DE69316098T2

DE69316098T2 - Optisches Abtastgerät

Info

Publication number: DE69316098T2
Application number: DE69316098T
Authority: DE
Inventors: Takashi Takahashi
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: DE69316098D1; EP0580155A3; JP3213396B2; EP0580155A2; EP0580155B1; US5506718A; JPH0643375A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastgerät mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahles als ein Lichtstrom, einem Deflektor zum Ablenken des von der Lichtquelle erzeugten Lichtstrahles, einem abgetasteten Element, das von dem Lichtstrom des Lichtstrahles abgetastet wird, der von dem Deflektor abgelenkt wird, und einem optischen Abbildungsmittel, das zwischen dem abgetasteten Element und dem Deflektor angeordnet ist, wobei das optische Abbildungsmittel wenigstens eine Kunststofflinse aufweist, wobei die gesamte Oberfläche der Linse, einschließlich der Oberflächenabschnitte, durch die das 4, abgelenkte Licht übertragen wird, und der Oberflächenabschnitte, auf die kein abgelenktes Licht auftrifft, mit einem Schutzfilm beschichtet ist, um vor Feuchtigkeit schützende Eigenschaften ohne wesentliche Wirkung auf die optischen Eigenschaften der Kunststofflinse zu erzielen.
Ein solches optisches Abtastgerät ist aus der JP-A-1 100 510 bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft generell ein optisches Abtastsystem oder -gerät, das optische Abbildungsmittel mit einem Linsensystem besitzt, von dem zumindest ein Teil aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Ein bekanntes optisches Abtastsystem umfaßt eine Lichtquelle, einen Deflektor zum Ablenken eines von der Lichtquelle als ein Lichtstrom erzeugten Lichtstrahls, ein abgetastetes Element oder Medium, das von dem Lichtstrahl des Lichtstromes abgetastet wird, der von dem Deflektor abgelenkt wird, und ein optisches Abbildungsmittel, das zwischen dem Deflektor und dem abgetasteten Element oder Medium angeordnet ist. In dem optischen Abbildungsmittel können Linsen aus einem Kunststoffmaterial verwendet werden.
Eine Kunststofflinse kann zu sehr viel geringeren Kosten hergestellt werden als eine Glaslinse. Darüber hinaus können auch Kunststofflinsen einer speziellen Form in Massenproduktion hergestellt werden. Daher werden bei optischen Abtastsystemen nunmehr Kunststofflinsen in weitem Maße eingesetzt. Ein typisches Material zum Erzeugen einer Kunststofflinse ist Acryl.
Das Kunststoffmaterial hat jedoch den Nachteil, daß es durch die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit leichter beeinflußt wird als Glas. Insbesondere hinsichtlich der Luftfeuchtigkeit ist festzustellen, daß das Kunststoffmaterial eine Eigenschaft hat, Feuchtigkeit zu absorbieren. Daher absorbiert das Kunststoffmaterial in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit diese Feuchtigkeit. Im Ergebnis variiert der Brechungsindex des Kunststoffmaterials in starkem Maße aufgrund der absorbierten Feuchtigkeit. Wie bekannt, ist die Veränderung des Brechungsindex um so größer, je mehr Feuchtigkeit absorbiert ist.
Wie oben beschrieben, besitzt eine Kunststofflinse eine Eigenschaft, Feuchtigkeit zu absorbieren. Die absorbierte Feuchtigkeit verändert den Brechungsindex als auch die Form der Linse in starkem Maße. Demgemäß wird das Abbildungsverhalten der Linse durch die Luftfeuchtigkeit leicht beeinflußt. Im Ergebnis hat das optische Abtastsystem den Nachteil, daß seine Eigenschaften nicht stabil sind.
Ein Problem bei Schutzfilmen, wie sie für die Kunststofflinse des oben erwähnten optischen Systems gemäß der JP-A-1 100 510 verwendet werden, besteht darin, daß die optischen Eigenschaften der Kunststofflinse auf nachteilige Weise beeinflußt werden können.
Aus Patent Abstracts of Japan, Band 7, Nr. 48 (P-178), 24.02.1983 sowie aus JP-A-57 197 501 ist es bekannt, einen Vinylidenchlorid-Harzfilm als vor Feuchtigkeit schützenden Film auf einem Prisma abzuscheiden, daß aus einem Acrylharz besteht.
Ferner ist es aus Patent Abstracts of Japan, Band 12, Nr. 60 (E-584) 23.02.1988 und aus JP-A-62 202 437 bekannt, einen Film, der aus einem Vinylidenchlorid enthaltenden Polymer hergestellt ist, auf einer Oberfläche einer Linse vorzusehen, die aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme der herkömmlichen Technologie ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Abtastgerät oder -system bereitzustellen, das eine Kunststofflinse verwendet, deren Abbildungsverhalten durch die Luftfeuchtigkeit kaum beeinflußt ist.
Die obige Aufgabe wird durch ein optisches Abtastgerät, wie eingangs erwähnt, gelöst, wobei der Schutzfilm ein kristallines Hochpolymermaterial aufweist, das ein in einem Lösungsmittel lösliches kristallines Material ist, das aus einem Vinylidenchlorid und einem Vinylidenchlorid-Copolymer ausgewählt ist.
Erfindungsgemäß umfaßt ein optisches Abtastgerät generell einen Deflektor zum Ablenken eines Lichtstrahles, der von einer Lichtquelle als ein Lichtstrom herkommt, ein abgetastetes Medium oder Element, das von dem Lichtstrom des Lichtstrahles abgetastet wird, der von dem Deflektor abgelenkt wird, und ein optisches Abbildungsmittel, das zwischen dem abgetasteten Element oder Medium und dem Deflektor angeordnet sind. Das optische Abbildungsmittel besitzt wenigstens eine Kunststofflinse. Die Kunststofflinse besitzt wenigstens zwei Oberflächen. Eine Oberfläche ist eine optische Oberfläche oder, in anderen Worten, eine Oberfläche, auf die das abgelenkte Licht auftrifft, durch die der Lichtstrom also verläuft. Die andere Oberfläche ist eine nicht optische Oberfläche, oder mit anderen Worten, eine Oberfläche, auf die das abgelenkte Licht nicht auftrifft. Beide Oberflächen besitzen über ihre gesamte Fläche eine feuchtigkeitsfeste bzw. vor Feuchtigkeit geschützte Eigenschaft.
Die vorliegende Erfindung ergibt sich deutlicher aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der:
Fig. 1 eine Konzeptionsansicht ist, die einfach ein optisches Abtastgerät gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen Vorgang des Absorbierens und Ableitens von Feuchtigkeit zeigt, der an einer nicht optischen Oberfläche senkrecht zu einer optischen Oberfläche einer Kunststofflinse auftritt;
Fig. 3 eine Verteilung des Brechungsindex an der nicht optischen Oberfläche senkrecht zu der optischen Oberfläche der Kunststofflinse zeigt, die in Fig. 2 gezeigt ist.
Fig. 4 einen Prozeß des Absorbierens und Ableitens von Feuchtigkeit zeigt, der an einer optischen Oberfläche einer Kunststofflinse auftritt;
Fig. 5 eine Verteilung des Brechungsindex an der optischen Oberfläche einer Kunststofflinse zeigt, die in Fig. 4 gezeigt ist;
Fig. 6 Veränderungen der Spot-Größe einer Kunststofflinse von Tag zu Tag zeigt, die einem Prozeß zum Schutz vor Feuchtigkeit nicht ausgesetzt worden ist; und
Fig. 7 Veränderungen der Spot-Größe einer Kunststofflinse von Tag zu Tag zeigt, die einem Prozeß zum Schutz vor Feuchtigkeit ausgesetzt worden ist.
Ein Beispiel eines optischen Abtastgerätes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Lichtquelle 1 ist auf herkömmliche Weise vorgesehen, um einen Lichtstrahl in einer vorgegebenen Richtung auf ein Polariskop bzw. einen Deflektor 2 zu erzeugen. Der von der Lichtquelle 1 ausgehende Lichtstrahl wird von dem Deflektor 2 abgelenkt, so daß er als ein Lichtstrom 5 durch eine Kunststofflinse 3 in Richtung auf ein Medium oder Element 4 verläuft, das abzutasten ist. Der Lichtstrom 5 wird von dem Deflektor 2 abgelenkt und verläuft dann durch die Kunststofflinse 3. Der Lichtstrahl des Lichtstromes 5 bildet schließlich einen Abbildungsspot auf dem abgetasteten Medium oder Element 4.
Die Konfiguration dieses optischen Abtastgerätes ermöglicht, daß der Abbildungsspot die gesamte Fläche des abgetasteten Elementes oder Mediums 4 begleitend zu einer Drehung des Deflektors 2 abtastet.
Die Linse 3 bildet einen Teil eines optischen Abbildungsmittels. Das optische Abbildungsmittel kann einen Satz von mehreren Linsen mit wenigstens einer Kunststofflinse aufweisen, obwohl dies nicht dargestellt ist.
Wie es konzeptartig in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt die Kunststofflinse 3 zwei gegenüberliegende Oberflächen, auf denen das abgelenkte Licht auftrifft (und die im folgenden als optische Oberflächen bezeichnet werden), durch die der Lichtstrom 5 also verläuft, sowie vier Oberflächen, auf denen das abgelenkte Licht nicht auftrifft (im folgenden als nicht optische Oberfläche bezeichnet), durch die der Lichtstrom 5 also nicht verläuft.
Die Kunststofflinse 3 ist länglich und die Länge der Kunststofflinse 3 in Richtung parallel zu ihren optischen Oberflächen ist größer als ihre Länge in einer Richtung senkrecht zu den optischen Oberflächen.
Sämtliche Oberflächen der Kunststofflinse 3 besitzen über ihre gesamte Fläche feuchtigkeitsgeschützte Eigenschaften. Die optischen Oberflächen und die nicht optischen Oberflächen der Kunststofflinse werden einem Prozeß oder einer Behandlung zum Feuchtigkeitsschutz ausgesetzt. Bei einem typischen Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz wird die gesamte Fläche von allen Oberflächen der Kunststofflinse 3 mit einem kristallinen Hochpolymermaterial, das in einem Lösungsmittel löslich ist, beschichtet, wie Vinylidenchlorid. Vorzugsweise wird ein solches kristallines Hochpolymermaterial für den Beschichtungszweck ausgewählt, das überhaupt keine Wirkung auf die optischen Eigenschaften der Kunststofflinse hat. Für den Fall, daß das kristalline Hochpolymermaterial, das in einem Lösungsmittel löslich ist, eine gewisse Wirkung auf die optischen Eigenschaften besitzt, muß die Wirkung so klein sein, daß es sich hieraus kein Problem ergibt. Wie oben beschrieben kann zusätzlich zu dem Vinylidenchlorid ein Copolymer der Vinylidenchlorid-Familie ebenfalls als das lösliche kristalline Hochpolymermaterial verwendet werden. Diese Substanzen können als eine Abschirmung zum Schutz der sorgfältigen bzw. komplizierten Ausarbeitung der Linsenstruktur gegenüber Feuchtigkeitsmolekülen verwendet werden.
Die Kunststofflinse 3 wird einem Prozeß oder einer Behandlung zum Feuchtigkeitsschutz über die gesamte Fläche all ihrer Oberflächen ausgesetzt, d.h. den zwei optischen Oberflächen und den vier nicht optischen Oberflächen.
Nachstehend werden Beispiele erläutert, die zu Vergleichszwecken verwendet werden und die einem Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz über einen Teil oder Teile der gesamten Fläche der Oberflächen der Kunststofflinse unterzogen werden. Beispielsweise wird entweder die optische Oberfläche oder die nicht optische Oberfläche einer Behandlung zum Feuchtigkeitsschutz ausgesetzt. Die Wirkung des Prozesses zum Feuchtigkeitsschutz insgesamt im Falle der vorliegenden Erfindung wird mit dem Prozeß zum Feuchtigkeitsteilschutz der Vergleichsbeispiele verglichen.
In den Fig. 2 bis 5 gibt die Bezugsziffer d die Tiefe von der Oberfläche der Kunststofflinse an.
Ein typisches Ergebnis des in Fig. 3 gezeigten Vergleichsbeispieles wird über einen Prozeß erhalten, der in Fig. 2 gezeigt ist. Fig. 2 zeigt einen Zustand, bei dem die nicht optischen Oberflächen der Kunststofflinse 3 einen Vorgang einer Feuchtigkeitsabsorbierung und -ableitung erfahren, wie es durch die Pfeilrichtungen angedeutet ist. Fig. 3 zeigt eine Verteilung des Brechungsindex der Kunststofflinse 3 der nicht optischen Oberflächen, die den in Fig. 2 gezeigten Prozeß des Feuchtigkeitsabsorbierens und -ableitens erfahren haben. Der in Fig. 2 gezeigte Zustand ist einem Fall equivalent, bei dem nur die optischen Oberflächen der Kunststofflinse 3 einen Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz erfahren und dann einer Umgebung mit einer hohen Luftfeuchtigkeit ausgesetzt werden. In einem solchen Fall ist der Brechungsindex der Kunststofflinse 3 auf nicht gleichförmige Weise verteilt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wobei er von der Tiefe von den nicht optischen Oberflächen der Linse abhängt. Der Brechungsindex variiert in Abhängigkeit von der Tiefe von der nicht optischen Oberfläche. Wie oben beschrieben, besitzt der Brechungsindex der Kunststofflinse 3 aufgrund der absorbierten Feuchtigkeit eine nicht gleichförmige Verteilung, was den Lichtstrahl beeinflußt, der durch die Kunststofflinse 3 als Lichtstrom 5 verläuft. Es versteht sich daher, daß ein gewünschter Effekt nicht erhalten werden kann, wenn man den Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz nur auf die optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 anwendet.
Ein weiteres typisches Ergebnis des in Fig. 5 gezeigten Vergleichsbeispieles wird über einen Prozeß erhalten, der in Fig. 4 gezeigt ist. Fig. 4 zeigt einen Zustand, bei dem die optischen Oberflächen der Kunststofflinse 3 einen Prozeß einer Feuchtigkeitsabsorbierung und -ableitung erfahren, wie es durch die Pfeilrichtungen angedeutet ist. Fig. 5 zeigt eine Verteilung des Brechungsindex der Kunststofflinse 3, deren optische Oberfläche den in Fig. 4 gezeigten Prozeß der Feuchtigkeitsabsorbierung und -ableitung erfahren hat. Der in Fig. 4 gezeigte Zustand ist einem Fall equivalent, bei dem nur die nicht optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 einem Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz unterzogen und dann an eine Umgebung freigesetzt wird, die eine hohe Luftfeuchtigkeit aufweist. Auch in diesem Fall ist der Brechungsindex der Kunststofflinse 3 nicht gleichförmig verteilt wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Wie es in dieser Fig. gezeigt ist, variiert der Brechungsindex in Abhängigkeit von der Tiefe von der optischen Oberfläche. Wie oben beschrieben, besitzt der Brechungsindex der Kunststofflinse 3 eine nicht gleichförmige Verteilung aufgrund der absorbierten Feuchtigkeit, was den durch die Kunststofflinse 3 verlaufenden Lichtstrahl beeinflußt. Es versteht sich daher, daß eine gewünschte Wirkung nicht erhalten werden kann, wenn man den Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz nur auf die nicht optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 anwendet.
Wie oben beschrieben, wenn entweder nur die nicht optische Oberfläche oder nur die optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 dem Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz unterzogen wird, kann der gewünschte Effekt nicht erhalten werden.
Wenn andererseits weder die nicht optische Oberfläche noch die optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 den Vorgang der Feuchtigkeitsabsorbierung und -ableitung erfahren, wird der Brechungsindex der Kunststofflinse 3 gleichförmig. Der Zustand der Kunststofflinse 3, bei der sowohl die nicht optische Oberfläche als auch die optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 keinen Vorgang der Feuchtigkeitsabsorbierung und -ableitung erfahren, ist equivalent zu dem Fall, bei dem man die Kunststofflinse 3 freisetzt, nachdem sowohl die nicht optische Oberfläche als auch die optische Oberfläche der Kunststofflinse 3 einen Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz unterzogen worden sind.
Im folgenden werden Experimente erläutert, bei denen zwei Kunststofflinsen keinem Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz unterzogen werden und bei denen fünf Kunststofflinsen einen Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz über die gesamten Flächen sowohl ihrer optischen Oberflächen als auch ihrer nicht optischen Oberflächen erfahren. Kunststofflinsen wurden anschließend einer Umgebung mit einer hohen Feuchtigkeit ausgesetzt. Es ist anzumerken, daß die zwei Kunststofflinsen und die fünf Kunststofflinsen sämtlich vom gleichen Typ sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Nach dem Freisetzen an die Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit wurden Veränderungen der Spotgrößen beobachtet. Beide Experimente wurden unter absolut identischen Bedingungen ausgeführt, mit der Ausnahme der Zeit des Aussetzens an die Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit und der anfänglichen Spotgrößen. In den Fig. 6 bzw. 7 sind die Ergebnisse der Experimente mit und ohne den Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz gezeigt.
Es läßt sich aus Fig. 6 erkennen, daß eine Kunststofflinse, die keinem Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz unterzogen worden ist, große Veränderungen der Spotgröße zeigt, und zwar sogar vor dem Ablauf von 20 Tagen nach dem Beginn des Aussetzens in der Umgebung mit einer hohen Luftfeuchtigkeit.
Es läßt sich aus Fig. 7 andererseits erkennen, daß eine Kunststofflinse, die an ihrer gesamten Fläche sowohl der optischen Oberfläche als auch der nicht optischen Oberfläche einen Prozeß zum Feuchtigkeitsschutz erfahren hat, eine stabile Spotgröße zeigt, selbst nach dem Ablauf von 50 Tagen nach dem Beginn des Aussetzens in der Umgebung mit einer hohen Luftfeuchtigkeit.
In einem optischen Abtastgerät gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine in einem optischen Abbildungsmittel verwendete Kunststofflinse feuchtigkeitsgeschützte Eigenschaften auf der gesamten Fläche sowohl ihrer optischen Oberflächen als auch ihrer nicht optischen Oberflächen, wodurch eine stabile Abbildungscharakteristik gegeben ist, die durch Luftfeuchtigkeit über lange Zeitspannen nicht beeinflußt wird.

Claims

1. Optisches Abtastgerät, mit:

einer Lichtquelle (1) zum Erzeugen eines Lichtstrahles als ein Lichtstrom;

einem Deflektor (2) zum Ablenken des von der Lichtquelle (1) erzeugten Lichtstrahles;

einem abgetasteten Element (4), das von dem Lichtstrom des Lichtstrahles abgetasted wird, der von dem Deflektor (2) abgelenkt wird; und

einem optischen Abbildungsmittel, das zwischen dem abgetasteten Element (4) und dem Deflektor (2) angeordnet ist, wobei das optische Abbildungsmittel wenigstens eine Kunststofflinse (3) aufweist, wobei die gesamte Oberfläche der Linse (3), einschließlich der Oberflächenabschnitte, durch die das abgelenkte Licht übertragen wird, und der Oberflächenabschnitte, auf die kein abgelenktes Licht auftrifft, mit einem Schutzfilm beschichtet ist, um vor Feuchtigkeit schützende Eigenschaften ohne wesentliche Wirkung auf die optischen Eigenschaften der Kunststofflinse (3) zu erzielen,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzfilm ein kristallines Hochpolymermaterial aufweist, das ein in einem Lösungsmittel lösliches kristallines Material ist, das aus einem Vinylidenchlorid und einem Vinylidenchlorid-Copolymer ausgewählt ist.

2. Optisches Abtastgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse (3) eine längliche Form besitzt, die sich in einer Richtung im wesentlichen parallel zu den Oberflächenabschnitten der Linse erstreckt, durch die das abgelenkte Licht übertragen wird.

3. Optisches Abtastgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofflinse (3) zwei gegenüberliegende Flächen, durch die das abgelenkte Licht übertragen wird, und vier Flächen aufweist, auf die kein abgelenktes Licht auftrifft.

4. Optisches Abtastgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor ein drehbarer Polygonspiegel (2) ist.