DE3220935A1 - Scanning-vorrichtung - Google Patents

Scanning-vorrichtung

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Publication number
DE3220935A1
DE3220935A1 DE19823220935 DE3220935A DE3220935A1 DE 3220935 A1 DE3220935 A1 DE 3220935A1 DE 19823220935 DE19823220935 DE 19823220935 DE 3220935 A DE3220935 A DE 3220935A DE 3220935 A1 DE3220935 A1 DE 3220935A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
lens
deflector
bundle
scanning
planes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19823220935
Other languages
English (en)
Inventor
Lutz Dr. 8135 Söcking Langhans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BAASEL CARL LASERTECH
Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
BAASEL CARL LASERTECH
Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by BAASEL CARL LASERTECH, Carl Baasel Lasertechnik GmbH and Co KG filed Critical BAASEL CARL LASERTECH
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Publication of DE3220935A1 publication Critical patent/DE3220935A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/08Anamorphotic objectives
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/24Optical objectives specially designed for the purposes specified below for reproducing or copying at short object distances
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10Scanning systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Lenses (AREA)

Description

  • Beschreibung Die Erfindung betrifft eim Scanning-Vorrichtung zum Scannen einer Fläche mit einem fokussierten Strahlenbündel, mit einer Strahlungsquelle, die ein Strahlenbündel aussendet, mit einem ersten Deflektor, der das Bündel in Abhängigkeit von einer Steuerung in einer ersten Richtung ablenkt, und einem zweiten Deflektor, der das vom ersten Deflektor kommende Bündel in Abhängigkeit von einer Steuerung in einer zweiten, zur ersten senkrechten Richtung ablenkt und mit einem Objektiv, das das Bündel auf die Fläche fokussiert.
  • Das Scannen von Flächen wird in wachsendem Maße zum Abtasten (Lesen), Schreiben und Bearbeiten von Flächenmustern verwand.
  • Dazu muB ein Strahlenbündel über die Fläche, also in zwei Richtungen, geführt werden. Als Ausgangsbündel werden z.B.
  • zweckmäßig parallele Bündel verwendet, wie sie in Form von Laserstrahlen in ausgezeichneter Näherung zur Verfügung stehen. Dieses Scannen in zwei Richtungen geschieht meisteins, und so auch im vorliegenden Falle, dadurch, daß das Bündel über Def lektoren gelenkt wird, die es gesteuert in die x- und/oder y-Richtung ablenken.
  • Unter Deflektoren sollen hier optische Bauelemente verstanden werden, die das Bündel, im wesentlichen unter Erhalt seines Querschnitts und seiner Öffnung, in seiner Richtung verändern. Dies können z.B. Planspiegel sein, die um eine Achse in der Spiegelfläche gedreht werden, oder aber z.B. Prismen die verschwenkt werden. Es werden auch akusto-optische Deflektoren mit Vorteil verwendet, sowie Polygonspiegel.
  • Unter Ablenkung in einer Richtung" durch einen Deflektor wird hier verstanden, daß die Veränderung des Deflektors eine Bewegung des Bündels bzw. seines Fokus in dieser Richtung bewirkt.
  • Wird nur ein einziger solcher Deflektor verwendet, z.B. ein Planspiegel, so muß dieser, um eine Ablenkung in zwei Richtungen zu erhalten, um zwei Achsen gedreht oder gekippt werden. Das ist mechanisch aufwendig und führt zu einer Herabsetzung der Geschwindigkeit und/oder Präzision des Systems.
  • Die Verwendung zweier Deflektoren ist wegen des vorstehenden heute weitestgehend üblich. Sie führt aber zwangsläufig dazu, daß die Deflektoren im Strahlengang an unterschiedlichen Stellen angeordnet sind. Dies führt bei Verwendung eines Objektivs wiederum dazu, daß z.B. eine bestimmte Verdrehung nicht bei beiden Spiegeln einen radial von der Achse des nachfolgenden fokussierenden Objektivs gleichen Abstand des Bündels von der optischen Achse bewirkt und somit auch nicht einen gleichen Abstand vom Durchstoßungsp;unkt der optischen Achse auf der zu scannenden Fläche. Daher müssen diese Abweichungen durch eine unterschiedliche Steuerung in x- und y-Richtung kompensiert werden, was den Aufbau der Vorrichtung weiter kompliziert. Viele gerade beim Scannen verwendete Objektive wirken auch nur dann optimal, wenn aus einem bestimmten Abstand von der optischen Achse her einfallende Strahlen unter einem bestimmten Winkel einfallen, wie das z.B. der Fall ist, wenn die Strahlen alle aus dem deflektorseitigen Brennpunkt des Objektivs kommen. Bislang wird in solchen Fällen versucht, beide Deflektoren etwas aus dem jeweils optimalen Punkt zu verrücken. Dies führt aber zu verschlechterter Abbildung.
  • Es wurde auch schon vorgeschlagen, durch die Verwendung eines sogenannten "Relaisobjektives" einen zweiten'Schwerpunkt" zu erzeugen, in dem dann der zweite Spiegel angeordnet wird. Da diese Objektive hochwertig und teuer sind, der Gesamtaufbau komplizierter und räumlich ausgedehnter wird, ist auch diese Anordnung nicht befriedigend.
  • Die Erfindung schafft daher eine Scanning-Vorrichtung der angegebenen Gattung, die die optimale Ausnutzung der Objektiveigenschaften bei Benutzung zweier räumlich getrennter Def lektoren erlaubt.
  • Diese wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Objektiv ein anamorphotisches Element aufweist, dessen eines Teilelement nur in den die erste, (y-)Richtung enthaltenden Ebenen brechend ist und das Objektiv für diese y-Ebenen auf den Abstand des ersten Deflektor abstimmt, und dessen anderes Teilelement nur in den die zweite, (x-)Richtung enthaltenen Ebenen brechend ist und das Objektiv für diese x-Ebenen auf den Abstand des zweiten Deflektors abstimmt.
  • Dies hat insbesondere den Vorteil, das nunmehr zwei Deflek--toren unabhängig voneinander verwendet werden können, und dennoch eine optimale Abbildung durch das eine Objektiv ermöglicht wird. Es ist somit möglich, die Def lektoren z.B.
  • jeweils im Brennpunkt des zugehörigen Teilelements + Restobjektiv anzuordnen und so zu erreichen, daß die Bündelachsen nach dem Gesamtobjektiv achsparallel (telezentrisch) verlaufen.
  • Obwohl anamorphotische Elemente, bspw. zwei gekreuzte Zylinderlinsen, lange bekannt sind, wurden sie bislang nur dazu benutzt, eine Objektebene in eine Bildebene, jedoch mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben in Längs- und Querrichtung, abzubilden. Im vorliegenden Fall werden jedoch unterschiedliche Verhältnisse Winkel/Abstand in x- und y-Richtung fokusseitig egalisiert.
  • Bevorzugt ist das Objektiv als Scanning-Objektiv ausgebildet.
  • Unter Scanning-Objektiven werden Objektive verstanden, bei denen 1.) der Fokus eines eintretenden Parallelstrahl-(z.B.
  • Laserstrahl-)Bündels unabhängig vom Eintrittswinkel (also dem Drehwinkel) immer in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse liegt (das also ein Planfeld-Objektiv ist), und 2.) der Abstand des Fokus von der optischen Achse proportional zum Eintrittswinkel ist (Tangenskorrektur).
  • Es ist ersichtlich, daß dies jeweils besonders wichtig für das Scannen ist, da die meisten zu beaufschlagendenObjekte eben sind und eine einfache Steuerung der Deflektoren ermöglicht wird. Jedoch ist die Konstruktion eines solchen Scanning-Objektivs nur für einen bestimmten Abstand des Deflektors, bspw. eines Drehspiegels, zum Objektiv ausgelegt. Bei herkömmlichen Scanning-Vorrichtungen mit solchen speziellen Scanning-Objektiven konnte also ein Bündelabsenksystem mit zwei Deflektoren nur unter Inkaufnahme eines Verlustes der optimalen Eigenschaften des Objektivs verwendet werden. Bei einer Vorrichtung mit Scanning-Objektiv, bei der die Lehre der Erfindung verwirklicht wird, können somit die Vorteile der Verwendung zweier Deflektoren (einfacherer Aufbau, größere Schnelligkeit) und des Scanning-Objektivs optimal genutzt werden.
  • Bevorzugt ist die Anordnung für fokusseitig telezentrischen Strahlengang der Bündelachsen ausgebildet. Die Umlenkpunkte liegen also im jeweiligen Brennpunkt des für die Ebene abgestimmten Teilobjektivs und es wird Achsparallelität der Achsen der austretenden Bündel erreicht.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen, auf die bezüglich der Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird, an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Scanning-Vorrichtung mit dem Objektiv in Seitenansicht und der x-Richtung parallel zur Zeichenebene, und Fig. 2 die Scanning-Vorrichtung aus Fig. 1 um 900 um die optische Achse des Objektivs gedreht, mit der y-Richtung in der Zeichenebene.
  • Eine Parallelstrahlbündel S (Laserstrahl) wird aus einer (nicht gezeigten) Laserstrahlquelle auf den Deflektor für die y-Richtung, D ,und von dort auf den Deflektor für die x-Richtung, y Dx s gelenkt.
  • Die Deflektoren sind hier als Drehspiegel ausgebildet. Der Strahlengang ist nur schematisch und in die Zeichenebene geklappt dargestellt.
  • Vom Drehspiegel D wird der dann in zwei Richtungen abgelenkte x Strahl auf das aus zwei Hauptbestandteilen LI und LII bestehende Scanning-Objektiv gerichtet. Bei herkömmlichen Scanning-Objektiven befindet sich an der Stelle LI eine sphärische Linse bzw. Linsengruppe. Dieser Teil des Scanning-Objektives ist hier als anamorphotisches Element ausgebildet. Eine erste Zylinderlinse Z hat ihren Radius in der die x-Richtung entx haltenden Ebene bzw. Ebenenschar und die Zylinderachse in der dazu senkrechten y-Richtung, senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1. Durch die Zylinderlinse Z wird das Bündel nur in x den die x-Richtung enthaltenden Ebenen gebrochen. Die Kombination aus Z und dem restlichen Scanning-Objektiv LII ist so x abgestimmt und zum Drehpunkt des Drehspiegels D beabstandet, x daß das Bündel in den x-Ebenen in der zu scannenden Fläche A fokussiert ist. Das Objektiv ist, wie erwähnt, ein Planfeldobjektiv und der Abstand des Bündelfokus von der optischen Achse ist proportional zum Eintrittswinkel. Ferner wird Telezentrizität in den Bündelachsen erreicht.
  • Entsprechend ist das Teilelement Z des anamorphotischen y Elementes als Zylinderlinse mit dem Radius in den y-Ebenen und der Zylinderachse in x- Richtung ausgebildet. Das Gesamtobjektiv aus Z und LII ist nun für die y-Ebenen auf die y Drehachse des Drehspiegels D abgestimmt, wie aus Fig. 2 y ersichtlich. Somit ergibt sich auch für die y-Ebenen eine Fokussierung auf der zu scannenden Fläche A; auch für diese ist der Abstand des Fokus von der optischen Achse proportional zum Eintrittswinkel. Ferner ist der Abstand von der optischen Achse für einen vorgegebenen Drehwinkel von Dx und x D in der Fokussierebene A gleich. Telezentrizität ist auch y in den y-Ebenen für die Bündelachsen erreicht.
  • Die gestrichtelten Bündel S' entsprechen jeweils der gestrichelten Spiegelstellung der Drehspiegel Dx bzw. Dy Durch die Verwendung des anamorphotischen Elementes kann also in beiden zueinander senkrechten Richtungen und für beide Drehspiegel die optimale Anordnung von Drehspiegel und Scanning-Objektiv gewählt werden und somit das Laserstrahlbündel zuverlässig in einer Ebene fokussiert und der Fokus in dieser Ebene bewegt werden.

Claims (4)

  1. Scanning-Vorrichtung Patentansprüche 1. Scanning-Vorrichtung zum Scannen einer Fläche mit einem fokussierten Strahlenbündel, mit einer Strahlungsquelle, die ein Strahlenbündel aussendet, mit einem ersten Deflektor, der das Bündel in Abhängigkeit von einer Steuerung in einer ersten Richtung ablenkt, und einem zweiten Deflektor, der das vom ersten Deflektor kommende Bündel in Abhängigkeit von einer Steuerung in einer zweiten, zur ersten senkrechten, Richtung ablenkt, und mit einem Objektiv, das das Bündel auf die Fläche fokussiert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Objektiv ein anamorphotisches Element (LI) aufweist, dessen eines Teilelement (Zy) nur in den die erste (y-)Pichtung y enthaltenden Ebenen brechend ist und das Objektiv (LI, LII) in diesen y-Ebenen auf den Abstand des ersten Deflektors (Dy) abstimmt, und dessen anderes Teilelement (Zx) nur in den die zweite, (x-)Richtung enthaltenden Ebenen brechend ist und das Objektiv (LI, LII) für diese x-Ebenen auf den Abstand des zweiten Deflektors (Dx) abstimmt.
  2. 2. Scanning-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv als Scanning-Objektiv (LI, LII) ausgebildet ist.
  3. 3. Scanning-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für fokusseitig telezentrischen Strahlengang der Bündelachsen ausgebildet ist.
  4. 4. Scanning-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anamorphotische Element das erste deflektorseitiqe Element (LI) des Objektivs ( L ) ist.
    ii
DE19823220935 1982-06-03 1982-06-03 Scanning-vorrichtung Withdrawn DE3220935A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3703679A1 (de) * 1986-02-06 1987-08-13 Asahi Optical Co Ltd Abtastendes optisches system zur verwendung in einem laserstrahldrucker

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3703679A1 (de) * 1986-02-06 1987-08-13 Asahi Optical Co Ltd Abtastendes optisches system zur verwendung in einem laserstrahldrucker

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