DE3151221A1

DE3151221A1 - "abtastobjektiv fuer abtastung mit gleichmaessiger geschwindigkeit mit hohem aufloesungsvermoegen"

Info

Publication number: DE3151221A1
Application number: DE19813151221
Authority: DE
Inventors: Sadatoshi Takahashi; Masamichi Tokyo Tateoka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1982-07-22
Also published as: JPS57105715A; DE3151221C2; US4527858A

Description

GESCHWINDIGKEIT MIT HOHEM AUFLÖSUNGSVERMÖGEN

Die Erfindung bezieht sich auf ein hochauflösendes Abtastobjektiv für Abtastung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit zur Verwendung in einem Informationsverarbeitungs-Endgerät (Terminal) zum Aufzeichnen oder zum Lesen von Bildern,

In Figur 1 der Zeichnung ist perspektivisch ein Laser-COM, der ein Ausführungsbeispiel eines Informationsverarbeitungs-Endgeräts darstellt, als Beispiel für ein Objektiv zur Abtastung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit gezeigt. In Figur 1 tritt ein von einem Laseroszillator 1 erzeugter Laserstrahl in einen Lichtmodulator 2 ein. Der der Modulation durch den Lichtmodulator mit dem aufzuzeichnenden Informationssignal unterworfene Strahl hat einen mittels einem Strahlaufweiter 3 aufgeweiteten Durchmesser; hierbei bleibt er ein Parallelstrahl und tritt in eine Lichtablenkeinrichtung 4 ein. Der Strahl wird mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit mit der Lichtablenkeinrichtung, wie beispielsweise einem drehbaren Polygonspiegel oder einem Galvanometerspiegel abgelenkt. Der abgelenkte Strahl wird mit einem

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto 3U39 844

Postscheck (München) Kto. 670-43-804

Abbildungsobjektiv 5 auf einem Aufzeichnungsmaterial 6 (beispielsweise ein empfindlicher Film) abgebildet.

Bei dem Abbildungsobjektiv ist ähnlich wie bei einem herkömmlichen fotografischen Objektiv die Bildhöhe y proportional zur Tangente des Einfallswinkels Θ. Dies bedeutet, daß, wenn ein Objektiv mit y = f tan € (f ist die Brennweite des Abbildungsobjektivs) verwendet wird, dy/d9 = sec θ ist und die Winkelgeschwindigkeit der Ablenkung gleichmäßig ist, der Fleck auf der Abbildungsebene sidh mit·gleichförmiger Geschwindigkeit bewegen muß. Wenn deshalb eine Objektiv, bei dem der Einfallswinkel proportional zur Bildhöhe ist, d.h. ein Objektiv mit der Charakte-

ristik y = f θ (sog. f-6-Objektiv) als Abbildungsobjektiv verwendet wird, ferner dy/dO = f ist und der Strahl mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit durch den sich drehenden Polygonspiegel abgelenkt wird, so bewegt sich der Fleck auf dem Aufzeichnungsmaterial mit gleichförmiger

Geschwindigkeit. Dies bedeutet, daß das Abbildungsobjek— tiv ein Objektiv mit der Charakteristik y = f θ sein muß, damit der Abtaststrahl gleichmäßig und mit gleichförmiger Geschwindigkeit auf der Abtastfläche mittels einer Ablenkeinrichtung abgebildet wird, die die Ablenkung- mit gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit durchführt.

Als ein f-9-Objektiv für ein bekanntes Informätionsverarbeitungs-Endgerät ist ein Objektiv in der US-PS 4 056 307

beschrieben; ein Linsenschnitt dieses Objektivs ist in 30

Figur 2 gezeigt.

In Figur 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Pupille, die aus einem Reflektor, beispielsweise einem sich drehenden Polygonspiegel besteht. Die Bezugszeichen 2-7 bezeichnen Zylinderlinsen, von denen jede eine Brechkraft in einer Ebene parallel zur Abtastrichtung (der zur Zeichenebene horizontalen Richtung) hat; Bezugszeichen 8 be-

zeichnet eine Zylinderlinse mit einer Brechkraft in einer Ebene senkrecht zur Abtastrichtung (die Richtung ist senkrecht zur Zeichenebene) und Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Bildebene (die abgetastete Fläche). Ferner ist ein bei einem anderen Informationsverarbeitungs-Endgerät verwendetes f-ö-Objektiv in "Three Optimized Designs for Elat Field Scanning Lenses" von R.E. Hopkins, S. 110 - 114 in SPIE Band 84 Laser Scanning Components & Techniques (1976) ■^ beschrieben; ein Linsenschnitt dieses Objektivs ist in Figur 3 gezeigt. In Figur 3 bezeichnet 10 eine Pupille, 11 - 14 sphärische Linsen und 15 eine Abbildungsebene. Charakteristisch für diese bekannten f-9-Objektive ist, daß die Blendenzahl hoch (dunkel) ist, nämlich F = 8. Wenn bei. einem derartigen Abtastsystem ein f-θ-Objektiv verwendet wird, muß ein ausreichender·

Raum für den Abstand zwischen dem Ablenkelement und dem Äbtastobjektiv vorgesehen werden, da die Ablenkeinrichtung gedreht wird. Dies ist insbesondere dann wichtig,

wenn die Brennweite des Abtastobjektivs klein ist. Bei einem herkömmlichen f-9-Objektiv jedoch, beispielsweise dem in der bereits genannten US-Patentschrift beschriebenen Objektiv gilt t/f = 0,4239; hierbei ist t der Abstand zwischen der Pupille (in diesem Falle die Ablenkfläche der Ablenkeinrichtung) und der ersten Fläche des Abtastobjektivs und f die Brennweite des Objektivs; somit kann nicht gesagt werden, daß dor Raum zwischen tier Ablenkeinrichtung und dem Abtastobjektiv ausreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Abtastobjektiv zur Abtastung mit gleichförmiger Geschwindigkeit zu schaffen, bei dem die Blendenzahl klein (hell) ist und der Raum zwischen der Ablenkeinrichtung und dem Abtastobjektiv ausreichend groß. Ferner soll ein Abtastobjektiv geschaffen werden, bei dem die gesamte abzutastende Fläche mittels eines im wesentlichen gleichförmigen Strahlfleck abgetastet werden kann.

Das erfindungsgemäße Abtastobjektiv weist drei Gruppen, und zwar in Reihenfolge von der Lichteinfallseite (im folgenden als Objektseite bezeichnet) eine erste Gruppe, die eine negative Meniskuslinse aufweist, deren Krümmungsradius objektseitig liegt, eine zweite Gruppe, die zwei oder mehr positive Linsen aufweist, und eine dritte Gruppe auf, die eine negative Linse aufweist, die eine konkave Fläche zur Objektseite weist. 10

Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Abtastobjektiv das Verhältnis des Abstandes zwischen der Eintrittspupille und der ersten Fläche des Linsensystems zur Brennweite angenähert 1. Das bedeutet, daß das erfindungsgemäße Abtastobjektiv ein im wesentlichen telezentrisch.es optisches System ist und einen gleichförmigen Fleck über die gesamte abzutastende Fläche erzeugen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs- ^O beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 schematisch einen Laser-COM als ein Ausführungsbeispiel, das ein Abtastobjektiv verwendet, 25

Figur 2 und 3 Linsenschnitte durch Abtastobjektive für Abtaster mit gleichförmiger Geschwindigkeit gemäß dem Stand der Technik, und

Figur 4,5, 6 und 7 Linsenschnitte von erfindungsgemäßen Abtastobjektiven zur Abtastung mit gleichförmiger Geschwindigkeit.

Im folgenden soll ein Abtastobjektiv mit dem bereits ge-35

nannten Aufbau beschrieben werden. Die Tatsache, daß eine erste Linsengruppe eine negative Meniskuslinse aufweist, deren konkave Fläche zur Objektseite gerichtet ist, dient zur Minimierung des Astigmatismus, der in die-

*■ f *

ser negativen Meniskuslinse erzeugt wird, und zur Erzeugung einer negativen sphärischen Aberration und Koma in

dieser Meniskuslinse zur Korrektur der positiven sphäri-5

sehen Aberration und der Koma, die in einer zweiten Linsengruppe erzeugt werden, die positive Linsen aufweist und später beschrieben werden soll.

Die Tatsache, daß die zweite Linsengruppe 2 oder mehr positive Linsen aufweist, dient zur Erzeugung einer positiven Verzeichnung in dieser Linsengruppe, um eine gleich-• förmige Geschwindigkeit zu erzielen, was Aufgabe der Erfindung ist. Gewöhnliche Objektive, beispielsweise Fotoobjektive oder dergleichen, sind f-tan-ö-Objektive, wo-15

hingegen die vorliegende Erfindung darauf gerichtet ist,

die Bildebene mit gleichförmiger Geschwindigkeit abzutasten, wenn ein drehbarer Polygonspiegel oder dergleichen mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, _o wie dies vorstehend beschrieben worden ist. Dies bedeutet, daß das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Objektiv ein f-9-Objektiv ist.

Zu diesem Zwecke muß der Verzeichnungskoeffizient V dritte ter Ordnung V = 2/3 sein. Betrachtet man diesen Punkt qualitativ, so ist es bei einem f-Ö-Objektiv erforderlich, daß der Außerachs-Hauptstrahl nahe der optischen Achse stärker als bei einem gewöhnlichen f-tan Objektiv gebeugt wird. Dies bedeutet, daß bei dem erfindungsgemäßen Linsensystem der Hauptstrahl von der optischen Achse in der zweiten Gruppe beabstandet sein muß; deshalb ist eine konvexe (sammelnde) Gruppe so ausgebildet, daß der Hauptstrahl in dieser positiven Linsengruppe stark in Richtung der optischen Achse gebeugt wird. Wenn die zweite Gruppe aus einer positiven Linse besteht, werden die anderen Bildfehler außer der Verzeichnung groß; deshalb müssen zur Reduzierung der anderen Bildfehler, die hervorgerufen werden, sowie zur Einstellung der Verzeich-

nung auf den gewünschten Wert zwei oder mehr positive Linsen verwendet werden.

Im folgenden soll die dritte Gruppe betrachtet werden..

Da in der dritten Gruppe eine negative Linse als dritte Gruppe verwendet wird, kann der vordere Hauptpunkt des gesamten Linsensystems objektseitig von dem Linsensystem angeordnet werden. Dies bedeutet, daß das Verhältnis des Abstandes vom vorderen Brennpunkt des Linsensystems zur ersten Fläche, die die der Objektseite am nächsten liegende Fläche ist, zur Brennweite f groß gemacht werden kann.

, p. Durch die Anordnung der Pupille am vorderen- Brennpunkt wird das Linsensystem ein telezentrisches System; der Hauptstrahl· des austretenden Lichts-kann parailel zur optischen Achse verlaufen und ein gleichförmiger Fleck kann über die gesamte Bildebene erhaiten werden. Des weiteren

2Q ist die konkave Fiäche der negativen Linse zur Objektseite gerichtet. Durch diese konkave Fiäche wird eine negative Verzeichnung zur Korrektur der positiven Verzeichnung erzeugt, die insbesondere in der zweiten Gruppe erzeugt wird; ferner wird ein negativer Astigmatismus zur Korrektur des positiven Astigmatismus erzeugt, der in der zweiten Gruppe erzeugt wird. Durch die negative Ausführung, der dritten Gruppe kann die in der zweiten Gruppe erzeugte Petzvalsumme korrigiert werden.

Durch den vorstehenden Aufbau des Linsensystems kann ein Abtastobjektiv geschaffen werden, bei dem der Verzeichnungskoeffizient V in den drei Gruppen insgesamt die Bedingung V = 2/3 erfüllt und die sphärische Aberration, die Koma- und die Bildfeldkrümmung gut korrigiert sind; ferner ist die Auflösung hoch und die Abtastgeschwindigkeit wird auf der Bildebene gleichförmig.

Im folgenden werden Linsendaten für ein erfindungsgemä-

ßes Abtastobjektiv angegeben (für ein erstes bis viertes Ausführungsbeispiei). In den folgenden Tabellen ist ri der Krümmungsradius der i-ten Fläche, gezählt von der Objektseite, di die Dicke bzw. der Luftabstand zwischen der i-ten Fläche und der i+1-ten Fläche, ni der Brechungsindex der i-ten Linse, a die Ablenkebene (hier die Pupillenebene, d der axiale Abstand zwischen der Pupillenebene und der ersten Fläche, S die Bildebene, f die Brennweite und Fno die Blendenzahl.

Ein Linsenschnitt des ersten Ausführungsbeispiels ist in Figur 4 gezeigt, des zweiten Ausführungsbeispiels in Figur 5, des dritten Ausführungsbeispiels in Figur 6 und des vierten Ausführungsbeispiels in Figur 7. Die verschiedenen Aberrationswerte der Ausführungsbeispiele-sind in Tabelle 1 angegeben, hierbei ist I die sphärische Aberration, IIIder Astigmatismus, II die Koma, P die Petzvalsumrae und V die Verzeichnung.

Erstes Ausführungsbeispiel (Figur 4)

f = 1, F no = 1 : 3, verwendete Wellenlänge X = 0.6328μ

	= -0.3712	do =	0.9996	ni =	1	.6983
	= -0.49-97	di =	0.1795
r₂	~=. 27-, 0-3-56-	d₂ =	0.0 34 4
r-3-.	= -1.2229	—d 3"="	-θ-,4-26-8-—
r*	0.9968	d,=	0.0 27 8	n₃ =	1	.5706
rs	■= -6.7020	ds =	0,5241
re	« -0.924 2	de =	0.3715	η., --	]	.7979
Γ 7	= 18.1544	Cl₇ =	0.0395
X₈	de =	0.3158

- 10 -

Zweites Ausführungsbeispiel (Figur 5) f = 1, F no = 1 : 3, verwendete Wellenlänge A = 0.6328 μ

	= -O.	4212 ■	do =	1.	.1028	η ι= 1.	.8000
r ι	= -0.	5391	di =	O.	.1745
r₂	2.	6147	d₂ =	O.	0049	η 2= 1.	6726
r₃	= -3.	0344	d₃ =	O.	2404
r,	1.	8431	d, =	O.	0140	η 3~ J..	7292
r₅	= -18.	8206	d₅ =	O.	4447
r₆	3.	0407	d₆ =	O.	1486	nt,= I.	8000
r₇	= -9.	1538	d₇ =	O.	3513
r₈	= -0.	7904	d₈ =	O.	3070	η j= 1.	5306
rs.	ι= 3.	8326	dg =	O.	01939
ric		d =	O.	2022

Drittes Ausführungsbeispiel (Figur 6) f = 1, F no = 1 : 3, verwendete Wellenlänge /L = 0.6328 μ

dn =

r₂
r₃

r-

r₆
r₇
r₈
r₉

o =

-0.4139 -0.5102

2.6277 -2.0674

3.5273

-4.2011

. 1.5305

-31.4553

-1.1007

0.8103

d₂
d₃

ds
de
d₇
de
dg

0.9476 = 0.1137 = 0.0161 = 0.6314 = 0.1010 = 0.3474 = 0.0238 = 0.2827 = 0.2128 = 0.0545 = 0.2910

₁= 1.5402

n₂= 1.7082 n₃= 1.8000

= 1.8000

n₅= 1.5197

Viertes Ausführungsbeispiel (Figur 7)

f = 1 j. F no = 1:3, verwendete Wellenlänge

= 0.6328μ

r ! = ■ -0.4188 r₂ = -0.5792 r 3 = -1.7720 r „ = -0.9 34 5 r 5 = -6.2893 r 6 = -2.6786 r.7 =■ 1.0716 r β = - -4.5984 r 9 = -0.9357 r ι -ο= -13.8821

d ο = 0.9 4 39 d ! = 0.1666 d₂ = 0.0927 d 3 = 0.2236 d ,, = 0.0132 d 5 = 0.1324 d G = 0.0084 d 7 = 0.89 74 d β = 0.3281 d 9 = 0.0246 d ι o= 0.2545

η , = 1.8001 η ζ = 1.6500 η 3 = 1.7608 η ι, = 1.6 0.90 η 5 = 1.8000

Tabelle 1

ι Bildfehlerkoeff. Ausf.Beispiel-	I	IE	ΉΙ	P	V
1	0.2333	0.1279	0.0491-	-0.0223	0.8365
2	0.1030	0.0236	0.0301	-0.0277	0.8455
3	0.1369	0.0722	0.0180 0.0182	0.0020 -0.0096	0.7924 0.7299
4	0.1501	0.1229

Beschrieben wird ein Abtastobjektiv für Abtastung mit gleichförmiger Geschwindigkeit mit einem hohen Auflösungsvermögen, das in Reihenfolge von der Objektseite eine erste Linsengruppe, die eine negative Meniskuslinse aufweist, deren konkave Fläche zur Objektseite zeigt, eine zweite Linsengruppe, die zwei oder mehr positive Linsen aufweist und eine dritte Linsengruppe aufweist, die eine negative Linse hat, deren konkave Fläche zur Objektseite zeigt.

-13-Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

/1 ■ .ΛAbtastobjektiv zur Abtastung mit gleichförmiger Geschwindigkeit mit hohem Auflösungsvermögen, gekennzeichnet durch folgende Linsengruppen in Reihenfolge von der Objektseite zu der Bildseite, wobei die Objektseite die Lichtstrahl-Einfallseite und die Bildseite die Lichtstrahl-Ausfallseite ist: eine erste Linsengruppe, die eine negative Meniskuslinse aufweist, deren konkave Fläche zur Objektseifce zeigt, eine zweite Linsengruppe, die zwei oder mehr positive Linsen aufweist, und eine dritte Linsengruppe, die eine negative Linse aufweist, deren konkave Fläche zur Objektseite zeigt.
2. Abtastobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des axialen Luftabstandes zwischen der Eintrittspupille des Linsensystems und der ersten Linsengruppe zur Brennweite des gesamten Linsensystems angenähert 1 ist.

Deutsche Bank (München) Kto. 51/61070

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844

Postscheck (München) Klo. 6TO-43-B04
3. Abtastobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe zwei bikonvexe Linsen aufweist,
4. Abtastobjektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe drei positive Linsen aufweist.
5. Abtastobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe drei bikonvexe Linsen aufweist.
6..Abtastobjektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe in dieser Reihenfolge von der Ob-1^' jektseite zur Bildseite eine erste Meniskuslinse, deren konkave Fläche zur Objektseite zeigt, eine zweite Meniskuslinse, deren konkave Fläche zur Objektseite zeigt, und eine bikonvexe Linse aufweist.
7. Abtastgerät mit einem Abtastobjektiv für Abtastung mit gleichförmiger Geschwindigkeit mit hohem Auflösungsvermögen, gekennzeichnet durch einen Lichtquellenteil, der einen Lichtstrahl zur Abtastung liefert, einen drehbaren Polygonspiegel, der den Lichtstrahl von dem Lichtquellenteil ablenkt, und ein Abtastobjektiv, das den von dem drehbaren Polygonspiegel abgelenkten Lichtstrahl auf der Abtastfläche abbildet und in Reihenfolge von der Seite der Ablenkeinrichtung zur Abtastfläche eine

erste Gruppe, die eine negative Meniskuslinse hat, die 30

eine konkave Fläche zur Objektseite weist, eine zweite Gruppe, die zwei oder mehr positive Linsen hat, und eine dritte Gruppe aufweist, die eine negative Linse hat, die eine konkave Fläche zur Objektseite weist, wobei

der Abstand auf der optischen Achse zwischen der Ablenk-35

Reflexionsfläche der Ablenkeinrichtung und der Fläche der ersten Gruppe des Abtastobjektivs angenähert gleich der Brennweite des gesamten Abtastlinsensvstems ist.