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Dokumentenidentifikation DE69935825T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000967508
Titel Optisches Gerät zur Abtastung
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Toyoda, Koji,c/o Canon K.K., Ohta-ku, Tokyo, JP
Vertreter Weser & Kollegen, 81245 München
DE-Aktenzeichen 69935825
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.06.1999
EP-Aktenzeichen 991119231
EP-Offenlegungsdatum 29.12.1999
EP date of grant 18.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G02B 26/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung, insbesondere eine optische Abtastvorrichtung, die sich eignet für Bilderzeugungsvorrichtungen wie beispielsweise einen Laserstrahldrucker und ein digitales Kopiergerät, in welchem ein von einer Lichtquelleneinrichtung emittierter Lichtstrahl über einen Lichtablenker wie beispielsweise einen Polygon-Drehspiegel, auf eine abgetastete Fläche in Form einer Aufzeichnungsträgerfläche geführt wird, und der Lichtstrahl abtastend über die Fläche geführt wird, um dadurch Zeichen, Information und dergleichen aufzuzeichnen.

Einschlägiger Stand der Technik

In einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung, die für einen Laserstrahldrucker, ein digitales Kopiergerät und dergleichen eingesetzt wird, wird ein von einer Lichtquelle emittierter Lichtstrahl von einer Ablenkeinrichtung abgelenkt, und der abgelenkte Lichtstrahl bildet einen Fleck oder Spot über eine optische Abtasteinrichtung auf einer photoempfindlichen, als Abtastfläche fungierenden Trommeloberfläche, um dadurch den Lichtstrahl über die abgetastete Fläche zu führen.

1 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung. Nach 1 wird ein von einer Lichtquelleneinrichtung 11 in Form eines Halbleiterlasers oder dergleichen emittierter Lichtstrahl von einer Kollimatorlinse 12 in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl umgewandelt. Dieser im wesentlichen kollimierte Lichtstrahl wird von einer Aperturblende 13 in eine optimale Strahlform gebracht und trifft auf eine Zylinderlinse 14. Die Zylinderlinse 14 besitzt eine Brechkraft in Nebenabtastrichtung und erzeugt ein Lichtstrahlbild, welches in der Hauptabtastrichtung länglich ist, und zwar in der Nähe einer Ablenkfläche 15a des Lichtablenkers 15, der durch einen Polygon-Drehspiegel oder dergleichen gebildet wird. Im vorliegenden Fall ist die Hauptabtastrichtung eine Richtung rechtwinklig zu der Ablenk-Abtastrichtung, die Nebenabtastrichtung verläuft rechtwinklig zu der Ablenk-Abtastrichtung. Dies gilt für die folgende Beschreibung. Der Lichtstrahl wird von dem Lichtablenker 15 bei gleicher Winkelgeschwindigkeit reflektiert/abgelenkt, um auf einer photoempfindlichen Trommeloberfläche (Aufzeichnungsträgerfläche) 18, die eine abgetastete Fläche bildet, über eine f&thgr;-Linse 16 als Einzelelementlinse, die als optische Abtasteinrichtung mit f&thgr;-Charakteristik fungiert, einen Fleck oder Spot zu bilden. Der Lichtstrahl wird mit gleicher Geschwindigkeit abtastend über die photoempfindliche Trommeloberfläche 18 geführt.

In einer optischen Abtastvorrichtung dieser Art wird ein Polygon-Drehspiegel mit zahlreichen Ablenkflächen (reflektierenden Flächen) allgemein als Ablenkeinrichtung eingesetzt, wobei eine optische Achse auf einen gegebenen Winkel vor und nach der Ablenkung in dem optischen Gesamt-Abtastsystem eingestellt wird. Das heißt: ein von einer Lichtquelleneinrichtung emittierter Lichtstrahl wird schräg auf die Ablenkeinrichtung in einer Abtastebene zum Auftreffen gebracht. Aus diesem Grund treten Ablenkflächen asymmetrisch innerhalb eines Abtastvorgangs bezüglich der achsennahen Abtastung ein und aus. Die Einflüsse dieser Asymmetrie sind im Nebenabtast-Querschnitt bemerkbar, in welchem ein Lichtstrahl vorübergehend nahe der Ablenkfläche abgebildet wird, um die Ablenkfläche und die abgetastete Fläche konjugiert zueinander einzustellen. Dies macht es schwierig, eine Feldkrümmung zu korrigieren.

Um eine optische Abtastvorrichtung mit höherer Auflösung (kleinerem Spot) zu realisieren, müssen die Einflüsse der Asymmetrie auf die Feldkrümmung und die f&thgr;-Charakteristik in der Hauptabtastrichtung berücksichtigt werden. Als Mittel zum Lösen dieser Probleme machen beispielsweise die optischen Abtastvorrichtungen nach den japanischen Patentanmeldungen-Offenlegungsschriften Nr. 8-122635 und 8-248308 von einer Einrichtung zum asymmetrischen Ändern des Krümmungsradius in der Nebenabtastrichtung bezüglich der optischen Achse Gebrauch. Dies ermöglicht eine passende Korrektur der Feldkrümmung in Nebenabtastrichtung über die gesamte Abtastbreite hinweg. Eine Linse mit einer solchen Form wird unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Vorteile im allgemeinen durch Kunststoff-Spritzguß hergestellt.

Allerdings ist es bekannt, daß Kunststoffe für Änderungen in der Umgebung empfindlich sind. Bei einer Änderung der Umgebungstemperatur ändert sich der Brechungsindex eines Kunststoffs. Als Folge davon unterliegt der Brennpunkt der Kunststofflinse Schwankungen, und die Fleckgröße auf einer abgetasteten Fläche nimmt beispielsweise zu. Dies erschwert die Erstellung eines gedruckten Bilds hoher Qualität.

Auf der anderen Seite zeigt die GB-A-2315563 eine Abtastvorrichtung mit einem holographischen Deflektor anstelle eines Polygon-Drehspiegels. Die JP-A-07005388 und die US-A-5900955 zeigen die Verwendung von Hologrammen als f&thgr;-Linse.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer kompakten optischen Abtastvorrichtung, die in passender Weise die optische Charakteristik (Feldkrümmung und dergleichen) dadurch korrigieren kann, daß zumindest auf einer Oberfläche der optischen Flächen optische Elemente der optischen Abtasteinrichtung ein Beugungsgitter gebildet wird und die Beugekraft des Beugungsgitters asymmetrisch geändert wird, ohne jegliche Symmetrieachse in zumindest der Hauptabtastrichtung oder der Nebenabtastrichtung, die resistent gegenüber Fokusänderungen aufgrund von Änderungen in der Umgebung (Temperaturänderungen) ist, und die in der Lage ist, mit einer einfachen Anordnung einen hochauflösenden Druck zu erstellen.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer kompakten optischen Abtastvorrichtung, die in passender Weise die optische Kennlinie (Feldkrümmung und dergleichen) dadurch ändern kann, daß auf zumindest einer Oberfläche der optischen Flächen der die optische Abtastvorrichtung bildenden optischen Elemente ein Beugungsgitter ausgebildet wird, die Gitterkonstante des Beugungsgitters asymmetrisch ohne jegliche Symmetrieachse in zumindest der Hauptabtastrichtung oder der Nebenabtastrichtung geändert wird, und außerdem die Form mindestens einer Fläche der optischen Oberflächen der die optische Abtasteinrichtung bildenden optischen Elemente asymmetrisch geändert wird von einer Stelle auf der Achse zu einer gegenüber der Achse versetzten Stelle in mindestens Hauptabtastrichtung oder Nebenabtastrichtung, die resistent ist gegenüber Fokusänderungen aufgrund von Umgebungseinflüssen (Temperaturänderungen), und die in der Lage ist, mit einer einfachen Anordnung einen hochauflösenden Druck zu liefern.

Erreicht werden diese Ziele durch eine optische Abtasteinrichtung nach dem Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Schnittansicht (Hauptabtastrichtungs-Querschnitt) des Hauptteils einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung, betrachtet in der Hauptabtastrichtung;

2 ist eine Schnittansicht (Hauptabtastrichtungs-Querschnitt) des Hauptteils des ersten Beispiels, welches nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist, betrachtet in der Hauptabtastrichtung;

3 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Beugekraft in der Hauptabtastrichtung sich bei dem ersten Beispiel, das nicht Bestandteil der Erfindung ist, ändert;

4 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung sich bei dem ersten Beispiel, das nicht Bestandteil der Erfindung ist, ändert;

5 ist eine graphische Darstellung, welche die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei dem ersten Beispiel, welches nicht zur Erfindung gehört, veranschaulicht;

6 ist eine graphische Darstellung der Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg des ersten Beispiels, welches nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört;

7 ist eine graphische Darstellung der Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und der Abweichung der Bildhöhe in dem ersten Beispiel, welches nicht Gegenstand der Erfindung ist;

8 ist eine Schnittansicht (eine Hauptabtastrichtungs-Schnittansicht) des Hauptteils der zweiten Ausführungsform der Erfindung in der Hauptabtastrichtung;

9 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Beugekraft in der Hauptabtastrichtung bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung geändert wird;

10 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ändert;

11 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie der Krümmungsradius einer Zylinderfläche sich bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ändert;

12 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ändert;

13 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung ändert;

14 ist eine graphische Darstellung der Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und der Abweichung der Bildhöhe bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

15 ist eine Schnittansicht (in Hauptabtastrichtung) des Hauptteils der dritten Ausführungsform der Erfindung in Hauptabtastrichtung;

16 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie die Beugekraft in der Hauptabtastrichtung bei der dritten Ausführungsform der Erfindung geändert wird;

17 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung bei der dritten Ausführungsform der Erfindung ändert;

18 ist eine graphische Darstellung der Konfiguration einer torischen Fläche im Hauptabtast-Querschnitt bei der dritten Ausführungsform der Erfindung;

19 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich der Krümmungsradius der torischen Fläche in der Nebenabtastrichtung bei der dritten Ausführungsform der Erfindung ändert;

20 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei der dritten Ausführungsform der Erfindung ändert;

21 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei der dritten Ausführungsform der Erfindung ändert;

22 ist eine graphische Darstellung der Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und der Abweichung der Bildhöhe bei der dritten Ausführungsform der Erfindung;

23 ist eine Schnittansicht (Hauptabtast-Schnittansicht) des Hauptteils der vierten Ausführungsform der Erfindung in Hauptabtastrichtung;

24 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Beugekraft in der Hauptabtastrichtung bei der vierten Ausführungsform der Erfindung ändert;

25 ist eine graphische Darstellung, die zeigt, wie sich die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung bei der vierten Ausführungsform der Erfindung ändert;

26 ist eine graphische Darstellung, welche die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung zeigt, wie sie sich vor und nach einem Temperaturanstieg bei der vierten Ausführungsform der Erfindung ändert;

27 ist eine graphische Darstellung, welche die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung zeigt, wie sie sich vor und nach einem Temperaturanstieg bei der vierten Ausführungsform der Erfindung ändert; und

28 eine graphische Darstellung der Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und der Abweichung der Bildhöhe bei der vierten Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

2 ist eine Schnittansicht (Hauptabtast-Schnittansicht) des Hauptteils einer optischen Abtastvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung.

Nach 2 wird als Lichtquelleneinrichtung 1 beispielsweise ein Halbleiterlaser eingesetzt. Die Kollimatorlinse 2 wandelt das divergente Lichtstrahlbündel aus der Lichtquelleneinrichtung 1 um in ein konvergentes Lichtstrahlbündel. Eine Aperturblende 3 formt das aus der Kollimatorlinse 2 austretende Lichtstrahlbündel zu einer optimalen Soll-Strahlform. Eine Zylinderlinse 4 besitzt eine vorbestimmte Brechkraft in Nebenabtastrichtung rechtwinklig zur Zeichnungsebene und formt den aus der Aperturblende 3 austretenden Lichtstrahl zu einem Bild (einem linienförmigen Bild, das sich in Hauptabtast-Querschnittsrichtung erstreckt) innerhalb des Nebenabtast-Querschnitts in der Nähe einer Stelle oberhalb einer Ablenkfläche 5a einer (im folgenden zu beschreibenden) Ablenkeinrichtung 5. Die Ablenkeinrichtung 5 dient als Lichtablenker oder -deflektor. Als Ablenkeinrichtung 5 wird beispielsweise ein Polygon-Drehspiegel verwendet, der von einer (nicht gezeigten) Antriebseinrichtung wie zum Beispiel einem Motor mit konstanter Drehzahl in Pfeilrichtung A gedreht wird.

Eine erste optische Abtasteinrichtung 6 besitzt f&thgr;-Charakteristik und ein erstes optisches Element (ein f&thgr;-Linsensystem) 6a in Form eines brechenden Systems, und ein zweites optisches Element (f&thgr;-Linsensystem) 6b, gebildet durch ein Beugungssystem. Das erste optische Element 6a, welches durch ein brechendes System gebildet wird, besteht aus einer anamorphen Linse mit unterschiedlichen positiven (konvexen) Brechkräften in Haupt- und Nebenabtastrichtung. Die Linse besitzt eine erste Fläche (Einfallfläche) 6a1, die eine sphärische Fläche ist, und eine zweite Fläche (Austrittsfläche) 6a2, die eine torische Fläche ist. Die zweite Fläche 6a2 ist in der Hauptabtastrichtung sphärisch ausgebildet und besitzt unabhängig von der Entfernung von der optischen Achse einen konstanten Krümmungsradius. Das zweite optische Element 6b, welches durch ein Beugungssystem gebildet wird, besteht aus einer transparenten Platte, die sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung flach ist. Ein Beugungsgitter 8 mit Beugungskräften abhängig von der Gitterkonstanten ist auf der zweiten Fläche 6b2 gebildet, so daß die durch das Beugungssystem gebildeten Beugungskräfte in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung positive (konvexe) verschiedene Beugungskräfte haben. Die auf dieser Beugung beruhenden Beugungskräfte ändern sich asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle außerhalb der Achse bezüglich der Referenzachse, ohne daß es irgendeine symmetrische Achse sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Nebenabtastrichtung gibt. Das erste und das zweite optische Element 6a und 6b bestehen aus Kunststoff. Die optische Abtasteinrichtung 6 besitzt eine Neigungskorrekturfunktion, implementiert durch Einstellen der Ablenkfläche 5a und einer abgetasteten Fläche 7, die im Nebenabtastungs-Querschnitt konjugiert zueinander sind. Die abgetastete Fläche 7 ist eine photoempfindliche Trommeloberfläche.

Man beachte, daß die Referenz- oder Bezugsachse hier die optische Achse ist.

Insbesondere stimmt die Referenzachse mit der Y-Achse nach Gleichung (2) überein, die eine Phasenfunktion des Beugungssystems ist, welches unten noch erläutert wird.

Bei diesem Beispiel wird ein von der Lichtquelleneinrichtung 1 emittierter divergenter Lichtstrahl von der Kollimatorlinse 2 zu einem konvergenten Lichtstrahl umgewandelt. Der Lichtstrahl wird dann von der Aperturblende 3 in die gewünschte Form gebracht und trifft auf die Zylinderlinse 4, aus der der Lichtstrahl ohne eine Änderung im Hauptabtastquerschnitt austritt. Andererseits konvergiert der Lichtstrahl innerhalb des Nebenabtastquerschnitts, um ein im wesentlichen linienförmiges Bild (ein in Hauptabtastrichtung längliches Linienbild) auf der Ablenkfläche 5a der Ablenkeinrichtung 5 zu erzeugen. Das von der Ablenkfläche 5a der Ablenkeinrichtung 5 reflektierte/abgelenkte Licht bildet auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 7 über die optische Abtasteinrichtung 6 einen Fleck oder Spot. Durch Drehen der Ablenkeinrichtung 6 in Pfeilrichtung A wird dieser Lichtstrahl mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung B (der Hauptabtastrichtung) über die photoempfindliche Trommeloberfläche 7 geführt. Bei diesem Vorgang wird ein Bild auf der photoempfindlichen Trommel 7 gebildet, die einen Aufzeichnungsträger darstellt.

Die Formen der Brechungs- und Beugungssysteme des ersten und des zweiten optischen Elements 6a und 6b, die die optische Abtasteinrichtung 6 bei dieser Ausführungsform bilden, lassen sich folgendermaßen ausdrücken, vorausgesetzt, daß der Schnittpunkt zwischen jeder Fläche des optischen Elements und der optischen Achse oder Referenzachse als Ursprung betrachtet wird und die optische Achse oder die Referenzachsenrichtung, die Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse oder der Referenzachse innerhalb des Hauptabtastquerschnitts liegen und die Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse oder der Referenzachse innerhalb des Nebenabtastquerschnitts liegen und die X-Achse, die Y-Achse bzw. die Z-Achse bilden.

  • (1) das Brechungssystem in der Hauptabtastrichtung: eine asphärische Form, ausgedrückt durch eine Funktion bis hin zu einer Funktion 10-ter Ordnung:
    wobei R der Krümmungsradius und k, B4, B6, B8 und B10 asphärische Koeffizienten sind (wobei wenn ein Index „u" an einem Koeffizienten angebracht ist, so gibt er die Laserseite in bezug auf die optische Achse an, wohingegen ein Index „l" bei einem Koeffizienten auf die der Laserseite abgewandte Seite bezüglich der optischen Achse hinweist).

    In der Nebenabtastrichtung: eine sphärische Form, deren Krümmungsradius sich kontinuierlich in Richtung der Y-Achse ändert: r'= r(1 + D2iY2 + D4iY4 + D6iY6 + D8iY8 + D10iY10) wobei r der Krümmungsradius und D2i, D4i, D8i und D10i asphärische Koeffizienten sind, wobei „i" für „u" oder „l" so einzusetzen ist, daß bei einem Index „u" an einem Koeffizienten dies die Laserseite bezüglich der optischen Achse bedeutet, wohingegen das „l" an einem Koeffizienten auf die der Laserseite entgegengesetzte Seite bezüglich der optischen Achse hinweist.
  • (2) Das Beugungssystem: eine Beugungsfläche, ausgedrückt durch eine Phasenfunktion eines Potenz-Polynoms bis hin zu einem Polynom 10-ter Ordnung von Y und Z: W = C1Y + C2Y2 + C3Y3 + C4Y4 + C5Y5 + C6Y6+ C7Y7 + C8Y8 + C9Y9 + C10Y10+ E1Z2 + E2YZ2 + E3Y2Z2 + E4Y3Z2 + E5Y4Z2+ E6Y5Z2 + E7Y6Z2 + E8Y7Z2 + E9Y8Z2 wobei C1 bis C10 und E1 bis E9 Phasenkoeffizienten sind.

Die Tabelle 1 zeigt eine optische Konfiguration des ersten Beispiels. Tabelle 2 zeigt die asphärischen Koeffizienten des Brechungssystems und die Phasenkoeffizienten des Beugungssystems.

In diesem Fall bedeutet &thgr;1 den Winkel zwischen der optischen Achse des optischen Systems vor und hinter der Ablenkeinrichtung; &thgr;max ist der Winkel, der durch einen Lichtstrahl und die optische Achse der optischen Abtasteinrichtung definiert wird, wenn der Lichtstrahl die am weitesten von der Achse entfernte Stelle abtastet; f ist die Konstante mit Y = f&thgr;, wobei Y die Bildhöhe und &thgr; der Abtastwinkel ist.

Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 2 (Fortsetzung)

3 zeigt, wie sich die Beugekraft des zweiten optischen Elements 6b bei diesem Beispiel in der Hauptabtastrichtung ändert. 4 zeigt, wie sich die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung ändert. Durch Ändern der Gitterkonstanten des Beugungsgitters abhängig von der Stelle kann ein durch den entsprechenden Punkt laufender Lichtstrahl dazu gebracht werden, konvergent oder divergent zu werden. Wenn P(y) die Gitterkonstante an einem Lichtstrahl-Durchgangspunkt y ist, so wird die Gitter-Raumfrequenz H(y) an dem Lichtstrahl-Durchlaßpunkt folgendermaßen ausgedrückt: H(y) = 1/P(y)

Eine Beugekraft ϕ basierend auf dem Beugungsgitter ist gegeben durch ϕ = m&lgr;·dH/dy wobei m die Ordnung und &lgr; die Wellenlänge ist.

Bei diesem Beispiel ändern sich die auf der Beugung beruhenden Kräfte asymmetrisch ausgehend von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle entfernt von der Achse, bezogen auf die Referenzachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung. In der Nebenabtastrichtung stehen eine Beugekraft Po auf der Achse und eine Beugekraft Py fern von der Achse in bezug auf die Referenzachse folgendermaßen in Beziehung: Po > Py(1)

Wenn diese Beugekräfte nicht die Ungleichung (1) erfüllen, ist die Feldkrümmung schwer zu korrigieren, und man kann die Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung nicht gleichmäßig halten. Bei dieser Ausführungsform fällt die optische Achse des ersten optischen Elements 6a mit der Referenzachse des zweiten optischen Elements 6b zusammen und verschiebt sich gegenüber der optischen Achse des Gesamtsystems zu der dem Laser abgewandten Seite um 0,9 mm.

Darüber hinaus verschiebt sich in der optischen Abtasteinrichtung 6 dieses Beispiels der Fokus in der Hauptabtastrichtung und in der Nebenabtastrichtung, was zurückzuführen ist auf Änderungen im Brechungsindex des Linsenmaterials aufgrund von Umgebungsschwankungen, und was korrigiert wird durch Änderungen in der Beugekraft des zweiten optischen Elements 6b aufgrund von Änderungen in der Wellenlänge des Halbleiterlasers 1.

5 zeigt die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei diesern Beispiel. 6 zeigt die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung vor und nach dem Temperaturanstieg dieses Beispiels. 7 zeigt die Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und die Abweichung der Bildhöhe dieses Beispiels. In den 5 und 6 steht die gestrichelte Linie für die Feldkrümmung bei Zimmertemperatur von 25°C, die ausgezogene Linie steht für die Feldkrümmung bei Temperaturanstiegen von 25°C auf 50°C. In diesem Beispiel werden der Brechungsindex n* des ersten und des zweiten optischen Elements 6a, 6b und eine Wellenlänge &lgr;* der Lichtquelleneinrichtung 1 folgendermaßen eingestellt:

n* = 1,5212

&lgr;* = 786,4 nm.

Wie aus den 5 und 6 hervorgeht, werden Brennpunkt-Verschiebungen passend sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung korrigiert.

Wie oben beschrieben wurde, ist bei diesem Beispiel das Beugungsgitter 8 mit Beugekräften aufgrund von Änderungen der Gitterkonstanten auf der zweiten Fläche 6b2 des zweiten optischen Elements 6b der jeweiligen optischen Flächen der die optische Abtasteinrichtung 6 bildenden optischen Elemente ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung wird eine kompakte optische Abtasteinrichtung geschaffen, die die optischen Kennwerte in passender Weise korrigieren kann durch asymmetrisches Ändern der Beugekräfte des optischen Beugungselements 8 innerhalb einer Ebene des zweiten optischen Elements 6b, auf dem das optische Beugungselement 8 ausgebildet ist, ohne jegliche Symmetrieachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung, um eine Unempfindlichkeit gegen Fokusänderungen durch Umgebungsschwankungen (Temperaturänderungen) mit einer einfachen Anordnung ebenso zu erreichen wie einen hochauflösenden Druck.

8 ist eine Schnittansicht (ein Hauptabtastquerschnitt) des Hauptteils der zweiten Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung. In 8 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in 2.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß eine optische Abtasteinrichtung aus einem ersten optischen Element, gebildet durch ein brechendes System, und einem zweiten optischen Element, gebildet durch sowohl ein brechendes als auch beugendes System, besteht, wobei das erste und das zweite optische Element in passende Formen gebracht sind. Die übrige Ausgestaltung und die optischen Effekte der zweiten Ausführungsform sind nahezu die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so daß ähnliche Wirkungsweisen erhalten werden.

Eine optische Abtasteinrichtung 26 besitzt eine f&thgr;-Kennlinie und ein erstes optisches Element (ein f&thgr;-Linsensystem) 26a, das durch ein brechendes System gebildet wird, außerdem ein zweites optisches Element (ein f&thgr;-Linsensystem) 26b, welches sowohl ein brechendes als auch ein beugendes System enthält. Das erste optische Element 26a, das durch das brechende System gebildet wird, besteht aus einer rotationssymmetrischen Linse mit positiver (konvexer) Brechkraft. Die Linse besitzt eine erste Fläche (Einfallfläche) 26a1 als sphärische Fläche und eine zweite Fläche (Austrittsfläche) 26a2 in Form einer asphärischen Fläche. Die Formen des brechenden Systems des ersten optischen Elements 26a lassen sich folgendermaßen ausdrücken, vorausgesetzt, die Schnittstelle zwischen der Oberfläche des optischen Elements und der optischen Achse wird als Ursprung betrachtet, und die Richtung der optischen Achse, die Richtung rechtwinklig dazu innerhalb des Hauptabtastquerschnitts und die Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse innerhalb des Nebenabtastquerschnitts entsprechen der X-Achse, der Y-Achse bzw. der Z-Achse:

wobei R der Krümmungsradius ist und K, B, C, D und E asphärische Koeffizienten sind.

Das zweite optische Element 26b mit sowohl einem brechenden als auch einem beugenden System besitzt eine erste Fläche (Einfallfläche) 26b1 als zylindrische Fläche in der Nebenabtastrichtung, und eine zweite Fläche (Austrittsfläche) 26b2, bei der es sich um eine flache Zylinderlinse mit positiver (konvexer) Brechkraft in der Nebenabtastrichtung handelt. Der Krümmungsradius der Zylinderfläche ändert sich asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle neben der Achse bezüglich der optischen Achse des zweiten optischen Elements 26b in der Hauptabtastrichtung. Auf der zweiten Fläche 26b2 ist ein Beugungsmuster 28 ausgebildet, so daß die auf dem Beugungssystem beruhenden Beugekräfte verschieden werden von den positiven (konvexen) Brechkräfte in Hauptabtastrichtung und Nebenabtastrichtung. Die auf dieser Beugung beruhenden Kräfte ändern sich asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle neben der Achse bezüglich der Referenzachse, ohne jegliche Symmetrieachse sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Nebenabtastrichtung. Dieses zweite optische Element 26b besitzt sowohl positive Brechkraft des brechenden Systems als auch positive Kraft basierend auf dem beugenden System in Nebenabtastrichtung. Sowohl das erste als auch das zweite optische Element 26a und 26b bestehen aus Kunststoff. Die optische Abtasteinrichtung 26 besitzt eine Neigungskorrekturfunktion, implementiert durch Einstellen der Ablenkfläche 5a und einer zweiten abgetasteten Fläche 7 in zueinander konjugierter Beziehung innerhalb des Nebenabtastquerschnitts.

Die Tabelle 3 zeigt eine optische Konfiguration dieser Ausführungsform. Tabelle 4 zeigt die asphärischen Koeffizienten des Brechungssystems und die Phasenkoeffizienten des Beugungssystems.

Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 4 (Fortsetzung)

9 zeigt die Beugekraft des zweiten optischen Elements 26b dieser Ausführungsform, die sich in der Hauptabtastrichtung ändert. 10 zeigt, wie sich die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung ändert. Bei dieser Ausführungsform ändern sich die Beugekräfte asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle neben der Achse bezüglich der Referenzachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung. In der Nebenabtastrichtung genügen eine Kraft Po auf der Achse und eine Kraft Py abgesetzt von der Achse jeweils in bezug auf die Referenzachse folgender Beziehung: Po > Py(1)

Wenn diese Kräfte die Ungleichung (1) nicht erfüllen, so ist es schwierig, die Feldkrümmung zu korrigieren, und die Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung kann nicht gleichförmig gehalten werden, wie dies bei der ersten Ausführungsform der Fall ist. Bei dieser Ausführungsform fällt die optische Achse des ersten optischen Elements 26a mit der Referenzachse des zweiten optischen Elements 26b zusammen und verschiebt sich gegenüber der optischen Achse des Gesamtsystems zu der dem Laser abgewandten Seite um 0,45 mm.

Darüber hinaus ändert sich, wie oben ausgeführt wurde, der Krümmungsradius der Zylinderfläche als erste Fläche 26b1 des zweiten optischen Elements 26b asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle entfernt von der Achse bezüglich der optischen Achse des zweiten optischen Elements 26b in der Hauptabtastrichtung. 11 zeigt diesen Zustand. Mit dieser Ausgestaltung läßt sich die optische Charakteristik passend korrigieren.

Darüber hinaus werden bei dieser Ausführungsform in der optischen Abtasteinrichtung 26 dieser Ausführungsform der Fokus in Haupt- und in Nebenabtastrichtung, hervorgerufen durch Änderungen im Brechungsindex des Linsenmaterials aufgrund von Umgebungsänderungen (Temperaturänderungen) korrigiert durch Änderungen der Beugekraft des zweiten optischen Elements 26b durch Variieren der Wellenlänge des Halbleiterlasers 1.

12 zeigt die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei dieser Ausführungsform. 13 zeigt die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg bei dieser Ausführungsform. 14 zeigt die Verzeichnung (f&thgr;-Charakteristik) und die Abweichung der Bildhöhe dieser Ausführungsform. Bezugnehmend auf die beiden 12 und 13, stellt die gestrichelte Linie die Feldkrümmung bei Zimmertemperatur von 25°C dar, und die ausgezogene Linie zeigt die Feldkrümmung, wenn die Temperatur von 25°C auf 50°C ansteigt. In diesem Fall werden der Brechungsindex n* des ersten und des zweiten optischen Elements 26a und 26b ebenso wie eine Wellenlänge &lgr;* der Lichtquelleneinrichtung 1 folgendermaßen eingestellt:

n* = 1,5212

&lgr;* = 786,4 nm.

Wie aus den 12 und 13 entnehmbar ist, werden die Fokusverschiebungen in passender Weise sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Nebenabtastrichtung korrigiert.

Wie oben beschrieben wurde, ist das Beugungsgitter 28 mit Beugekräften aufgrund von Änderungen der Gitterkonstante auf der zweiten Oberfläche 26b2 des zweiten optischen Elements 26b der optischen Flächen der optischen Elemente der optischen Abtastvorrichtung 26 ausgebildet. Mit Hilfe dieser Anordnung wird eine kompakte optische Abtasteinrichtung geschaffen, die in passender Weise die optischen Kennwerte korrigieren kann durch asymmetrisches Ändern der Beugekräfte des optischen Beugungselements 28 in einer Ebene dieses zweiten optischen Elements 26b, auf dem das optische Beugungselement 28 ausgebildet ist, ohne jede symmetrische Achse sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Nebenabtastrichtung, und durch asymmetrisches Ändern des Krümmungsradius der zylindrischen Oberfläche als erster Fläche 26b1 des zweiten optischen Elements 26b gegenüber einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle entfernt von der Achse bezüglich der optischen Achse des zweiten optischen Elements 26b in der Hauptabtastrichtung, so daß die Einrichtung resistent ist gegenüber Fokusänderungen aufgrund von Umgebungsänderungen (Temperaturänderungen), und außerdem in der Lage ist, mit einer einfachen Ausgestaltung einen hochauflösenden Druck zu erzeugen.

15 ist eine Schnittansicht (Hauptabtastquerschnitt) des Hauptteils der dritten Ausführungsform der Erfindung in der Hauptabtastrichtung. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bedeuten in 15 gleiche Teile.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß die optische Abtasteinrichtung durch ein einzelnes optisches Element gebildet ist, welches sowohl ein brechendes als auch ein beugendes System aufweist, und das optische Element in passender Weise ausgebildet ist. Die übrige Ausgestaltung abgesehen von diese genannten Abweichung und die optischen Effekte der dritten Ausführungsform sind nahezu die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so daß ähnliche Wirkungsweisen erzielt werden.

Bezugnehmend auf 15, besitzt eine optische Abtasteinrichtung 36 eine f&thgr;-Kennlinie, außerdem ein einzelnes optisches Element (f&thgr;-Linsensystem) 36a mit sowohl einem brechenden als auch einem beugenden System. Eine erste Fläche (Einfallfläche) 36a1 des ersten optischen Elements 36a ist eine zylindrische Fläche und besitzt eine Kraft in Hauptabtastrichtung. Auf der ersten Fläche 36a1 ist ein Beugungsgitter 38 gebildet, so daß die auf dem beugenden System beruhenden Beugekräfte unterschiedliche positive (konvexe) Beugekräfte in Hauptabtastrichtung und Nebenabtastrichtung aufweisen. Die auf dieser Beugungs-Asymmetrie beruhenden Beugekräfte ändern sich von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle abgesetzt von der Achse bezüglich der Referenzachse ohne jegliche Symmetrieachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung. Eine zweite Fläche (Austrittsfläche) 36a2 ist eine torische Fläche und besitzt Kräfte in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung, die sich asymmetrisch ausgehend von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle entfernt von der Achse bezüglich der optischen Achse des einzelnen optischen Elements 36a ändern. Dieses einzelne optische Element 36a besteht aus Kunststoff. Die optische Abtasteinrichtung 36 besitzt eine Neigungskorrekturfunktion, implementiert durch Einstellen der Ablenkfläche 5a und einer abgetasteten Fläche 7 in konjugierter Beziehung zueinander innerhalb des Nebenabtastquerschnitts.

Tabelle 5 zeigt eine optische Konfiguration dieser Ausführungsform. Tabelle 6 zeigt die asphärischen Koeffizienten des brechenden Systems und die Phasenkoeffizienten des beugenden Systems.

Tabelle 5
Tabelle 6
Tabelle 6 (Fortsetzung)

16 zeigt, wie die Beugungskraft des einzelnen optischen Elements 36b dieser Ausführungsform sich in der Hauptabtastrichtung ändert. 17 zeigt, wie die Beugungskraft sich in der Nebenabtastrichtung ändert. Bei dieser Ausführungsform ändern sich die Kräfte basierend auf der Beugungs-Asymmetrie von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle entfernt von der Achse bezüglich der Referenzachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung. In der Nebenabtastrichtung erfüllen eine Kraft Po auf der Achse und eine Kraft Py an einer Stelle abgerückt von der Achse jeweils in bezug auf die Referenzachse die Bedingung Po > Py(1)

Wenn diese Kräfte die Ungleichung (1) nicht erfüllen, so läßt sich die Feldkrümmung nur schwer korrigieren, und die Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung läßt sich nicht gleichmäßig halten, so wie bei der ersten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform verschiebt sich die Referenzachse des einzelnen optischen Elements 36a gegenüber der optischen Achse des Gesamtsystems in Richtung der von dem Laser abgewandten Seite um 0,7 mm.

Die Form der torischen Fläche als zweite Fläche 36a2 des einzelnen optischen Elements 36a ändert sich asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle abgerückt von der Achse bezüglich der optischen Achse des optischen Elements 36a. 18 zeigt diesen Zustand. Darüber hinaus ändert sich der Krümmungsradius der torischen Fläche in der Nebenabtastrichtung ausgehend von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle abgerückt von der Achse, bezogen auf die optische Achse des einzelnen optischen Elements 36a. Dieser Zustand ist in 19 gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung läßt sich die optische Charakteristik passend korrigieren.

Darüber hinaus werden in der optischen Abtasteinrichtung 36 dieser Ausführungsform Fokusverschiebungen in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung, die sich aus Änderungen im Brechungsindex des Linsenmaterials aufgrund von Umgebungsschwankungen (Temperaturänderungen) ergeben, korrigieren durch Änderungen der Beugungskraft des einzelnen optischen Elements 36b mit Hilfe des Variierens der Wellenlänge eines Halbleiterlasers 1.

20 zeigt die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg dieser Ausführungsform. 21 zeigt die Feldkrümmung in Nebenabtastrichtung vor und nach dem Temperaturanstieg dieser Ausführungsform. 22 zeigt die Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und die Abweichung der Bildhöhe bei dieser Ausführungsform. In jeder der 20 und 21 stellt die gepunktete Linie die Feldkrümmung bei Zimmertemperatur von 25°C dar, während die ausgezogene Linie die Feldkrümmung bei Temperaturanstiegen von 25°C bis 50°C veranschaulichen. In diesem Fall sind der Brechungsindex n* des ersten und des zweiten optischen Elements 36a und 36b sowie eine Wellenlänge &lgr;* der Lichtquelleneinrichtung 1 folgendermaßen eingestellt:

n* = 1,5212

&lgr;* = 786,4 nm.

Wie aus den 12 und 13 entnehmbar ist, werden die Fokusverschiebungen in passender Weise sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Nebenabtastrichtung korrigiert.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei dieser Ausführungsform das Beugungsgitter 38 mit Beugekräften aufgrund von Änderungen der Gitterkonstanten auf der ersten Fläche 36a1 des einzelnen optischen Elements 36a der jeweiligen optischen Flächen des die optische Abtasteinrichtung 36 bildenden optischen Elements gebildet. Durch diese Ausgestaltung wird eine kompakte optische Abtasteinrichtung geschaffen, die in passender Weise die optischen Kennwerte korrigieren kann durch asymmetrisches Ändern der Beugekräfte des optischen Beugungselements 38 in einer Ebene der optischen Oberfläche des Elements, auf der das optische Beugungselement 38 ausgebildet ist, ohne jegliche Symmetrieachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung, und durch asymmetrisches Ändern der Form der zweiten Fläche 36a2 von einer Stelle auf der Achse zu einer gegenüber der Achse versetzten Stelle bezüglich der optischen Achse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung, wobei die Abtasteinrichtung außerdem widerstandsfähig gegenüber von Fokusänderungen aufgrund Umgebungsschwankungen (Temperaturänderungen) und in der Lage ist, für einen hochauflösenden Druck mit Hilfe einer einfachen Anordnung zu sorgen.

23 ist eine Schnittansicht (Hauptabtastquerschnitt) des Hauptteils der vierten Ausführungsform der Erfindung bei Betrachtung in der Hauptabtastrichtung. Gleiche Bezugszeichen in 23 bezeichnen gleiche Teile wie in 2.

Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß die optische Abtasteinrichtung aus einem ersten optischen Element in Form eines brechenden Systems und einem zweiten optischen Element mit sowohl einem brechenden als auch einem beugenden System besteht, wobei das erste und das zweite optische Element in passende Formen gebracht sind. Die übrige Ausgestaltung sowie die damit einhergehenden optischen Effekte der vierten Ausführungsform sind nahezu die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so daß gleiche Wirkungsweisen erzielt werden.

Die optische Abtasteinrichtung 46 besitzt eine f&thgr;-Kennlinie und ein erstes optisches Element (f&thgr;-Linsensystem) 46a in Form eines brechenden Systems, ferner ein zweites optisches Element (f&thgr;-Linsensystem) 46b mit sowohl einem brechenden als auch einem beugenden System. Das erste optische Element 46a in Form eines brechenden Systems besteht aus einer sphärischen Linse mit positiver (konvexer) Brechkraft. Sowohl die erste Oberfläche (die Einfallfläche) 46a1 als auch die zweite Oberfläche (Austrittsfläche) 46a2 der Linse sind sphärische Flächen.

Sowohl eine erste Fläche (Einfallfläche) 46b1 als auch eine zweite Fläche (Austrittsfläche) 46b2 des zweiten optischen Elements 46b mit sowohl einem brechenden als auch einem beugenden System sind torische Flächen. Ein Beugungsgitter 48 ist auf der zweiten Fläche 46b2 gebildet, so daß die auf dem beugenden System beruhenden Beugekräfte unterschiedliche positive (konvexe) Beugekräfte in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung werden. Die Kräfte aufgrund dieser Beugung ändern sich asymmetrisch von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle fern von der Achse in bezug auf die Referenzachse, ohne jegliche Symmetrieachse sowohl in Hauptabtastrichtung als auch in Nebenabtastrichtung. Das zweite optische Element 46b besitzt Brechkräfte basierend auf den beugenden und brechenden Systemen sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung. Das erste und das zweite optische Element 46a und 46b bestehen aus Kunststoff. Die optische Abtasteinrichtung 46 besitzt eine Neigungskorrekturfunktion, implementiert durch Einstellen einer Ablenkfläche 5a und einer abgetasteten Fläche 7 in konjugierter Beziehung zueinander im Nebenabtastquerschnitt.

Tabelle 7 zeigt eine optische Konfiguration dieser Ausführungsform. Tabelle 8 zeigt die asphärischen Koeffizienten des brechenden Systems und die Phasenkoeffizienten des beugenden Systems.

Tabelle 7
Tabelle 8
Tabelle 8 (Fortsetzung)

24 zeigt, wie die Beugekraft des zweiten optischen Elements 46 dieser Ausführungsform sich in der Hauptabtastrichtung ändert. 25 zeigt, wie sich die Beugekraft in der Nebenabtastrichtung ändert. Bei dieser Ausführungsform ändern sich die Beugekräfte aufgrund der Beugung asymmetrisch ausgehend von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle abgerückt von der Achse in bezug auf die Referenzachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung. In der Nebenabtastrichtung erfüllen eine Kraft Po an einer Stelle auf der Achse und eine Kraft Py an einer Stelle abgerückt von der Achse beide in bezug auf die Referenzachse folgende Beziehung: Po > Py(1)

Wenn diese Kräfte die Ungleichung (1) nicht erfüllen, läßt sich die Feldkrümmung nur schwer korrigieren, und die Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung läßt sich nicht gleichförmig halten, so wie bei der ersten Ausführungsform der Fall ist.

Durch Ausbilden beider Flächen 46b1 und 46b2 des zweiten optischen Elements 46b als asphärische Fläche in der Hauptabtastrichtung erhöht sich außerdem der Entwurfs-Freiheitsgrad, so daß die optischen Kennwerte sich passend korrigieren lassen und man eine optische Abtasteinrichtung hoher Auflösung erhält, für die ein kleinerer Spot-Durchmesser erforderlich ist.

Darüber hinaus verschiebt sich in der optischen Abtasteinrichtung 46 dieser Ausführungsform der Fokus in Haupt- und in Nebenabtastrichtung, hervorgerufen durch Änderungen im Brechungsindex des Linsenmaterials bei Umgebungsänderungen, und diese Änderungen werden korrigiert durch Änderungen in der Beugekraft des zweiten optischen Elements 46b aufgrund von Änderungen in der Wellenlänge des Halbleiterlasers 1.

26 zeigt die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung vor und nach einem Temperaturanstieg dieser Ausführungsform. 27 zeigt die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung vor und nach dem Temperaturanstieg bei dieser Ausführungsform. 28 zeigt die Verzeichnung (f&thgr;-Kennlinie) und die Abweichung der Bildhöhe bei dieser Ausführungsform.

Bezugnehmend auf die beiden 26 und 27, repräsentiert die gestrichelte Linie die Feldkrümmung bei Zimmertemperatur von 25°C, die ausgezogene Linie bedeutet die Feldkrümmung bei einem Temperaturanstieg von 25°C auf 50°C. In diesem Fall sind ein Brechungsindex n* des ersten und des zweiten optischen Elements 46a, 46b und eine Wellenlänge &lgr;* der Lichtquelleneinrichtung 1 folgendermaßen eingestellt:

n* = 1,5212

&lgr;* = 786,4 nm.

Wie aus den 26 und 27 entnehmbar ist, werden die Fokusverschiebungen sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung passend korrigiert.

Wie oben beschrieben wurde, wird das Beugungsgitter 48 mit Brechkräften aufgrund von Änderungen in der Gitterkonstanten auf der zweiten Oberfläche 46b2 des zweiten optischen Elements 46b der jeweiligen optischen Flächen der die optische Abtasteinrichtung 46 bildenden optischen Elemente gebildet. Durch diese Ausgestaltung wird eine kompakte optische Abtasteinrichtung geschaffen, welche die optischen Kennwerte richtig korrigieren kann durch asymmetrisches Ändern der Beugekräfte des optischen Beugungselements 48 in einer Ebene des zweiten optischen Elements 46b, auf der das optische Beugungselement 48 gebildet ist, ohne jede Symmetrieachse sowohl in Haupt- als auch in Nebenabtastrichtung, wobei das Element widerstandsfähig ist gegenüber Fokusänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen (Temperaturänderungen), außerdem in der Lage ist, mit Hilfe einer einfachen Anordnung einen hochauflösenden Druck auszuführen.

Bei jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der von der Lichtquelleneinrichtung 1 abgegebene Lichtstrahl von dem optischen Wandlerelement 2 umgewandelt in einen im wesentlichen kollimierten Lichtstrahl. Allerdings läßt sich dieser Lichtstrahl in einen konvergierten Lichtstrahl umwandeln, um den Abstand zwischen der Ablenkfläche 5a des Ablenkers 5 und der abgetasteten Fläche 8 zu verringern.

Bei jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die optische Achse als Referenzachse gewählt. Da allerdings das Beugungsgitter beliebig auf einer Fläche des optischen Elements gebildet werden kann, kann man die Referenzachse auch an einer beliebigen Stelle verschieden von der optischen Achse einstellen.

Durch die vorliegende Erfindung wird, wie oben ausgeführt wurde, eine kompakte optische Abtasteinrichtung geschaffen, die in passender Weise die optischen Kennwerte (Feldkrümmung und dergleichen) korrigieren kann durch Ausbilden eines Beugungsgitters auf mindestens einer Oberfläche der optischen Fläche der optischen Elemente, die die optische Abtasteinrichtung bilden, und durch asymmetrisches Ändern der Beugekraft des Beugungsgitters in einer Ebene des optischen Elements, in der das Beugungsgitter ausgebildet ist, ohne jegliche Symmetrieachse in zumindest der Hauptabtastrichtung oder der Nebenabtastrichtung, wobei die Einrichtung widerstandsfähig ist gegenüber Fokusänderungen aufgrund von Umgebungsschwankungen (Temperaturänderungen), außerdem in der Lage ist, mit einer einfachen Anordnung einen hochauflösenden Druck zu liefern.

Außerdem wird erfindungsgemäß, wie oben ausgeführt wurde, eine kompakte optische Abtasteinrichtung geschaffen, die in passender Weise die optischen Kennwerte (Feldkrümmung und dergleichen) korrigieren kann durch Ausbilden eines Beugungsgitters auf mindestens einer Fläche der optischen Fläche der die optische Abtasteinrichtung bildenden optischen Elemente, indem die Gitterkonstante des Beugungsgitters innerhalb einer mit dem optischen Element, auf der das Beugungsgitter ausgebildet ist, bündigen Ebene asymmetrisch geändert wird, ohne jegliche Symmetrieachse in mindestens der Hauptabtastrichtung oder der Nebenabtastrichtung, und außerdem durch asymmetrisches Ändern der Form mindestens einer Oberfläche der optischen Flächen der die optische Abtasteinrichtung bildenden optischen Elemente von einer Stelle auf der Achse zu einer Stelle entfernt von der Achse in mindestens der Hauptabtastrichtung oder der Nebenabtastrichtung, wobei die Einrichtung widerstandsfähig ist gegenüber Fokusänderungen durch Umgebungsschwankungen (Temperaturänderungen), außerdem in der Lage ist, mit einer einfachen Anordnung einen hochauflösenden Druck zu liefern.


Anspruch[de]
Optische Abtastvorrichtung, umfassend:

eine Lichtquelleneinrichtung (1);

einen Polygonal-Drehspiegel (5) zum Ablenken eines von der Lichtquelleneinrichtung emittierten Lichtstrahles; und

eine optische Einrichtung (26, 36, 46) zum Erzeugen eines Spots des vom Polygonal-Drehspiegel abgelenkten Lichtstrahles auf einer abgetasteten Fläche (7);

wobei die optische Einrichtung versehen ist mit einem Brechungssystem positiver Brechkraft in Nebenabtastrichtung und einem Beugungssystem positiver Beugekraft in Nebenabtastrichtung, und

wobei die optische Einrichtung eine Neigungskorrekturfunktion hat, die implementiert ist durch Einstellen einer Ablenkfläche (5a) des Polygonal-Drehspiegels und der abgetasteten Fläche (7) konjugiert zueinander innerhalb eines Nebenabtast-Querschnitts, und wobei ein von der Lichtquelleneinrichtung emittierter Lichtstrahl auf den Polygonal-Drehspiegel in einer Abtastebene schief einfällt,

das Brechungssystem und das Beugungssystem aus Kunststoffmaterial hergestellt sind, und

das Beugungssystem ein Beugungsgitter (28, 38, 48) hat,

dadurch gekennzeichnet, dass

sich die Beugekraft des Beugungsgitters (28, 38, 48) des Beugungssystems in Nebenabtastrichtung asymmetrisch ändert längs der Hauptabtastrichtung von einer axialen Position aus zu einer außeraxialen Position;

sich die Brechkraft des Brechungssystems in Nebenabtastrichtung asymmetrisch ändert längs der Hauptabtastrichtung von einer axialen Position aus zu einer außeraxialen Position; und

die Beugekraft des Beugungsgitters (28, 38, 48) des Beugungssystems in Nebenabtastrichtung die Bedingung erfüllt

Po > Py,

worin Po die Beugekraft in der axialen Position und Py die Beugekraft in der außeraxialen Position bedeuten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der

die optische Einrichtung versehen ist mit einem Brechungssystem positiver Brechkraft in Hauptabtastrichtung und einem Beugungssystem positiver Beugekraft in Hauptabtastrichtung, wobei

sich die Beugekraft des Beugungsgitters (28, 38, 48) des Beugungssystems in Hauptabtastrichtung asymmetrisch ändert längs der Hauptabtastrichtung von einer axialen Position aus zu einer außeraxialen Position, und

wobei sich die Brechkraft des Brechungssystems in Hauptabtastrichtung asymmetrisch ändert längs der Hauptabtastrichtung von einer axialen Position aus zu einer außeraxialen Position.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die optische Einrichtung (26, 36, 46) in Hauptabtastrichtung und/oder Nebenabtastrichtung eine Fokus-Verschiebung, wie diese verursacht wird durch eine Änderung im Brechungsindex eines Linsenmaterials infolge einer Umgebungsänderung in der Vorrichtung, korrigiert unter Verwendung einer Beugekraftänderung, wie diese verursacht wird durch eine Wellenlängenänderung in der Lichtquelleneinrichtung. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der optischen Einrichtung das Beugungsgitter erzeugt ist auf wenigstens einer brechenden Fläche, die gebildet ist durch eine asymmetrisch geformte optische Fläche. Bilderzeugungsapparatur, umfassend:

eine optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und eine lichtempfindliche Trommeloberfläche als abzutastende Fläche.






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