DE19703601A1 - Abtastvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung, die z. B. in einem Laserstrahldrucker zum Erzeugen einer Abtastbewegung eines Lichtstrahls verwendet wird.

Eine bekannte Abtastvorrichtung enthält eine Strahlungsquel­ le, wie z. B. einen Halbleiter-Laser, einen Polygonspiegel zum Ablenken eines von der Strahlungsquelle abgestrahlten Laser­ strahls, sowie ein fθ-Objektiv, das den Laserstrahl auf einer Abbildungsfläche bündelt, wie z. B. auf einer fotoleitenden Trommel, um einen Strahlpunkt zu erzeugen, der eine Abtastbe­ wegung ausführt. Im optischen Weg zwischen der Strahlungs­ quelle und dem Polygonspiegel ist weiterhin ein Zylinderob­ jektiv angeordnet, um eine lineare Abbildung in der Umgebung der Spiegelflächen des Polygonspiegels zu erzeugen.

Bisher wird das Zylinderobjektiv zum Kompensieren von Form­ fehlern des Strahlpunktes aufgrund einer Fehlausrichtung ei­ ner Linse im optischen System verwendet. Demgemäß ist das Zylinderobjektiv in der bekannten Abtastvorrichtung, z. B. in einer Nebenabtastrichtung verstellbar und kann auch um die optische Achse drehbar sein. Die Form des Strahlpunktes wird während der Montage nahe der Abbildungsfläche gemessen. Diese Messung und eine Justierung werden wiederholt, bis die gemes­ sene Form des Strahlpunktes ausreichend ist.

Außerdem sollte eine Biegung der Abtastzeile in der Nebenab­ tastrichtung (d. h. die Abtastzeile ist eine Kurve) in einer Abtastvorrichtung mit relativ hoher Auflösung ebenfalls kom­ pensiert werden. Da die Biegung der Abtastzeile aufgrund der Fehlausrichtung einer Linse in Nebenabtastrichtung auftritt, kann sie durch Einstellen des Zylinderobjektivs in der Neben­ abtastrichtung kompensiert werden. Obwohl die Verschiebung des Zylinderobjektivs die Biegung der Abtastzeile kompensie­ ren könnte, wird auch die Form des Strahlpunktes durch die Bewegung des Zylinderobjektivs verändert, und die verursachte Veränderung der Form ist größer als die Kompensation der Bie­ gung der Abtastzeile.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Abtastvorrichtung anzuge­ ben, die eine leichte Einstellung sowohl der Strahlform als auch der Biegung der Abtastzeile gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch eine Abtastvorrichtung mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung enthält die Abtastvorrichtung mindestens eine Strahlungsquelle zum Abstrahlen eines Strahls, eine Ab­ lenkeinheit zum Ablenken des Strahls, ein Abtastobjektiv zum Bündeln des abgelenkten Strahls auf einer Abbildungsfläche und eine Einheit zum Einstellen der relativen Lage in der Nebenabtastrichtung mindestens einer Linse des Abtastobjek­ tivs bezogen auf die anderen Linsen des Abtastobjektivs.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Abtast­ vorrichtung zusätzlich ein im optischen Weg zwischen der Strahlungsquelle und der Ablenkeinheit angeordnetes Abbil­ dungsobjektiv zum Erzeugen einer linearen Abbildung in Ne­ benabtastrichtung. Das Abbildungsobjektiv enthält z. B. eine Zylinderlinse. In diesem Fall kann die optische Abtastvor­ richtung auch eine Einheit zum Einstellen der Lage dieses Objektivs in Nebenabtastrichtung haben.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist min­ destens eine Linse des Abtastobjektivs in einer Lagerung ein­ stellbar gelagert. Vorzugsweise hat diese Linse des Abtastob­ jektivs eine anamorphotische Oberfläche mit einer größeren Brechkraft in Nebenabtastrichtung als in Hauptabtastrich­ tung. Die betreffende Linse des Abtastobjektivs kann auch die betragsmäßig größte Brechkraft der Linsen im Abtastobjektiv haben. Weiterhin kann die betreffende Linse des Abtastobjek­ tivs die Linse mit dem betragsmäßig kleinsten Krümmungsradius im Abtastobjektiv sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer optischen Abtastvor­ richtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die optische Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1 in der Hauptabtastrichtung,

Fig. 3 eine Schnittansicht der optischen Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1 in der Nebenabtastrichtung,

Fig. 4 den optischen Aufbau der optischen Abtastvorrich­ tung gemäß Fig. 1 in der Hauptabtastrichtung,

Fig. 5 eine Seitenansicht der optischen Abtastvorrichtung während des Einstellvorgangs,

Fig. 6 eine räumliche Ansicht eines fθ-Objektivs, wobei die entstehende Abbildungsebene gezeigt ist,

Fig. 7 eine Darstellung von Strahlformfehlern,

Fig. 8 eine Darstellung eines Beispiels für eine gekrümmte Abtastbewegung,

Fig. 9 eine räumliche Ansicht einer Vorrichtung zur linea­ ren Einstellung einer speziellen Linse im fθ-Objek­ tiv, und

Fig. 10 eine räumliche Ansicht einer Vorrichtung zur Dre­ hung und linearen Ausrichtung eines Zylinderobjek­ tivs.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel betrifft eine optische Mehrstrahl-Abtastvorrichtung, die eine Abtastbewegung mehre­ rer Laserstrahlen über einen vorgegebenen Winkel durchführt, wobei acht Abtastzeilen pro Abtastbewegung auf einer Oberflä­ che erzeugt werden, zum Beispiel auf der Oberfläche eines fotoleitenden Elementes. Unter dem Begriff "Licht" ist im folgenden ein Strahlungsspektrum zu verstehen, das im sicht­ baren und im unsichtbaren Bereich liegt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, enthält die Abtastvorrich­ tung eine Lichtübertragungseinheit 100, einen Polygonspiegel 180 und ein fθ-Linsensystem 190 (Abtastoptik). Im Betrieb werden acht Laserstrahlen von der Lichtübertragungseinheit 100 abgestrahlt, vom Polygonspiegel abgelenkt (abtastend) und durch das fθ-Linsensystem 190 geleitet, um acht Abtastzeilen auf einer fotoleitenden Oberfläche zu erzeugen, zum Beispiel auf einer Fotoleitertrommel 210.

In dieser Beschreibung ist eine "Hauptabtastrichtung" als ei­ ne Richtung definiert, in welcher ein Laserstrahl eine Ab­ tastbewegung über die Oberfläche eines fotoleitenden Elements ausführt, und eine "Nebenabtastrichtung" ist eine Richtung, in welcher das fotoleitende Element bewegt oder gedreht wird, um es für eine folgende Hauptabtastbewegung zu positionieren. Die Hauptabtastrichtung und die Nebenabtastrichtung sind senkrecht zueinander, und beide sind senkrecht zur optischen Achse der die Laserstrahlen übertragenden Linsen. Da ein La­ serstrahl gewöhnlich mehrere Male bei der Übertragung von der Lichtquelle zu einem fotoleitenden Element reflektiert oder "gefaltet" wird, sind die Hauptabtastrichtung und die Neben­ abtastrichtung nicht absolut, sondern bezogen auf die opti­ sche Achse an einem speziellen Punkt des optischen Weges.

In dieser Beschreibung ist in der Fig. 1 bis 4 ein XYZ-Koor­ dinatensystem definiert. Die X-Achse ist eine Achse parallel zur optischen Achse des fθ-Linsensystem 190, und die Y- und die Z-Achsen liegen rechtwinklig zueinander in der Ebene senkrecht zur X-Achse. Die Y-Achse liegt parallel zur Hauptabtastrichtung, und die Z-Achse liegt parallel zur Ne­ benabtastrichtung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Abtastvorrichtung weiter­ hin ein offenes Gehäuse 1. Im Betriebszustand ist die obere Öffnung des Gehäuses 1 durch einen Gehäusedeckel 2 verschlos­ sen.

Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält die Lichtübertragungseinheit 100 acht Halbleiterlaser 101 bis 108, acht Laserblöcke 310a bis 310h (jeder auf einem Träger 300 befestigt), die jeweils einem der Laser 101 bis 108 zugeordnet sind, acht optische Lichtwellenleiter (z. B. Lichtleitfaserbündel) 121 bis 128 aus Hartglas (Silikaglas), die jeweils einem der Laser 101 bis 108 zugeordnet sind, und einen Lichtwellenleiter-Ausricht­ block 130. Jeder Laser 101 bis 108 ist in dem zugehörigen Laserblock 310a bis 310h so befestigt, daß sein Laserstrahl in den jeweils zugehörigen Lichtwellenleiter 121 bis 138 ein­ tritt. Außerdem werden die Eintrittsendabschnitte der opti­ schen Lichtwellenleiter 121 bis 128 von Lichtwellenleiter- Halteelementen 319a bis 319h an den jeweiligen Laserblöcken 310a bis 310h festgehalten. Der Lichtwellenleiter-Ausricht­ block 130 hält die Austrittsendabschnitte der optischen Lichtwellenleiter 121 bis 128 zum Ausrichten derart, daß acht Punktlichtquellen auf einer Geraden erzeugt werden.

Ein vom Lichtwellenleiter-Ausrichtblock 130 abgestrahltes di­ vergierendes Lichtbündel wird mit Hilfe einer Sammellinse 140 gebündelt, die durch einen zylindrischen Sammellinsentubus 340 gehalten wird, und durch eine Blende 142 hindurchgerich­ tet. Die Blende 142 hat eine rechteckige Durchtrittsöffnung, die in der Hauptabtastrichtung länger ist und in der Hauptab­ tastrichtung und der Nebenabtastrichtung das aus der Sammel­ linse 140 austretende Lichtbündel begrenzt.

Das durch die Blende 142 hindurchtretende Lichtbündel wird auf einen Strahlteiler 144 gerichtet. Der Strahlteiler 144 teilt die Strahlung in einen Steuerstrahl und in einen Haupt­ strahl, der reflektiert wird. Die Durchlässigkeit des Strahl­ teilers 144 (d. h. die Menge des als Steuerstrahl hindurchge­ lassenen Lichtes) beträgt zum Beispiel zwischen 5 und 10 Pro­ zent als Mittelwert des S-polarisierten Lichtes und des P- polarisierten Lichtes.

Der Steuerstrahl wird in ein automatisches Leistungssteue­ rungs-Sensorsystem (ALS-Sensorsystem) 150 gerichtet. Dieses enthält eine Sammellinse 151 zum Bündeln des Steuerstrahls, einen Polarisationsstrahlteiler 153, der den Steuerstrahl in zwei linear polarisierte Komponenten aufteilt, die orthogonal zueinander sind, einen ersten ALS-Lichtsensor 155 und einen zweiten ALS-Lichtsensor 157.

Der erste und der zweite ALS-Lichtsensor 155 und 157 erfassen die Lichtenergie der entsprechenden linearen Polarisations­ komponente, und die Ausgangssignale der Lichtsensoren 155 und 157 werden für eine Regelung der Ausgangsleistung der Halb­ leiterlaser 101 bis 108 genutzt.

Der am Strahlteiler 144 reflektierte Hauptstrahl tritt durch ein dynamisches Prisma 160 hindurch. Das dynamische Prisma 160 ist in Richtung einer zur optischen Achse rechtwinkligen Achse drehbar gelagert, um die Lage des Auftreffpunktes in der Nebenabtastrichtung auf der Bildebene zu steuern. Das dynamische Prisma 160 ist vorzugsweise ein Keilprisma, das um die Hauptabtastrichtung drehbar gelagert ist, um den Haupt­ strahl in Richtung der Nebenabtastrichtung abzulenken. Das dynamische Prisma 160 berichtigt Änderungen der Lage der Bildpunkte (in der Nebenabtastrichtung) auf der Abtastebene, welche durch Neigungsfehler der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 180 und/oder durch eine ungleichmäßige Dre­ hung der Fotoleitertrommel 210 entstehen (vgl. Fig. 3 und die später folgenden Erläuterungen).

Der durch das dynamische Prisma 160 hindurchtretende Haupt­ strahl bildet mit Hilfe einer Zylinderlinse 170 ein lineares Bild in der Umgebung der Spiegeloberfläche des Polygonspie­ gels 180. Die Zylinderlinse 170 hat nur in der Nebenabta­ strichtung eine positive Brechkraft. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, wird die Zylinderlinse 170 durch einen zylindrischen Linsentubus 361 gehalten und besteht aus zwei Linsen 171, 173 mit positiver bzw. negativer Brechkraft in der Nebenabta­ strichtung.

Der Polygonspiegel 180 wird, wie in Fig. 3 gezeigt, durch ei­ nen Spiegelmotor 371 angetrieben (befestigt im Gehäuse 1) und rotiert im Uhrzeigersinn in der Darstellung der Fig. 2 (dargestellt durch einen Pfeil). Außerdem ist der Poly­ gonspiegel 180, wie in Fig. 1 gezeigt, von der Umgebung durch eine haubenartige Polygonabdeckung 373 getrennt, um Drehge­ räusche zu dämpfen und um Beschädigungen der Spiegeloberflä­ che durch Staub oder Schmutz in der Luft zu vermeiden.

Eine Lichtweg-Durchtrittsöffnung 373e befindet sich an der Seite der Polygonabdeckung 373, und ein Abdeckglas 375 ist in die Lichtweg-Durchtrittsöffnung 373e eingepaßt. Der durch die Zylinderlinse 170 hindurchtretende Hauptstrahl tritt in die Polygonabdeckung 373 durch das Abdeckglas 375 ein, wird durch den Polygonspiegel 180 abgelenkt und nach außen gerichtet, wobei er wieder durch das Abdeckglas 375 hindurchtritt. Auf der Oberseite des Polygonspiegels 180 ist weiterhin ein Kenn­ zeichen M befestigt oder einmarkiert, und ein Sensorblock 376 an der Oberseite der Polygonabdeckung 373 enthält einen Sen­ sor zum Erfassen des Kennzeichens M.

Ein Polygonspiegel kann Flächenfehler (Formfehler) auf den reflektierenden Flächen haben, die während der Herstellung entstanden sind. Diese Herstellungsfehler sind meist für die verschiedenen reflektierenden Flächen unterschiedlich (d. h. für die Seiten des Polygonspiegels). Um diese Flächenfehler auszugleichen, kann der Fehlerbetrag jeder Fläche des Poly­ gonspiegels 180 gemessen und in einem Speicher (nicht darge­ stellt) während der Herstellung der Abtastvorrichtung gespei­ chert werden. Durch Unterscheiden, welche Reflexionsfläche des Polygonspiegels 180 gerade für die Abtastbewegung verwen­ det wird, zum Beispiel mit dem Ausgangssignal des Sensors im Sensorblock 376, kann zumindest die Strahlposition und die Strahlintensität abhängig von dem Fehlerbetrag korrigiert werden, welcher jeder reflektierenden Fläche des Polygonspie­ gels 180 eigen ist.

Wie in Fig. 3 gezeigt, tritt der am den Polygonspiegel 180 reflektierte Hauptstrahl durch das fθ-Linsensystem 190 hin­ durch (ein optisches System zur Bilderzeugung) und wird an einem Faltungsspiegel 200 zur Fotoleitertrommel 210 reflek­ tiert, wobei acht Strahlpunkte entstehen. Die Strahlpunkte führen eine Abtastbewegung gemäß der Drehung des Polygonspie­ gel 180 aus, wobei acht Abtastzeilen pro Abtastbewegung auf der Fotoleitertrommel 210 entstehen. Die Fotoleitertrommel 210 wird angetrieben und rotiert in der Richtung eines Pfei­ les R synchron mit der Abtastbewegung der Strahlpunkte, um ein elektrostatisches latentes Bild auf der Fotoleitertrommel 210 zu erzeugen. Das latente Bild wird dann mit Hilfe eines bekannten elektrofotografischen Verfahrens entwickelt und auf ein Papierblatt (nicht dargestellt) übertragen.

Das fθ-Linsensystem 190 enthält eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Linse 191, 193, 194, 197, die in die­ ser Reihenfolge von der dem Polygonspiegel 180 zugewandten Seite zu der dem Faltungsspiegel 200 zugewandten Seite nega­ tive, positive, positive und negative Brechkraft sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der Nebenabtastrichtung haben. Sie sind auf einem Linsenträger 380 angeordnet. Ihre Kombination in dem fθ-Linsensystem 190 bewirkt, daß der Lichtstrahl, der als Bild eine lineare Form in der Nebenabta­ strichtung auf dem Polygonspiegel 180 hatte, auf der Foto­ leitertrommel 210 als Bild eine elliptische Form hat.

Die erste Linse 191 des fθ-Linsensystem 190 ist eine negative Linse mit einer konkaven sphärischen Oberfläche auf der dem Polygonspiegel 180 zugewandten Seite und einer zylindrischen Oberfläche mit negativer Brechkraft nur in der Nebenabta­ strichtung auf der dem Faltungsspiegel 200 zugewandten Seite. Die Oberflächen der Linse sind so entworfen, daß die erste Linse 191 eine vergleichsweise große negative (d. h. größere negative) Brechkraft in der Nebenabtastrichtung und eine ver­ gleichsweise geringe negative Brechkraft in der Hauptabta­ strichtung hat.

Die zweite Linse 193 des fθ-Linsensystem 190 ist eine menis­ kusförmige torische Linse mit einer konvexen sphärischen Oberfläche auf der dem Polygonspiegel 180 zugewandten Seite und einer konvexen torischen Oberfläche auf der dem Faltungs­ spiegel 200 zugewandten Seite. Die Oberflächen der Linse sind so gestaltet, daß die zweite Linse 193 eine vergleichsweise große positive (d. h. größere positive) Brechkraft in der Ne­ benabtastrichtung und eine vergleichsweise kleine positive Brechkraft in der Hauptabtastrichtung hat.

Die dritte Linse 195 ist eine positive Meniskuslinse mit zwei sphärischen Oberflächen.

Die vierte Linse 197 ist eine negative Meniskuslinse mit zwei sphärischen Oberflächen.

Der durch das fθ-Linsensystem 190 übertragene Hauptlichtfluß wird durch ein Synchronisations-Sensorsystem 220 bei jeder Abtastbewegung erfaßt (d. h. für jede Fläche des Polygonspie­ gels 180). Das Synchronisations-Sensorsystem 220 ist im opti­ schen Weg zwischen der vierten Linse 197 des fθ-Linsensystems 190 und dem Faltungsspiegel 200 angeordnet. Das Synchronisa­ tions-Sensorsystem 220 enthält einen ersten, einen zweiten und einen dritten Spiegel 221, 223, 225 und einen Synchroni­ sations-Lichtsensor 230, der die an den Spiegeln 221, 223, 225 reflektierte Strahlen empfängt. Der erste Spiegel 221 ist im optischen Weg vom Polygonspiegel 180 zum Faltungsspiegel 200 an einem Rand des Hauptabtastbereichs angeordnet, jedoch außerhalb des vorgegebenen Bilderzeugungsbereichs (nicht dar­ gestellt). Der zweite und der dritte Spiegel 223 und 225 sind außerhalb des optischen Weges auf der dem ersten Spiegel 221 abgewandten Seite angeordnet. Der Synchronisations-Lichtsen­ sor 230 ist in einer Position angeordnet, die der Position auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 210 optisch äquiva­ lent ist, auf der die Abtastung erfolgt. Somit werden die acht Lichtstrahlen bei jeder Hauptabtastbewegung nacheinander am ersten, zweiten und dritten Spiegel 221, 223, 225 reflek­ tiert und treffen auf den Synchronisations-Lichtsensor 230. Ein Ausgangssignal oder Ausgangssignale des Synchronisations- Lichtsensors 230 werden dann zur Synchronisation der Übertra­ gung der Bilddaten für eine Abtastbewegung von einer Steuer­ schaltung (nicht dargestellt) zum Ansteuern der Halbleiterla­ ser 101 bis 108 mit den Bilddaten verwendet.

Eine Abbildungsöffnung 11 im Gehäuse 1 ermöglicht, den am Faltungsspiegel 200 reflektierten Hauptstrahl (einschließlich der acht einzelnen Lichtstrahlen) zur Fotoleitertrommel 210 zu übertragen. Ein Abdeckglas 201 ist an der Abbildungsöff­ nung 11 befestigt.

Eine Inspektionsöffnung 12 ist hinter dem Faltungsspiegel 200 angeordnet. Diese wird beim Einstellen der optischen Elemente verwendet, nachdem (ausschließlich des Faltungsspiegels 200) sie montiert sind. Wie in Fig. 3 gezeigt ist die Inspektions­ öffnung 12 durch eine Abdeckplatte 13 beim normalen Gebrauch abgedeckt.

Die Justierung der optischen Abtastvorrichtung wird nun im einzelnen erläutert. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist an der unte­ ren Seite des Gehäuses 1 eine Abbildungsöffnung 11 und in der Seitenwand des Gehäuses 1 eine Inspektionsöffnung 12 angeord­ net. Im Betriebszustand wird der aus dem fθ-Linsensystem 190 (das bilderzeugende Objektiv) austretende Strahl am Faltungs­ spiegel 200 reflektiert und tritt anschließend durch die Ab­ bildungsöffnung 11 hindurch, um auf die Oberfläche der Foto­ leitertrommel 210 (die Abbildungsebene) zu treffen. Die Ab­ bildungsöffnung 11 ist rechteckig und größer als der Abtastbe­ reich, so daß der vom Faltungsspiegel 200 kommende Strahl zur Fotoleitertrommel 210 hindurchtreten kann.

Während des Einstellvorgangs wird der Faltungsspiegel 200 aus dem Gehäuse 1 entfernt, so daß der Strahl die Inspektionsöff­ nung 12 erreicht. Die Inspektionsöffnung 12 ist ebenfalls rechteckig und größer als der Abtastbereich. Die Inspektions­ öffnung ist auf der Höhe der optischen Achse des fθ-Linsensy­ stems 190 angeordnet, so daß, wenn der Faltungsspiegel 200 entfernt ist, der vom fθ-Linsensystem 190 kommende Strahl durch die Inspektionsöffnung 12 hindurchtritt. Wie bereits erwähnt, hat die Inspektionsöffnung 12 eine Abdeckplatte 13, welche die Inspektionsöffnung 12 verschließt, wenn diese nicht in Gebrauch ist, um Staub vom Innern des Gehäuses 1 entfernt zu halten. Vorzugsweise wird die Abdeckplatte 13 an das Gehäuse 1 angeschraubt, um ein ungewolltes Lösen zu verhindern.

Fig. 5 zeigt die für den Einstellvorgang vorbereitete opti­ sche Abtastvorrichtung. Während des Einstellvorgangs befindet sich die optische Abtastvorrichtung auf einem Basisrahmen 410. Der Basisrahmen 410 hat Auflageelemente 411 zum horizon­ talen Lagern des Gehäuses 1. Die Abdeckplatte 13 ist ent­ fernt, so daß der durch das fθ-Linsensystem 190 übertragene Laserstrahl durch die Inspektionsöffnung 12 parallel zur ho­ rizontalen Ebene des Gehäuses 1 hindurchtritt.

Der Basisrahmen 410 hat eine Meßeinheit 400 zum Messen des Strahldurchmesser des Laserstrahls. Die Meßeinheit 400 ist in Richtung der optischen Achse des aus der Inspektionsöffnung 12 austretenden Strahls angeordnet und enthält eine Lichtemp­ fangsfläche, die den austretenden Strahl empfängt.

Zum Lagern der Meßeinheit 400 hat der Basisrahmen 410 einen Sockel 420, der eine am Basisrahmen 410 befestigte Platte ist, ein Paar Leitschienen 422, die in der Hauptabtastrich­ tung (Y-Richtung, Richtung senkrecht zur Papieroberfläche in Fig. 5) verlaufen und die auf dem Sockel 420 angeordnet sind, bewegliche Kufen 423, die jede Leitschiene umfassen, und eine Auflage 425, die an den Kufen 423 befestigt ist. Weiterhin sind auf der Auflage 425 Leitschienen 426 ausgebildet, die in Richtung der optischen Achse (X-Richtung) verlaufen, und be­ wegliche Kufen 427 umfassen die Leitschienen 426. An den Kufen 427 ist eine Halteplatte 430 befestigt, welche die Meß­ einheit 400 trägt. Die Meßeinheit 400 ist somit sowohl in Hauptabtastrichtung (Y-Richtung) als auch in Nebenabtastrich­ tung (X-Richtung) bewegbar.

Die Feinjustierung der optischen Abtastvorrichtung mit der Inspektionsöffnung 12 wird nun anhand der Fig. 6 erläutert. Beim Herstellen einer optischen Abtastvorrichtung wird diese zuerst montiert und danach wird die Feinjustierung der Ele­ mente der optischen Abtastvorrichtung durch Messen der Nei­ gung, Krümmung u. a. Kenngrößen der Abbildungsebene durchge­ führt.

Während dieses Vorgangs wird der Polygonspiegel 180 angehal­ ten, und ein einzelner Halbleiter-Laser 101 bis 108 (vgl. z. B. Fig. 1) wird zum Erzeugen eines Laserstrahls verwendet. Der Laserstrahl tritt durch die Inspektionsöffnung 12 aus und bildet einen stationären Strahlpunkt auf einer stationären Abbildungsebene F, wie in Fig. 6 gezeigt.

Die Größe des Strahlpunktes wird an verschiedenen Positionen auf der optischen Achse (X-Richtung) mit der Meßeinheit 400 gemessen. Die Position an der die Größe des Strahlpunktes minimal ist, entspricht der Strahlbrennpunktposition bzw. der Abbildungsposition. Eine gleichartige Messung der Abbildungs­ positionen wird auch für verschiedene Positionen in der Hauptabtastrichtung (an einem mittleren Meßpunkt A sowie an Meßpunkten B und C am Rand des Abtastbereichs, vgl. Fig. 6) durchgeführt, und die Neigung oder Krümmung der Abbildungs­ ebene wird auf der Basis der aufgenommenen Daten berechnet.

Somit wird für das Beispiel der Fig. 6, bei dem eine Abbil­ dungsposition, die am Meßpunkt B liegen sollte, an einem Meß­ punkt B′ liegt, und eine Abbildungsposition, die am Meßpunkt C liegen sollte, an einem Meßpunkt C′ liegt, ermittelt, daß die Abbildungsebene F in der Richtung eines Pfeils D geneigt bzw. gedreht ist. In diesem Fall werden die Einstellung der Neigung einer geeigneten Linse im fθ-Linsensystem 190 und andere Feineinstellungen solange durchgeführt, bis die Ab­ bildungspositionen an den Meßpunkten B′ bzw. C′ zu den Meß­ punkten B bzw. C verschoben sind.

Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen Darstellungen mit Beispielen für Strahlformfehler. Wie in Fig. 7(a) gezeigt, ist die Strahlform manchmal so deformiert, daß eine zur Z-Richtung symmetrische, geneigte Ovalform an den Meßpunkten B und C in der Hauptabtastrichtung auftritt.

Dieses Phänomen kann durch eine Lageverschiebung einer Linse der optischen Abtastvorrichtung in Nebenabtastrichtung (Z- Richtung) korrigiert werden. Da das Zylinderobjektiv 170 im Ausführungsbeispiel klein und deshalb einfacher zu bewegen ist, ist es in Nebenabtastrichtung (Z-Richtung) linear ver­ stellbar.

Wie in Fig. 7(b) gezeigt, ist die Strahlform manchmal auch so verformt, daß die ovalen Strahlpunkte in der gleichen Rich­ tung an den Meßpunkten A, B und C in Bezug auf die Hauptabta­ strichtung geneigt sind. Dieses Phänomen kann durch die Dre­ hung einer torischen Linse oder einer anamorphotischen Linse um die optische Achse des optischen Abtastsystems korrigiert werden. Da das Zylinderobjektiv 170 in diesem Fall ebenfalls einfach zu verstellen ist, ist es um seine Achse beim Justie­ ren drehbar.

Wie in Fig. 8 gezeigt, verschiebt sich der Strahlpunkt manch­ mal in der Nebenabtastrichtung an den Meßpunkten B und C der Hauptabtastrichtung, d. h. die Abtastzeile ist gekrümmt, wie durch eine Strichpunktlinie in Fig. 8 gezeigt. Dieses Phäno­ men (ein sogenannter "Bogen") wir durch eine Lageverschiebung einer Linse der optischen Abtastvorrichtung in Nebenabta­ strichtung (Z-Richtung) korrigiert.

Dabei hat jedoch eine Verschiebung des Zylinderobjektivs 170 auch eine Veränderung der Strahlform zur Folge, wobei aber die Veränderung der Strahlform aufgrund der Bewegung des Zy­ linderobjektivs 170 größer als die Veränderung der Krümmung (Bogen) der Abtastzeile ist.

Im Ausführungsbeispiel wird die Krümmung der Abtastzeile da­ durch korrigiert, daß eine der vier fθ-Linsen (die erste Linse 191, die zweite Linse 193, die dritte Linse 195 oder die vierte Linse 197) des fθ-Linsensystems 190 in Nebenabta­ strichtung (Z-Richtung) bewegt wird.

Bei den fθ-Linsen ruft die lineare Justierung der Linse mit der größten Brechkraft in Nebenabtastrichtung die größte Ver­ änderung in der Abtastzeile für eine vorgegeben Größe der linearen Einstellung der Linse hervor. Die verstellbare Linse sollte (1) eine Linse mit einer anamorphotischen Oberfläche sein, wobei die Krümmung in der Nebenabtastrichtung größer als in der Hauptabtastrichtung ist, (2) die Linse mit der größten Brechkraft oder (3) die Linse mit dem Krümmungsradius sein, der den kleinsten Absolutwert hat. Auch (4) die Linse mit dem größten Abstand zur Abtastfläche, d. h. die Linse mit dem geringsten Abstand zum Polygonspiegel 180, kann als ver­ stellbare Linse verwendet werden. Das letzte Kriterium (4) wird bevorzugt, da die Größe der linearen Einstellung für diese Linse besser berechenbar ist, als für die anderen Lin­ sen.

Im Ausführungsbeispiel ist jedoch die zweite Linse 193 des fθ-Linsensystems 190 die justierbare Linse.

Fig. 9 zeigt eine räumliche Ansicht der zweiten Linse 193 und deren Befestigung. Die Enden der zweiten Linse 193 in Hauptabtastrichtung (Längsrichtung) werden in einem Anker­ block 381 gelagert. Der Ankerblock 381 enthält zwei laterale Abschnitte 382, welche die Längsenden der zweiten Linse 193 halten, um eine Bewegung dieser Linse in Richtung der opti­ schen Achse zu verhindern. Der Ankerblock 381 enthält weiter­ hin eine Basis 383, die entlang der unteren Seite der zweiten Linse 193 verläuft.

Der Ankerblock 381 wird auf dem Linsenträger 380 mit zwei Winkeln 385 gelagert. Jeder Winkel 385 hat einen horizontalen Abschnitt 386 und einen vertikalen Abschnitt 387. Der hori­ zontale Abschnitt 386 ist mit einer Schraube 386b am Linsen­ träger 380 angeschraubt.

Der vertikale Abschnitt 387 der Winkel 385 hat auf der dem Ankerblock 381 zugewandten Seite eine Führungsaussparung 387c, die vertikal (in Nebenabtastrichtung) absteht. An jeder Seite des Ankerblocks 381 ist ein Führungsvorsprung 382a aus­ gebildet, der mit der entsprechenden Führungsaussparung 387c in Eingriff steht. Durch das Ineingriffstehen der Führungs­ vorsprünge 382a und der Führungsaussparungen 387c ist der Ankerblock 381 nur in vertikaler Richtung (Nebenabtast­ richtung, Z-Richtung) beweglich. Der vertikale Abschnitt 387 der Winkel 385 hat ein Langloch 387a, das in vertikaler Richtung verläuft, und der Ankerblock 381 hat ein Gewindeloch (nicht dargestellt), so daß der Ankerblock 381 an den Winkeln 385 mit einer Ankerschraube 387b befestigt werden kann, wobei die Ankerschraube 387b durch das Langloch 387a hindurch in das Gewindeloch im Ankerblock 381 eingeschraubt wird. Die Langlöcher 387a sind lang genug, um die Justierung des Ankerblocks 381 in vertikaler Richtung (Nebenabtastrichtung, Z-Richtung) zu ermöglichen.

Mit dieser Anordnung kann der Ankerblock 381 linear in der vertikalen Richtung (Nebenabtastrichtung, Z-Richtung) durch Lösen der Ankerschrauben 387b justiert werden.

Bei der obigen Konstruktion wird die Krümmung (Bogen) der Abtastzeile durch verschieben der zweiten Linse 193 in Neben­ abtastrichtung (Z-Richtung) korrigiert. Wenn die Verschiebung der zweiten Linse 193 eine Änderung der Strahlform zur Folge hat, wird außerdem die Strahlform durch eine Positionsver­ schiebung des Zylinderobjektivs 170 korrigiert.

Im Ausführungsbeispiel ist die zweite Linse 193 des fθ-Lin­ sensystems 190 linear justierbar, jedoch könnte auch die erste Linse 191, die dritte Linse 195 oder die vierte Linse 197 eine gleichartige Anordnung wie die zweite Linse 193 haben und linear justierbar sein.

Anhand der Fig. 10 wird nun eine Anordnung erläutert, die die lineare Einstellung und die Winkeleinstellung des Zylinderob­ jektivs 170 ermöglicht.

Fig. 10 zeigt eine Halteeinheit 360 für das Zylinderobjektiv 170. Die Halteeinheit 360 enthält ein Zylinderelement 361, einen Gleitblock 363 und zwei Winkel 365.

Das Zylinderobjektiv 170 enthält eine erste Linse 171 mit positiver Krümmung und eine zweite Linse 173 mit negativer Krümmung. Die erste Linse 171 und die zweite Linse 173 werden im Zylinderelement 361 gehalten. Das Zylinderelement 361 ist als Zylinder um die optische Achse der ersten Linse 171 und der zweiten Linse 173 ausgebildet. Eine Aussparung 361a mit einer vorgegebenen Länge ist in Umfangsrichtung an der Außen­ seite des Zylinderelements 361 ausgebildet.

Der Gleitblock 363 ist so ausgebildet, daß das Zylinderele­ ment 361 drehbar in einer zentralen Öffnung im Gleitblock 363 gelagert wird. Mit anderen Worten wird das Zylinderelement 361 im Gleitblock 363 so gelagert, daß es um die optische Achse des Zylinderobjektivs 170 drehbar ist.

Der Gleitblock 363 ist quaderförmig und hat auf seiner Ober­ seite ein Gewindeloch 363a. Eine Ankerschraube 363b wird in das Gewindeloch 363a geschraubt, bis sie den Boden der Aus­ sparung 361a berührt, um die Rotationslage des Zylinderele­ ments 361 zu fixieren. Somit kann das Zylinderelement 361 bei gelöster Ankerschraube 363b gedreht und durch Anziehen der Ankerschraube 363b fixiert werden, um seine Drehung zu ver­ hindern.

Der Gleitblock 363 wird durch das Winkelpaar 365 gehalten. Führungsvorsprünge 363c sind an den Seiten des Gleitblocks 363 ausgebildet, um diesen an den Winkeln 365 festzuhalten. Die Winkel 365 sind mit Bolzen 367 am Gehäuse 1 befestigt. Jeder Winkel 365 hat einen horizontalen Abschnitt 365a und einen vertikalen Abschnitt 365b. Der vertikale Abschnitt 365b der Winkel 365 hat auf der dem Gleitblock 363 zugewandten Seite ein Führungsaussparung 365c, die in vertikaler Richtung absteht und mit dem zugehörigen Führungsvorsprung 363c des Gleitblocks 363 in Eingriff steht. Somit ist der Gleitblock 363 in vertikaler Richtung, d. h. in der Nebenabtastrichtung (Z-Richtung) linerar beweglich.

Ein in vertikaler Richtung verlaufendes Langloch 366a ist im vertikalen Abschnitt 365a derart ausgebildet, daß eine Anker­ schraube 366b durch das Langloch 366a hindurch in eine Gewin­ deloch (nicht dargestellt) in der Seite des Gleitblocks 363 eingeschraubt werden kann. Das Langloch 366 ist lang genug, um ein Verstellen des Gleitblocks 363 in der vertikalen Rich­ tung zu ermöglichen, d. h. in der Nebenabtastrichtung (Z-Rich­ tung).

Mit der erläuterten Anordnung kann das Zylinderelement 361 linear in der vertikalen Richtung, d. h. in der Nebenabta­ strichtung (Z-Richtung) bei Lösen der Ankerschraube 366b und auch in seinem Drehwinkel um die optische Achse durch Lösen der Ankerschraube 363b eingestellt werden.

Mit anderen Worten kann das Zylinderelement 361 und somit das Zylinderobjektiv 170 sowohl linear in der Nebenabtastrichtung (Z-Richtung) als auch in seinem Drehwinkel um die optische Achse verstellt werden.

Somit hat die optische Abtastvorrichtung Mittel zum unabhän­ gigen Justieren des Zylinderobjektivs 170 beim Einstellen der Strahlform und der fθ-Linse beim Einstellen der Abtastzeilen­ krümmung.

Claims (7)

1. Abtastvorrichtung,
mit mindestens einer Strahlungsquelle (101 bis 108) zum Abstrahlen eines Strahls,
einer Ablenkeinheit (180) zum Ablenken des Strahls,
einem Abtastobjektiv (190) zum Bündeln des abgelenkten Strahls auf einer Abbildungsfläche,
und mit einer Einheit (381) zum Einstellen der relativen Lage in der Nebenabtastrichtung mindestens einer Linse (193) des Abtastobjektivs (190) in Bezug auf die anderen Linsen des Abtastobjektivs (190).

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein im optischen Weg zwischen der Strahlungsquelle (101 bis 108) und der Ablenkeinheit (180) angeordnetes Abbil­ dungsobjektiv (170) zum Erzeugen einer linearen Abbildung in der Nebenabtastrichtung,
und vorzugsweise durch eine Einheit (360) zum Einstellen der Lage des Abbildungsobjektivs (170) in der Nebenabta­ strichtung.

3. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Linse (193) des Abtastobjektivs (190) in einer Lagerung (387c) verstellbar gelagert ist.

4. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Linse (193) des Abtastobjektivs (190) eine anamorphotische Fläche mit einer verhältnismäßig größeren Brechkraft in Nebenabtastrichtung als in Hauptabtastrichtung hat.

5. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Linse (193) des Abtastobjektivs (190) die betragsmäßig größte Brechkraft der Linsen des Abtastobjektivs (190) hat.

6. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Linse (193) des Abtastobjektivs (190) die Fläche mit dem be­ tragsmäßig kleinsten Krümmungsradius der Linsenflächen im Abtastobjektiv (190) hat.

7. Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Abbildungsobjektiv (170) mindestens eine Zylinderlinse (171, 173) enthält.