrice soit déterminé à la fois pour la section droite de balayage principal et pour la section droite de balayage auxiliaire, eu égard aux propriétés du

faisceau gaussien.

Dans le premier exemple discuté, la lentille cylindrique 22 est placée derrière la lentille collimatrice 21. Si la lentille cylindrique 22 se déplace axialement d'une faible quantité, il se produit un petit déplacement du plan image dans la section droite de balayage principal, mais, d'autre part, la position du plan image peut se déplacer à l'intérieur de la section droite de balayage auxiliaire. Par conséquent, en plus de modifier la distance entre la source de lumière 11 et la lentille collimatrice 21, la lentille cylindriquc 22 peut être déplacée indeamment dans la direction axiale en réponse à une variation de teprr et, dans ce cas, la variation de la position du plan image en fonction de sa température peut aussi être efficacement annulée à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire par établissement

d'une compensation relative à la section droite de balayage principal.

Dans le premier exemple, cette approche peut être mise en oeuvre à l'aide d'un mécanisme dans lequel le laser à semiconducteur 11 est autorisé à se déplacer de 0,21 un par degré Celsius relativement à la lentille collimatrice 21, comme dans le deuxième procédé de correction, et dans lequel la lentille cylindrique 22 est autorisée à se déplacer de 27 man par degré Celsius en direction de la source de lumière. La condition établie dans le paragraphe précédent est satisfaite et le plan image peut être mis à tout instant en coïncidence avec la surface à balayer en ce qui concerne la section droite de balayage principal aussi

bien que la section droite de balayage auxiliaire.

Ce mécanisme est n6cessaire pour des dispositifs de balayage optique qui ont une précision très élevée, mais il est d'une structure trop complexe et est trop coûteux pour être utilisé sur des imprimantes laser destinées aux particuliers, ainsi que sur des appareils assimilés, ne demandant pas une telle précision. Comme déjà indiqué, le but principal de l'invention est de produire un dispositif de balayage optique qui emploie le procdé simple et peu coûteux consistant à commander simplement la variation de distance de la source de lumière à la lentille collimatrice tout en assurant de bonnes pcrformances de formation d'image

lorsque la templrature varic.

Le schéma structurel de la zone située autour du laser à semi-

conducteur 11 et de la lentille collimatrice 21, que l'on peut voir sur la figure 4, est simplement destiné à illustrer l'invention et son concept peut être appliqué à

n'importe quelle structure qui permet que la distance entre le laser à semi-

conducteur 11 et la lentille collimatrice 21 varie de la manière spécifiée ci-dessus

en rponse à des variations de la température.

La description précédente du premier exemple s'applique au cas o le

plan image se déplace, en réponse à une variation de température, d'ne plus grande quantité dans la section droite de balayage auxiliaire que dans la section droite de balayage principal; toutefois, en fonction de la configuration du système optique, le plan image se déplacera d%'une plus grande quantité dans la section droite de balayage principal que dans la section droite de balayage auxiliaire. Dans ce cas, la distance entre la source lumineuse et la lentille collimatrice peut varier de façon que leplan image se déplace d'une plus grande quantité dans la section

droite de balayage principal que dans la section droite de balayage auxiliaire.

Comme décrit dans les pages précédentes, le premier aspect de l'invention a pour avantage qu'il demande simplement de sélectionner un coefficient de dilatation linéaire approprié en ce qui concerne les pièces mécaniques placées entre la source de lumière et la lentille collimatrice, pour qu'il soit assuré que le déplacement du plan image dû aux variations de température soit ramené à un niveau compris à l'intérieur de l'intervalle admissible en pratique, à la fois pour la section droite du balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire. Cet "intervalle admissible en pratique' dépend de l'intervalle de température sur lequel le produit doit être utilisé et de la résolution voulue pour le produit; dans le premier exemple, une valeur d'environ 6,7 mm avait été sélectionnée. On va maintenant décrire le deuxième exemple du premier aspect de l'invention, en se reportant aux figures 5 à 7; la figure 5 est une vue en perspective S d'un dispositif de balayage optique selon le deuxième exemple; la figure 6 montre la section droite de balayage principal du système optique utilisé dans le dispositif de balayage; et la figure 7 montre la section droite de balayage auxiliaire du système optique qui comporte l'axe optique et qui est perpendiculaire à la section droite de balayage principal. Comme représenté, un faisceau laser émis par le laser à semiconducteur 11 est conformé par passage dans la lentille collimatrice 12 et prend une forme telle qu'il donne une lumière légèrement convergente. Le faisceau ainsi conformé passe dans la lentille cylindrique 22 et est focalisé de façon à former une image de ligne sur une surface réfléchissante S6 d'un miroir à

lentilles 41 dans une direction parallèle à la direction de balayage.

Dans le deuxième exemple, l'ouverture numérique de la lentillc collimatricc 12 peut être fixée à une valeur relativement petite, si bien qu'elle est conçue sous la forme d'une lentille plan-convexe sphérique faite en verre optique SFL6. La lentille cylindrique 22 est faite en BK7. L'unité de déviation se présente sous la forme du dispositif de balayage à miroir à lentilles qui a déjà été proposé par la demanderesse dans la demande de brevet japonais publiée avant examen (Kokai) Hei 6-75162. Le miroir à lentille 41 est monté sur la partie rotative d'un moteur 35 de dispositif de balayage (voir la figure 5) et possède trois surfaces optiques, une face d'entrée S5, une face réfléchissante S6 et une face de sortie S7, comme on peut le voir sur la figure 6, de sorte que la déviation s'effectue par réflexion interne sur les surfaces S6. Losqu'clecs sont combinées avec la lentille 81 de formation d'imagc qui sera décrite ultérieurement, la face d'entrée S5 et la face de sortie S7 jouent deux rôles, le balayage de la surface à balayer par une tache de faisceau à une vitesse linéaire uniforme et la formation, sur cette surface, d'une image plane (afin de corriger la courbure de champ et l'astigmatisme comme

caractéristiques optiques).

Le dispositif de balayage à miroir à lentilles fournit typiquement les meilleures caractéristiques optiques lorsque son axe de rotation O est placé dans la face réfléchissante. Par conséquent, deux unités du miroir à lentilles 41 peuvent dtrc montées sur le moteur 35 du dispositif de balayage de façon que la face réfléchissantc S6 d'une unité soit opposée à la face réfléchissante S6 de l'autre unité. Le miroir à lentilles 41 doté de cette structure peut être conçu avec de plus petites dimensions que des miroirs polygonaux tournants ordinaires et, par conséquent, il souffre moins de la résistance de l'air ("pertes de ventilation") du fait de la rotation. De plus, le miroir à lentilles possède un moment d'inertie secondaire si petit qu'il peut atteindre une grande vitesse de rotation en un temps bref, ce qui réduit le temps nécessaire pour que le dispositif de balayage joue son rôle après

que le moteur 35 du dispositif de balayage a commencé à fonctionner.

Des éléments optiques ayant une forme analogue à celle du miroir à lentilles 41 peuvent être moulés en matière plastique d'une seule pièce, et ceci est préférable d'un point de vue économique. En outre, en raison de la faible densité des matières plastiques, le miroir à lentilles 41 possède une masse suffisamment petite, qui est moins sensible aux effets de déséquilibre dus par exemple à une erreurm de positionnement lors de l'opération de montage. Comme autre avantage, le moment d'inertie secondaire du miroir à lentilles est petit. On obtient un autre avantage en fabriquant le miroir à lentilles par moulage par injection de matière plastique; la face d'entrée S5 aussi bien que la face de sortie S7 peuvent être dotées de formes complexes autres que les formes sphériques et cylindriques, pour un coût réduit, et, par conséquent, on peut facilement obtenir des perfoancs améliorées de formation d'image. Selon une autre possibilité, les faces S5 et S7 peuvent être cylindriques et, dans ce cas, on peut les produire en les travaillant de la même manière que des lentilles cylindriques classiques, la fabrom s'accomplissant avec un coût réduit, même si on utilise du verre comme matière de départ et, néanmoins, on assure une précision élevée pour la surface. Le verre optique apporte l'avantage supplémentaire que des matières ayant des indices de réfraction plus élevés que les matières plastiques peuvent être employés et ceci permet de donner aux surfaces cylindriques des plus grands rayons de courbure, ce qui permet de polir en une seule opération un plus grand nombre d'unités de miroirs à lentilles, et, par conséquent, pour un coût encore réduit. Si cela est souhaitable, on peut donner à la face de sortie S7 une forme plane ou à la face d'entrée S5 une forme convexe; ceci procure une plus grande facilité de fabrication et permet de réduire encore le prix unitaire de chaque pièce. De fait, le miroir à lentilles 41 utilisé dans le système optique du deuxième exemple est réalisé en

SFL6, que l'on meule afin de lui donner des surfaces cylindriques.

Avec les miroirs polygonaux tournants courants, une révolution produit un nombre de balayages correspondant au nombre des surfaces réfléchissantes (allant typiquement de deux à six). Au contraire, le dispositif de balayage à miroir à lentilles n'utilise que deux unités de miroir à lentilles et produit un plus petit nombre de cycles de balayage par tour. Par conséquent, le moteur 35 du dispositif de balayage doit tourner à une vitesse d'autant plus grande. Toutefois, conmme déjà mentionné, le dispositif de balayage à miroir à lentilles possède un plus petit moment d'inertie et subit de moindres pertes par ventilation et de plus petits effets de déséquilibre, ce qui permet de compenser l'inconvénient ci-dessus indiqué qu'il ne réalise qu'un petit nombre de cycles de balayage. Le miroir à lentilles 41 est précédé d'un élément à puissance optique négative qui est placé en avant de la face réfléchissante S6 et, par conséquent, la vitesse angulaire de déviation du faisceau sortant de la face de sortie S7 tend à être plus rapide au voisinage du centre de l'étendue de balayage et plus lente dans sa région périphérique. Cette caractéristique est préférée, puisque la tache du faisceau,

focalisée sur la surface à balayer, se déplacera à une vitesse linéaire uniforme.

D'autre part, le faisceau arrivant sur le miroir polygonal tournant est dévié avec une

vitesse angulaire uniforme.

Le faisceau dévié par le miroir à lentilles 41 arrive sur la lentille 81 de fomnnation d'image, comme représenté sur la figure 6. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, la vitesse angulaire du faisceau dévié par le miroir à lentilles 41 n'est pas uniforme, mais tend à diminuer en direction de lune et l'autre extrémité de l'intervalle de balayage. Par conséquent, la lentille de formation d'image 81 ne possède pas la même caractéristique que dans le cas d'un dispositif de balayage qui utilise un miroir polygonal toumrnant courant comme déflecteur et il n'est produit aucune action du type f9'". Par conséquent, la lentille de formation d'image 81 n'a pas à satisfaire à la fois les caractéristiques fO et de formation d'image plane au contraire du cas des lentilles de balayage de la technique antérieure, cc qui

augmente la latitude de conception de la lentille en conséquence.

Lorsque plusieurs surfaces de déviation tournent pour assurer le balayage par un faisceau de lumière, il arrive généralement que l'angle d'inclinaison par rapport à l'axe de rotation diffère légèrement d'une surfacec de déviation à une autre en raison de plusieurs facteurs, par exemple des ereurs d'usinage. Par conséquent, la ligne de balayage que le faisceau dévié trace sur la surface à balayer sera déplacée dans la direction de balayage auxiliaire en fonction de la surface de déviation utilisée. Si l'enregistrement et la lecture des images ont lieu dans cette situation, des erreurs apparaîtront dans le pas des lignes de balayage, ce qui n'est certainement pas souhaitable du point de vue d'un enregistrement et dunc lecture précise des images. Pour éviter cette difficulté, on peut concevoir le système optique de sorte que, lorsqu'il est regardé dans la section droite de balayage auxiliaire, chaque surface de déviation et la surface à balayer ou bien satisfait une relation de conjugaison optique ou bien prend un état qui peut être approché par cette relation, et ceci permet efficacement de corriger le déplacement angulaire du faisceau qui est provoqué dans la direction de balayage auxiliaire en raison de l'erreur d'inclinaison des surfaces de déviation. Dans le deuxième exemple discuté, la face d'entrée S8 de la lentille de formnation d'image 81 est asph6rique (non courbée en arc de cercle), avec des coefficients d'asphéricité d'ordre élevé, dans la section droite de balayage principal, mais est linéaire dans la section droite de balayage auxiliaire. La face de sortie S9 de la lentille 81 de formation d'image est 6galement asphérique (non recourbe en arc de cercle), avec de coefficients d'asph6ricité d'ordre élevé, dans la section droite de balayage principal, mais elle est une partie d'arc convexe, dont la courbure varie progressivement dans la section droite de balayage auxiliaire lorsque la distance à l'axe optique augmente. La courbure de la face de sortie S9 suivant la section droite de balayage auxiliaire est définie par l'6quation suivante, qui signifie que la surface de sortie S9 est plan-convexe dans la section droite de balayage auxiliaire, la surface convexe étant dirige vers le plan image: Rx(y) = Rx+Ax-y2+Bx-y4+Cx-y6+Dx-y8+Ex y10 (4) o Rx est le rayon de courbure para-axial dans la section droite de balayage auxiliaire, y est la distance à un axe optique, et Rx(y) est le rayon de courbure dans la section droite de balayage auxiliaire à

une distance y.

Rx = -11,0936 Ax = -2,4465x10-2 Bx = 5,5392x10-3 Ci = -8,6276x10-8 Dx = 7,7496x10-11 Ex = -2,7384x-14 Comme d6jà remarqué, la lentille de formation d'image 81 ayant cette forme est difficile à fabriquer en verre, et on la fabrique ordinairement en matière plastique. Dans l'exemple consid6ré, la lentille de formation d'image 81 est faite à partir de résines de polyoléfine amorphe, comme par exemple "ZEONEX" qui est une marque dépose de la société Nippon Zeon Co., Ltd. Par comparaison à la résine acrylique (PMMA) utilisée dans le premier exemple déjà décrit de l'invention, la résine polyoléfinique amorphe présente peu de variation de son indice de réfraction ou de sa forme avec l'humidité (en raison de l'absorption d'eau) et, par conséquent, elle convient pour être utilisée dans un système optiquc de grande précision. Les valeurs spécifiques de la distance axiale entre les surfaces des lentilles (d), le rayon para-axial (R) et l'indice de réfraction (n) des différentes lentilles sont énum6rés dans le tableau 4 ci-après. Lc symbole -x entre parenthèses représente le rayon para-axial dans la section droite de balayage auxiliaire et le symbole "y" entre parenthèses représente le rayon para-axial dans la section droite de balayage principal. La courbure de la face de sortie de la lentille de formation d'image 81 suivant la section droite de balayage auxiliaire

varie selon l'équation (4).

Tableau 4

Surface Rayon para-axial, R Distance axiale Indice de n entre sufaces, d réfaction, n O - (source lumineuse) 11,579 1,0000 S1 oe 2,8 1,7856

S2 -9,748 8 1,0000

S3 36,02 (x) 3 1,7856

3 1,7856

x(y) S4 o

31 1,000

SS (x) 9 1,7856 32,41 (y)

S6 X

(face réfléchissante) S7 ce (x) 9 1,7856 39,22 (y)

18 1,0000

S8 oc(x) 28,253 (y) k=-1 A = -4,1423x10-5 B = 7,1621x10-8 C = -8, 4567x10-11 D = 5,7009x10-14 E = -1,6817x10-17 S9 -11,0936 (x) 107,5 1,0000 32,639 (y) k= -1 A = -3,6882x10-5 B = 5, 611x10-8 C = -6,0091x10-11 D = 3,6916x10-14 E = -1,0085x10-17 On va maintenant discuter la manière dont le plan image varie lorsque la température du système optique dans son ensemble s'élève de 1C dans le deuxième exemple du premier aspect de l'invention, qui est présenté sur les figures 6 et 7. Les variations d'indice des matières des lentilles respectives (du/dl), les variations d'indice dues à la dispersion et à la variation de longueur d'onde (dn'/dl) et la dilatation (C) des lentilles fournissent des contributions différentes au déplacement du plan image, et les contributions relatives de ces facteurs, ainsi que l'amplitude de déplacement du plan image que l'on calcule en sommant ces contributions, sont énumérées dans le tableau 5 ci-après pour la section droite de

balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire.

Tableau 5

Déplacements relatifs du plan image, par degré Celsius, dans la section droite de balayage principal Variation de Variation de. l'indice de Dilatation des et dLan ifraco lcniu Lentille collimatrice 0,0277 -0,000oo3 0,0112 Lcntille cylindrique 0 0 0 Miroir à lentilles -0,0006 0 0,0001 Lentille de formation d'image 0,0007 0,0129 0,0034 Total 0,0563 Déplacements relatifs du plan image, par degré Celsius, dans la section droite de balayage auxiliaire Variation de Variation de X l'indice de Dilatation des et dLMin réfaction n Lentille collimatrice 0,0397 -0, 0004 0,0161 Lentille cylindrique 0,0102 -0, 0001 0,0047 Miroir à lentilles -0,0015 0 0,0011 Lentille de formation d'image 0,0056 0, 1107 0,0342 Total 0, 2203 On a obtenu les données du tableau 5 par un calcul reposant sur l'hypothèse que les différentes lentilles, la source lumineuse ou la surface à balayer ne changent pas de position même si la température varie. On utilise le signe positif pour indiquer le sens dans lequel le plan image s'éloigne de la source de lumière. Comme on peut le voir sur le tableau 5, le déplacement du plan image dû à la variation de l'indice avec la matière constituant la lentille de formation d'image 81 est plus grand dans la section droite de balayage auxiliaire que ceux qui sont dus à d'autres facteurs. Il est également clair que les facteurs autres que la variation de l'indice avec la matière de la lentille ont généralement pour effet

d'éloigner le plan image de la source lumineuse.

Lorsqu'on examine plus soigneusement le tableau 5, on voit que, par comparaison aux déplacements du plan image dus à la variation d'indice provoquée par la variation de longueur d'onde et la dispersion, les déplacements du plan image dus à la variation, avec la température, de l'indice de réfraction de la lentille collimatrice 21, qui est faite en verre SFL6, sont très petits. Les déplacements du plan image dus à la dilatation de la lentille sont dans le même sens que les déplacements du plan image dus aux variations de la longueur d'onde

et valent environ la moitié de ceux-ci. Comme on.peut le voir sur le tableautS, en....

l'absence de moyen correcteur, le plan -image se déplacerait d'nviroe 0, 22mm.

pour une élévation de température de 1C dans la section droite de balayage auxiliaire. Pour une différence de température correspondant à l'intervalle de 15'C, sur lequel on doit utiliser le dispositif d'analyse optique, le plan image se déplace

d'environ 3,3 mm.

De même, pour une différence de température de 15'C, le plan image se déplacerait d'environ 0,8 mm dans la section droite de balayage principal, cette valeur étant plus petite que celle du déplacement dans la section droite de balayage auxiliaire. Ccci est dû au fait, comme déjà mentionné, que le système optique utilisé dans le deuxième exemple considéré est tel que la lentille de formation d'image 81, qui a un effet dominant sur les variations de température, possède une plus grande puissance dans la section droite de balayage auxiliaire que dans la

section droite de balayage principal.

Comme avec le système optique utilisé dans le premier exemple, la variation de la distance de la source lumineuse (laser à semiconducteur 11) à la lentille collimatrice 21 utilisée dans le système optique du deuxième exemple exerce plus d'influence sur le déplacement du plan image que les modifications venant d'autres parties. Par conséquent, si l'on sélectionne des matières appropriées pour les pièces couplant la source lumineuse 11 et la lentille collimatrice 21, on peut réduire les déplacements du plan image dus aux variations des caractéristiques optiques avec la température à moins que les niveaux admissibles sans devoir

prévoir aucun mécanisme spécial ni aucune unité de commande particulière.

A l'exception de la variation de la distance entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatricc 21, les déplacements du plan image (conrespondant à 1C) qui résultent de la dilatation thermique des autres partics, comme la base optique, sont, de très loin, inférieurs aux sommes des déplacements qui sont dus aux facteurs énumérés dans le tableau 5 et peuvent donc, en toute

sécurité, être négligés dans un contexte pratique.

On va maintenant décrire plus spécialement l'application du prumier procédé de correction aux données numériques énumérées ci-dessus. Le procédé consiste à modifier la distance entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatrice 21 d'une longueur qui annule sensiblement les déplacements du plan image dans la section droite de balayage auxiliaire qui se produisent en liaison avec les variations de la température. La longueur à déterminer est d'environ 1,53 an pour 1MC. On utilise le signe positif pour indiquer le sens dans lequel le laser à semiconducteur 11 s'éloigne -de la lentille collimatrice 21. Dans le cas auquel on s'intéressc, le plan image -se déplace de -0,1 mm dans la section droite de balayage principal. Par conséquent, en réponse à la variation de 1,53an de la distance entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatricc 21, le plan image se déplace de 0,15 mm dans la section droite de balayage principal et de 0,22 mm dans la section droite de balayage auxiliaire. Dans le système optique considéré, le plan image se déplace, du fait des variations des c optiques avec la température, dm'une plus grande quantité dans la section droite de balayage auxiliaire que dans la section droite de balayage principal, et ceci est également vrai pour le déplacement du plan image qui s'effectue par variation de la distance entre la source lumineuse et la lentille collimatricc. Par conséquent, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement dû aux variations des caractéristiques optiques, avec la température, d'une lentille particulière tire plus d'avantage du déplacement de la source lumineuse par rapport à la lentille collimatricc. Pour assurer que la distance entre la source lumineuse et la lentille collimatrice subissent un changement spécifié avec la température, on peut sélectionner de manière appropriée la structure et les matières constituantes de la partie mécanique considérée de sorte que les déplacements du plan image dus aux variations de température peuvent être

maintenus à des niveaux minimaux pour le dispositif de balayage optique.

* Avec ce premier procédé de correction, la distance de la source lumineuse à la lentille collimatrice varie de façon que le déplacement du plan image dans la section droitc dc balayage auxiliaire du fait d'une variation de température s'annule sensiblement. Avec le deuxième procédé de correction, il est possible d'ajuster la distance de la source lumineuse à la lentille collimatrice d'une quantité telle qu'il y a annulation du déplacement du plan image dans la section droite de balayage principal. Dans cet autre cas, on peut laisser la lentille collimatrice se dilater dc 0,56uln, plur 1C, par rapport au laser à semiconducteur; ceci est suffisant pour sensiblement annuler le déplacement du plan image se produisant dans la section droite de balayage principal du fait d'une variation dc température, mais, par ailleurs, un déplacement du plan image correspondant à 0,14 mm reste non corrigé dans la section droite de balayage auxiliare. Selon le troisième procédé de correction, le déplacement du plan image n'est pas complètement corrigé ni dans la section droite dc balayage principal ni dans la section droite dc balayage auxiliaire et les gandeun.absolues dca s

dépla:cemnts résiduels sont réduits. Par exemple, si on ajuste la distance dc-la.

source lumineuse à la lentille collimatrice dc façon à avoir un changement dc 1,13/mi, (c'est-à-dire qu'on laisse la lentille collimatrice se dilater de cette quantité par rapport à la source de lumière) pour 1C, le plan image se déplace de 0,057 mm en direction de la source de lumière dans la section droite dc balayage

principal, mais s'en écarte dans la section droite de balayage auxiliaire.

Dans le deuxième exemple discuté, toutes les pièces s'interposant entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatrice 21 sont faites en résine de polycarbonate chargée de verre à 50 %. Si cette résine possède un coefficient de dilatation linéaire d'environ 1,65x10-5, la distance du laser à semiconducteur il à la lentille collimatrice 21 variera d'environ 0,19 an pour MC. Ccci est plus petit que n'importe laquelle des valeurs mentionnées ci-dessus au cours des explications concernant le prnemier, le deuxième et le troisième procédé dec correction. Etant donné cette valeur, le plan image se déplacera dc 0, 037 mm dans la section droite de balayage principal et dc 0,193 mm dans la section droite dc balayage auxiliaire pour 1C; sur l'intervalle de température dc 15'C qu'on doit utiliser avec le dispositif de balayage optique, le déplacement augmentera rcspectivement jusqu'à

environ 0,6 mm et 2,9 mm.

Si le faisceau laser délivré dans le deuxième exemple forme une tache possédant un resserrement dc faisceau de 70 /an dans la section droite dce balayage principal et si une augmentation pouvant aller jusqu'à 30 % est tolérée pour le diamètre du faisceau par suite du déplacement du plan image avec les variations de la température, le mouvement admissible qui est calculé pour le plan image est de 4,1 mm. Par conséquent, le déplacement du plan image qui a lieu, pour 1C, est inférieur à la valeur admissible dans la section droite de balayage principal aussi bien que dans la section droite de balayage auxiliaire. En d'autres termes, ii n'est pas besoin d'effectuer de grandes corrections comme pour les premier, deuxième et troisième procédés de correction décrits ci-dessus, et la structure de ce qui entoure la lentille collimatrice 21 peut être notablement simplifiée. Comme autre avantage, on peut faire en une même matière toutes les pièces qui séparent le laser semiconducteur de la lentille collimatrice et, par conséquent, aucune déformation ni aucun déplacement venant d'un écart entre les dilatations linéaires n'a lieu au niveau des jonctions des pièces respectives, ce qui donne la possibilité de fabriquer un dispositif de balayage optique ayant une fiabilité fonctionnelle élevée. De plus, le coefficient de dilatation linéaire de 1,65x10-5 est assez proche de ceux des métaux, de sorte que les supports lu laser à semicnduceur 11 et de la lentille collimatrice 21 peuvent êtrc faits-à l'aide de métaux, ce qui est en outre avantageux

du point de vue de la dissipation thermique et de la précision de l'usinage.

Par conséquent, selon le premier aspect de l'invention, le mouvement du plan image dû à des variations de la température peut être minimisé à la fois dans la section droite de balayage principal et dans la section droite de balayage auxiliaire. Si le système optique autorise des mouvements assez libéraux du plan image, des corrections d'amplitudes relativement petites doivent être effectuées, et ceci aide à simplifier la structure de la partie mécanique faisant l'objet de la correction. La manière particulière d'effectuer la correction dépend du domaine d'application du dispositif de balayage optique et du niveau de résolution que celui-ci demande. Toutefois, comme déjà mentionné, la grandeur dont le déplacement du plan image ayant lieu du fait des variations de la température doit être corrigé peut être fixée à une valeur voulue selon le premier aspect de l'invention; en outre, on peut atteindre, à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire, des niveaux plus élevés de correction, que cela n'est possible sans s'appuyer sur le premier aspect de l'invention. Dans le premier et deuxième exemple du premier aspect de l'invention, qui ont décrits dans les pages précédentes, le système optique de balayage comporte des lentilles en matière plastique qui subissent des modifications importantes d'indice de réfraction ou un changement de volume lorsque la température varie. Toutefois, même si le système optique de balayage n'est composé que dc lentilles en verre, ses caractéristiques optiques varient avec la température même si ce n'est pas autant que dans le cas o on utilise des lentilles en matière plastique; par conséquent, avec un dispositif de balayage optique qui commande une résolution spécialement élevée, le proc&édé ci-dessus décrit peut être appliqué de façon que le déplacement du plan image dû à des variations de la

température diminue.

En résumé, le premier aspect de l'invention est tel que les déplacements finaux du plan image sont ramenés à des valeurs suffisamment petites par le fait qu'on assure que le faisceau laser qui arrive sur l'élément de déviation ou qui quitte la lentille collimatrice a changé, avec la température, en ce qui concerne ses caractéristiques (par exemple l'angle de divergence) et ccci s'oppose complètement à la technique classique qui vise à assurer que le faisceau laser sortant de la lentille collimatrice (ou de l'unité laser) aura gardé une caractéristique constante malgré les variations de la température De plus, il est tenu compte de la variation de l'indice de réfraction qui est due à la variation de longueur d'onde du laser à semiconducteur, de la variation de l'indice de réfraction selon la matière des lentilles, de la dilatation des lentilles et de la variation, en fonction de la température, de la distance à la lentille ou à la source lumineuse, pour effectuer la correction selon le premier aspect de l'invention, et ceci est un autre point qui distingue l'invention de toute technique connue, qui effectue la correction sur la

base de certaines seulement des caractéristiques ci-dessus mentionnées.

Le dispositif de balayage optique selon le premier aspect de l'invention pIeut commodément être utilisé sur des imprimantes laser de tailleréduite, mais ce n'cst pas le seul le cas intéressant l'invention, et celle-ci peut naturellement être appliquée à un appareil de lecture d'image, par exemple des capteurs de détection

d'objets et des lecteurs de codes à barres.

On va maintenant décrire le troisième exemple de l'invention, qui se rapporte à son deuxième aspect. En utilisant la figure 2, qui est une section droite de balayage principal du système optique utilisé dans le premier exemple du premier aspect de l'invention et la figure 3 qui est une section droite de balayage auxiliai pour le même système optique, comportant l'axe optique et perpendicuajir à la section droite de balayage principal, on va discuter la relation qui exte ente l'amplitude de la courbure de champ et le déplacement du plan d u fat cs variations de la température. ll est généralement difficile d'assurer, avec des dispositif de balayage optique, que le plan image coïn'cide avec la surface à balayer, la surface 81', sur toute l'étendue du balayage. Ccci est dû au fait que, parmi les cinq aberrations de Seidel, la courbure de champ et l'astigmatisme représentent le déplacement du plan image, tandis que la distorsion provoque une erreur sur la vitesse linéaire (erreur f0). Une correction complète de ces aberrations est difficile à réaliser et il restera dans le principe une certaine quantité de courbure de champ ou d'astigmatisme. Même si cela est possible dans le principe, la courbure de champ et l'astigmatisme apparaîtront en raison d'erreurs de fabrication des lentilles ou d'assemblage du système optique. Ceci signifie que les écarts réels entre la surface à balayer et le plan image consistent en les déplacements du plan image dus aux variations de température, comme discut6 ci-dessus en liaison avec le premier aspect de l'invention, plus la courbure de champ et l'astigmatisme que l'on vient juste de mentionner. Comme noté prcdemment, les procédés de correction des déplacements du plan image dus à la température selon le premier aspect de l'invention n'assurent- pas ncessairement que ces déplacements du plan image puissent -tre complètement corrigés à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire. Il est donc n6cessaire que le déplacement admissible du plan image dans chacune des deux sections droites perpendiculaires soit réparti de façon proportionnelle entre le d6placement dû à la variation de température et le déplacement dû à la courbure de champ et à l'astigmatisme. La figure 8 est un graphe montrant les courbes d'aberration dues à la courbure de champ et l'astigmatisme du système optique dans son ensemble, selon le troisième exemple de l'invention. Naturellement, l'amplitude de la courbe de champ est plus importante dans la section droite de balayage principal (indiquée par une ligne en trait interrompu) que dans la section droite de balayage auxiliaire (indiquée par une ligne en trait continu). Le plan image au centre du balayage (au voisinage de l'axe optique) ne présente pas de coïincidence entre les sections droites de balayage principal et de balayage auxiliaire. Si nécessaire, on peut obtenir la coïhcidence en ajustant la position de la lentille cylindrique 22 de la manière d6jà décrite ci- dessus. Toutefois, le réglage présenté sur la figure 8 est volontaire, et on rédluit l'erreur moyenne portant sur le plan image en assurant que la valeur moyenne de l'intervalle de la courbure de champ dans la section droite de balayage auxiliaire soit amenée en coïncidence notable avec la valeur moyenne de l'intervalle de courbure de champ dans la section droite de balayage principal, pour

la température centrale d'utilisation du dispositif de balayage.

L'amplitude de la courbure de champ est d'environ 8,1 mm dans la section droite de balayage principal et d'environ 2 mm dans la section droite de balayage auxiliaire. Cette différence d'environ 6,1 mm offre une latitude cospondante de déplacement du plan image en liaison avec les variations de la

température dans la section droite de balayage auxiliaire.

Si l'on autorise sensiblement la même quantité de déplacement du plan image dans chacune des sections droites de balayage principal et de balayage auxiliaire pour le troisième exemple, une variation de 0,23 anm de la distance du laser à semiconducteur 11 à la lentille collimatrice 21 pour 1C amène le plan image à varier de 0,05 mm dans la section droite de balayage principal et de 0,19 mm dans la section droite de balayage auxiliaire dans le cas d'une variation de température de 1C. Les amplitudes de déplacement du plan image sur 15C, ce qui est l'intervalle sur lequel on doit utiliser le dispositif de balayage optique, sont de

0,75 mm dans la section droite de balayage-principal et de 2,85 mm dans la secion - - -

droite de balayage auxiliaire. Ainsi, la somme de l'amplitude du déplacement dam - --

cle plan image dû à la variation de température et de la moitié de l'amplitude de la courbure de champ, mentionnée dans le paragraphe précédent, est de 4,8 mm dans la section droite de balayage principal et de 4,85 mm dans la section droite de balayage auxiliaire. Ainsi, la position du plan image se situera sensiblement à l'intérieur du même intervalle pour les sections droites de balayage principal et de

balayage auxiliaire.

On va maintenant décrire le quatrième cxemplc de l'invention, qui se rapporte aussi à ce deuxième aspect. En utilisant la figure 6 qui est une section droite de balayage principal pour le système optique utilisé dans le deuxième exemple du premier aspect et la figure 7 qui est une section droite de balayage auxiliaire pour ce même système optique, qui comporte l'axe optique et qui est perpendiculaire à la section droite de balayage principal, on va discuter la relation existant entre la quantité de courbure de champ et le déplacement du plan image

résultant des variations de la température.

La figure 9 est un graphe montrant les courbes d'aberration qui sont dues à la courbure de champ et à l'astigmatisme provoqués par le système optique dans son ensemble tel qu'il est utilisé dans le deuxième exemple de l'invention. La quantité de courbure de champ est d'environ 3,8 mm dans la section droite de balayage principal (indiquée par une ligne en trait interrompu) et est d'environ 0,2 mm dans la section droite de balayage auxiliaire (indiquée par une ligne en trait continu). Comme dans le troisième exemple, la quantité de courbure de champ est plus grande dans la section droite de balayage principal que dans la section droite de balayage auxiliaire. De plus, pour les memes raisons que celles données lors de

la description du troisième exemple, au centre du balayage (au voisinage de l'axe

optique), le plan image ne présente aucune coincidence entre les sections droites de

balayage principal et de balayage auxiliaire.

Dans le quatrième exemple discuté ici, toutes les pièces s'interposant entre le laser à semiconducteur 11 et la lentille collimatrice 21 sont faites d'unem résine du type polycarbonate à 50 % de verre. Si cette résine possède un coefficient de dilatation linéaire d'environ 1,65x10-5, la distance du laser à

semiconducteur 11 à la lentille collimatrice 21 variera d'environ 0,19 um pour 1'C.

Ceci est inférieur à n'importe laquelle des valeurs obtenues à l'aide des premier, deuxième et troisième procédés de correction tels qu'appliqués dans le deuxième exemple. Etant donné cette valeur, le plan image se déplacera de 0,037 mm dans la

section- de balayage principal et de 0,193 mm dans- la section droitc de balayage.--....-.

auxiliaire pour 'C; sur l'intervalle de température de 1'C dans lequel on doit.--

utiliser le dispositif de balayage optique, le mouvement augmente d'environ

0,6 mm et 2,9 mm, respectivement.

Si l'on ajoute ces valeurs aux quantités ci-dessus mentionnées pour la courbure de champ, les résultats sont d'environ 2,5 mm (3,8/2+0,6) pour la section droite de balayage principal et d'environ 3 mm (0,2/2+2,9) pour la section droite de balayage auxiliaire. Si le faisceau laser délivré dans le quatrième exemple forme une tache qui possède un resserrement de faisceau de 70 um dans la section droite de balayage principal et si une augmentation pouvant aller jusqu'à 30 % est tolérée pour le diamètre du faisceau du fait du déplacement du plan image lorsque la températMure varie, le déplacement admissible du plan image que l'on calcule est de 4,1 mm. Par conséquent, le déplacement du plan image se produisant pour 1C est inférieur à la valeur admissible aussi bien dans la section droite de balayage principal que dans la section droite de balayage auxiliaire. En d'autres termes, il n'est pas nécessaire de faire des corrections aussi importantes que dans les premier, deuxième et troisième procédé de correction décrits ci-dessus et on peut simplifier

la structure de la partie entourant la lentille collimatrice 21, de façon importante.

Comme autre avantage, on peut réaliser toutes les pièces qui séparent le laser à semiconducteur de la lentille collimatrice au moyen de la m emc matière, et par conséquent, aucune distorsion ni aucun écart de couplage relevant d'un défaut d'appariement des dilatations thermiques ne se produira au niveau des jonctions des parties respectives, si bien qu'il est possible de réaliser un dispositif de

balayage optique ayant une grande fiabilité fonctionnelle.

De plus, le coefficient de dilatation linéaire de 1,65x10-5 est assez proche de ceux des métaux, de sorte qu'on peut fabriqucr à l'aide de métaux les supports du laser à semiconducteur 11 et de la lentille collimatrice 21, ce qui est plus avantageux du point de vue de la dissipation thermique et de la précision de lusinage. ' Ainsi, selon le deuxième aspect de l'invention, il est possible de minimiser le déplacement du plan image dû aux variations de la température à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire. Si le système optique permet des déplacements assez libéraux de la lentille de formation d'image, il faut effectuer des corrections relativement petites et ceci aide à simplifier la structure de la partie mécanique qui fait l'objet des corrections. La manière particulière dont les corrections doivent être faites dépend du domaine d'application du dispositif de balayage optique et de la résolution que celui-ci demande. Toutefois, comme déjà mentionné, la quantité dont le déplacement du plan image qui se produit du fait des variations de la température doit être corrigé peut être fixéce à une valeur voulue en fonction du deuxième aspect de l'invention; de plus, on peut réaliser, à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire des niveaux plus élevés de correction, que cela n'est possible lorsqu'on ne s'appuie pas sur le deuxième aspect de l'invention. il faut ajouter que, avec sa caractéristique de formation d'image réelle, le système optique utilisé dans le quatrième exemple tend à permettre un plus petit déplaccment du plan image aux deux extrémités (dans la région périphérique) de l'intervalle de balayage pour la section droite de balayage principal que dans la zone voisine de l'axe optique et, comme déjà mentionné, on fixe de préférence la marge par rapport au niveau admissible à une valeur supérieure dans la section droite de balayage principal, à ce qu'elle est dans la

section droite de balayage auxiliaire.

Dans les troisième et quatrième exemples de l'invention qui viennent d'êtrc décrits dans les pages précédentes, le système optique de balayage comporte des lentilles de matière plastique qui subissent des modifications importantes de

leur indice de réfraction ou un changement de volume lorsque la température varie.

Toutcfois, même si le système optique de balayage est simplement constitué de lentilles en verre, sa caractéristique optique variera avec la température, même si ce n'est pas autant que dans le cas o on utilise des lentilles en matière plastique; par conséquent, avec un dispositif de balayage optique qui demande une résolution particulièrement élevée, on peut appliquer la même technique que cellec ci-dessus décrite de façon que le déplacement du plan image du fait des variations de la température soit réduit. Ainsi, selon le deuxième aspect de l'invention, une plus grande amplitude de déplacement peut être tolérée par le plan image du fait des variations de la température pour celle, quelle qu'elle soit, des deux sections de balayage perpendiculaires (section droite de balayage principal et de balayage auxiliaire) qui est soumise au plus petit niveau d'erreurs de courbure de champ ou d'astigmatisme, dans le plan image, qui sont propres à la conception du système optique utilisé dans le dispositif de balayage optique ou qui se produisent en raison d'erreurs d'assemblage ou d'usinage. En d'autres termnes, il est possible d'accroiître l'importance de la courbure de champ qui est tolérée par le système optique de balayage pour la section droite qui subit le plus petit déplacement de son plan image par suite de variations de la température, et ceci permet de fabriquer des lentilles par un procédé moins coûteux, mais plus productif. Par conséquent, en utilisant l'écart pris par le plan image vis-à-vis de la surface à balayer pour chacune des deux sections perpendiculaires, on peut assurer les ctéristiques sataisantes de formation d'image sur tout l'intervalle de balayage et à toutes les températures de la gamme fonctionnelle sans devoir demander une précision indiûment élevée aux différents composants optiques ou sans devoir effectuer les

opérations d'assemblage et d'ajustement d'une haute précision.

Une autre particularité du deuxième aspect de l'invention est que les déplacements finals du plan image sont ramenés à des valeurs suffisammnt petites par le fait qu'on assure que le faisceau laser qui arrive sur l'élément de déviation ou qui sort de la lentille collimatrice voit sa caractéristique varier en fonction de sa température (par exemple son angle de divergence) et ceci s'oppose complètement à la technique antérieure, qui vise à assurer que le faisceau laser sortant de la lentille collimatrice (ou de l'unité laser) garde une caractéristique constante malgré

les variations de la température.

De plus, on tient compte de la variation de l'indice de réfraction qui est dû à la variation de la longueur d'onde de fonctionnement du laser à semiconducteur, de la variation de l'indice de réfraction en fonction de la matière de la lentille, de la dilatation des lentilles et de la variation, avec la température, de la distance entre la lentille et la ou les sources de lumière, pour effectuer la correction selon le deuxième aspect de l'invention, et ceci est un autre point qui distingue l'invention de toutes les techniques passées, lesquelles effectuent les

corrections sur la base de certaines seulement des caractéristiques mentionnées ci-

dessus. Les avantages de l'invention sont les suivants.

Comme décrit dans les pages précédentes, le dispositif de balayage optique selon le premier aspect de l'invention est tel que, entre les deux sections dmroites de balayage perpendiculaires du système optique de balayage (à savoir les sections droites de balayage principal et ue balayage auxiliaire), celle qui fait intervenir le plus grand déplacement du plan image par suite des variations des caractéristiques optiques en fonction de la température est destinée à être la même que cette autre section droite qui fait intervenir le plus grande déplacement du plan image du fait du changement de la distance de la source lumineuse à la lentille collimatrice. De plus, le dispositif de balayage est conçu de façon que la distance entre la source de lumière et la lentille collimatrice varie de façon appropriée avec la température. De cette manière, le déplacement du plan image du fait de variations, de la température diminue à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire et un dispositif de balayage optique qui est soumis à une moindre détérioration de sa capacité de formation d'image lorsque la température varie peut être fabriqué au moyen d'une strc ure simple et à un moindre coût. Ccci offre un avantage particulièrement grand à un système optique de balayage qui emploie des lentilles en matière plastique, puisque les matières plastiques subissent de plus grandes variations de leurs aractérisiques optiques, notamment l'indice de réfraction, en fonction de la

température, que le verrc.

Le dispositif de balayage optique selon le deuxième aspect de l'invention est analogue au dispositif de balayage optique selon le premier aspect en ce que, des deux sections droites de balayage perpendiculaires du système optique de balayage (à savoir les sections de balayage principal et de balayage auxiliaire), celle qui fait intervenir le plus grand déplacement du plan image du fait des variations de ses caractéristiques optiques en cas de variation de la température est destinée à être la même que cette autre section droite faisant intervenir le plus grand déplacement du plan image du fait du changement de la distance de la source de lumière à la lentille collimatrice. De plus, le dispositif de balayage est conçu de façon que la distance entre la source de lumière et la lentille collimatrice varie de façon appropriée avec la température. De cette manière, le déplacement du plan image du fait de variations de la température diminue à la fois dans la section droite de balayage principal et la section droite de balayage auxiliaire, et un dispositif de balayage optique qui présente une moindre détérioration dc sa capacité de production d'images lorsque la tcmpérature varie peut être fabriqué au moyen d'une structure simple et à un coût réduit. En outre, la section droite de S balayage principal ou auxiliaire qui fait intervenir le plus grand déplacement général du plan image après correction pour les variations de la température est destinée à être différente de la section droite de balayage auxiliaire ou de balayage principal qui fait intervenir la plus grande quantité de courbure de champ, et ceci permet de fabriquer un dispositif de balayage optique qui possède une capacité de formation d'image générale satisfaisante. Si l'on amène la valeur moyenne de la courbure de champ de la section droite de balayage principal en comncidence avec la valeur moyenne de la courbure de champ de la section droite de balayage auxiliaire, la marge admise de déplacement du plan image peut se répartir en quantités égales en réponse à un décalage positif ou négatif par rapport au centre de l'intervalle des températures de fonctionnement, et ceci permet de fabriquer un dispositif de balayage optique qui se distingue par une plus grande stabilité fonctionnelle lorsque la température varie. Comme selon le premier aspect, ceci offre un avantage spécialement grand pour un système optique de balayage qui emploie des lentilles en matière plastique, puisque les matières plastiques présentent des variations plus importantes, avec les temptes, de leurs

acéristiques optiques, notamment l'indice de réfraction, que le verre.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des

dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et

nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de

l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de balayage optique comprenant une source lumineuse (11), un premier moyen optique (21, 22) par lequel un faisceau lumineux émis par ladite source lumineuse est transformé de façon à présenter des caractéristiques spécifiées, un moyen de déviation (31) servant à dévier le faisceau lumineux qui sort du premier moyen optique, et un deuxième moyen optique (51) par lequel le faisceau lumineux tel que dévié par ledit moyen de déviation est focalinsé afin de formnner une image sur une surface prédéterminée (81') à balayer, caractérisé en ce que, si l'on considère à la fois une section droite de balayage principal qui est balayée par le faisceau lumineux tel que dévié par ledit moyen de déviation et une section droite de balayage auxiliaire qui est perpendiculaire à ladite section droite de balayage principal et qui comporte les axes optiques desdits premier et deuxième moyens optiques, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement axial, en termes absolus, du fait de la variation de la distance de ladite source lumineuse (11) au premier élément optique (21) dudit premier moyen optique est la même que la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement axial, en termes absolus, du fait des variations, avec la température, des caractéristiques optiques

desdits premier et deuxième moyens optiques.

2. Dispositif de balayage optique selon la revendication 1, caractérisé en cc qu'au moins un des éléments optiques dudit deuxième moyen optique (51a,

51b) est fait en matière plastique.

3. Dispositif de balayage optique comprenant une source lumineusc(11), un premier moyen optique (12, 22) par lequel un faisceau lumineux émis par ladite source lumineuse est transformé de manière à présenter des caractéristiques spécifiées, un moyen de déviation (41) servant à dévicr le faisceau lumineux qui sort dudit premier moyen optique, et un deuxième moyen optique (81) par lequel le faisceau lumineux tel que dévié par ledit moyen de déviation est focalisé afin de former une image sur une surface prdéterminéc à balayer, caractérisé en ce que, si l'on considère à la fois une section droite de balayage principal qui est balayée par le faisceau lumineux tel que dévié par ledit moyen de déviation et une section droite de balayage auxiliaire qui est perpendiculaire à ladite section droite de balayage principal et qui comporte les axes optiques desdits premier et deuxième moyens optiques, la section droite dans laquelle le plan image fait la plus grande quantité de déplacement axial, en termes absolus, du fait de la variation de température est différente de la section droite dans laquelle le deuxième moyen optique présente la plus grande courbure de champ.

4. Dispositif de balayage optique selon la revendication 3, caractrisé en ce qu'au moins un des éléments optiques dudit deuxième moyen optique est fait

de matière plastique.

5. Dispositif de balayage optique selon la revendication 3, caractis6 en ce que la position axiale de la valeur moyenne de la courbure de champ dudit deuxième moyen optique dans une section droite de balayage principal est sensiblement en coïnmcidence avec la position axiale de la valeur moyenne de la courbure de champ du deuxième moyen optique dans une section droite de

balayage auxiliaire.