專利名稱：用于光源單元的調(diào)整裝置和用于光源單元的調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元中的激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件的調(diào)整裝置以及用于該調(diào)整裝置的調(diào)整方法。本發(fā)明更具體地涉及一種用于調(diào)整光源單元的激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的調(diào)整裝置和調(diào)整方法。所述光源單元至少包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光源元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束，并將該光束引向偏轉(zhuǎn)器，并且從光源單元出射的光束限于供設(shè)在光學(xué)掃描裝置中的激光光源與偏轉(zhuǎn)器之間的光闌使用，以使得在主掃描方向上的光束寬度和在副掃描方向上的光束寬度彼此不同。
背景技術(shù)：
按照慣例，在安裝在激光束打印機(jī)和數(shù)字復(fù)印機(jī)上的光學(xué)掃描裝置的、包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件的光源單元的制造中，在獨(dú)立的處理中精細(xì)地調(diào)整激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置。光源單元的后級(jí)上的掃描光學(xué)系統(tǒng)通常是光學(xué)掃描裝置中的放大光學(xué)系統(tǒng)，并且必需嚴(yán)格調(diào)整激光光源相對(duì)于光源單元的會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的相對(duì)位置。如果不執(zhí)行嚴(yán)格調(diào)整，則光束斑點(diǎn)直徑在諸如感光鼓的將被掃描的表面上增大，或者光束不能在期望的照射位置上成像，從而導(dǎo)致難以進(jìn)行高清晰度的打印和顏色配準(zhǔn)校準(zhǔn)。對(duì)于用于光源單元的激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的調(diào)整方法和調(diào)整裝置，已提出了一些提議。根據(jù)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. H08-136781中所述的調(diào)整工具，從附連的光源單元出射的光被工具透鏡成像為斑點(diǎn)。對(duì)于成像的光束斑點(diǎn)，由物鏡、放大光學(xué)系統(tǒng)和照相機(jī)構(gòu)造的檢測(cè)系統(tǒng)讀取光束斑點(diǎn)的輪廓，圖像處理設(shè)備計(jì)算斑點(diǎn)直徑，計(jì)算給出最小光束斑點(diǎn)直徑的焦深中心，并確定與光軸正交的截面上的照射位置是否在最優(yōu)位置。對(duì)保持會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的透鏡鏡筒進(jìn)行三維控制和驅(qū)動(dòng)，以使得焦點(diǎn)和照射位置最優(yōu)。 圖20將這種調(diào)整方法概括為算法。在圖20中所示的流程圖中，在焦點(diǎn)方向上相對(duì)于設(shè)計(jì)位置Xo在士dXXN范圍中以間距dX移動(dòng)準(zhǔn)直透鏡2XN+1次，在每個(gè)位置處讀取光束斑點(diǎn)的輪廓，從而計(jì)算散焦量Δ X，并進(jìn)一步計(jì)算照射位置偏移ΔΥ和ΔΖ(日本專利申請(qǐng)公開(kāi) No. Η08-136781 中的段落
至
和圖 4Α 至 8 和圖 14)。根據(jù)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.HOS-136781，還描述了一種不是基于光束斑點(diǎn)直徑、而是基于激光束的光量的峰值來(lái)確定焦點(diǎn)的確定方法(段落W049])。而且，諸如包括垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的單片多束型的多束型光學(xué)掃描裝置被作為光學(xué)掃描裝置制成產(chǎn)品。作為利用多束配置的結(jié)果，還必需校準(zhǔn)相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)的光軸的一行發(fā)光點(diǎn)的垂直度。如果垂直度沒(méi)有被校準(zhǔn)，則產(chǎn)生光束之間的焦點(diǎn)差異， 艮口，所謂的不對(duì)稱模糊。例如，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.Hll-064755提出了這樣一種方法，該方法涉及對(duì)于兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)，在對(duì)第一發(fā)光點(diǎn)的聚焦之后，重復(fù)一定次數(shù)激光元件的旋轉(zhuǎn)調(diào)整和準(zhǔn)直透鏡的精細(xì)調(diào)整，同時(shí)觀測(cè)對(duì)第二發(fā)光點(diǎn)的聚焦(段落W024]、圖4A和4B)。然而，用于激光光源單元的常規(guī)調(diào)整方法具有必需長(zhǎng)調(diào)整時(shí)間的問(wèn)題。根據(jù)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. H08-136781，必需重復(fù)下述處理預(yù)定次數(shù)，即，將激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的間隔改變少量dX(散焦)，讀取光束斑點(diǎn)的輪廓，并計(jì)算斑點(diǎn)直徑和峰值光量。在圖20中重復(fù)斑點(diǎn)輪廓的讀取和斑點(diǎn)直徑的計(jì)算2XN+1次?；诟鶕?jù)散焦的斑點(diǎn)直徑和峰值光量的變化來(lái)計(jì)算最佳焦點(diǎn)位置，從而調(diào)整激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的間隔，這因而造成重復(fù)操作需要工時(shí)的問(wèn)題。為了確認(rèn)激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的間隔被確定和固定之后的焦點(diǎn)位置，進(jìn)一步必需重復(fù)下述處理預(yù)定次數(shù)，即，使包括照相機(jī)的檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)散焦，讀取光束斑點(diǎn)的輪廓，并計(jì)算斑點(diǎn)直徑和峰值光量。該確認(rèn)處理也花費(fèi)調(diào)整時(shí)間。而且，根據(jù)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. Hl 1-064755，為了對(duì)多個(gè)光束的發(fā)光元件中的每個(gè)執(zhí)行散焦調(diào)整，所謂的不對(duì)稱模糊調(diào)整，需要根據(jù)光束數(shù)量執(zhí)行的對(duì)于每個(gè)光束的焦點(diǎn)測(cè)量的次數(shù)增大，從而導(dǎo)致調(diào)整時(shí)間增長(zhǎng)。如果在與光軸垂直的方向上相對(duì)地偏移激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，則產(chǎn)生打印位置的精度的誤差，從而導(dǎo)致難以進(jìn)行顏色配準(zhǔn)校準(zhǔn)。如果特別地在多束掃描系統(tǒng)中不圍繞光軸進(jìn)行光源的嚴(yán)格調(diào)整，則沒(méi)有以期望的間隔實(shí)現(xiàn)光束間距，從而導(dǎo)致圖像劣化。結(jié)果， 為了重復(fù)每個(gè)光束的打印位置的測(cè)量和調(diào)整，調(diào)整時(shí)間增長(zhǎng)。因此，在與光軸正交的方向上必需進(jìn)行激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件的嚴(yán)格定位，這引起長(zhǎng)的組裝/調(diào)整時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于光源單元的調(diào)整裝置，該調(diào)整裝置可縮短用于調(diào)整將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的調(diào)整時(shí)間。用于安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的調(diào)整裝置具有以下配置。提供一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的調(diào)整裝置，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光學(xué)元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束，并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述調(diào)整裝置包括分割元件，所述分割元件用于將從光源單元出射的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；成像光學(xué)元件，所述成像光學(xué)元件用于將被分割元件分割的所述多個(gè)光束成像在光接收元件上；和調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)用于基于與分割的多個(gè)光束對(duì)應(yīng)的成像在光接收元件上的多個(gè)圖像之間的相對(duì)位置和所述多個(gè)圖像相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)元件的光軸的位置來(lái)調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔΧ以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔΥ和ΔΖ。此外，在所述調(diào)整裝置中，所述分割元件將穿過(guò)第一光闌的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向這二者上的多個(gè)光束，所述第一光闌設(shè)置在與設(shè)在光學(xué)掃描裝置中的激光光源與偏轉(zhuǎn)器之間的第二光闌在光學(xué)上等效的位置處。此外，在所述調(diào)整裝置中，所述調(diào)整裝置能夠調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置、會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在主掃描方向上的相對(duì)位置以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在副掃描方向上的相對(duì)位置。此外，在所述調(diào)整裝置中，所述分割元件包括棱鏡陣列，在所述棱鏡陣列中，棱鏡被布置為使得入射表面或出射表面是一個(gè)平坦表面，入射表面和出射表面中的另一個(gè)由彼此不平行并且與所述一個(gè)平坦表面不平行的多個(gè)平坦表面構(gòu)造。
此外，在所述調(diào)整裝置中，所述棱鏡陣列的棱鏡的布置方向與進(jìn)入棱鏡陣列的光束的光瞳的最大直徑方向一致。此外，在所述調(diào)整中，滿足以下表達(dá)式PXFj+Sp > 2 X Fj X Xmax X ΗΛ4 XF2)，其中，P(弧度)是在下述情況下獲得的兩個(gè)光束之間的相對(duì)角度，在所述情況下，從具有設(shè)計(jì)值的光源單元出射的光束被用作光瞳分割元件的棱鏡陣列分割為在光瞳的最大直徑方向上的兩個(gè)光束，所述兩個(gè)光束從棱鏡陣列的出射表面出射，H是所述光束的光瞳的最大直徑方向上的寬度，F(xiàn)是會(huì)聚光學(xué)元件的焦距，F(xiàn)j是成像光學(xué)元件的焦距，Sp是成像在光接收元件上的光束的斑點(diǎn)直徑，Xmax是激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的在光軸方向上的最大偏移量的絕對(duì)值。此外，在所述調(diào)整裝置中，所述分割元件包括透鏡陣列，在所述透鏡陣列中，至少入射表面或出射表面通過(guò)布置具有相同曲率的多個(gè)彎曲表面來(lái)構(gòu)造。此外，在所述調(diào)整裝置中，所述透鏡陣列的布置方向至少與進(jìn)入透鏡陣列的光束的光瞳的最大直徑方向一致。提供一種光源單元，該光源單元使得會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置被所述調(diào)整裝置調(diào)整。此外，在所述光源單元中，所述激光光源包括多個(gè)發(fā)光點(diǎn)。提供一種包括所述光源單元的光學(xué)掃描裝置。提供一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的調(diào)整方法，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光學(xué)元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述調(diào)整方法包括將從光源單元出射的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；將分割的多個(gè)光束成像在光接收元件上；和基于與分割的多個(gè)光束對(duì)應(yīng)的成像在光接收元件上的多個(gè)圖像之間的相對(duì)位置和所述多個(gè)圖像相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)元件的光軸的位置，來(lái)調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔΧ以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔΥ和ΔΖ。提供一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的制造方法，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光學(xué)元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述制造方法包括將從光源單元出射的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；將分割的多個(gè)光束成像在光接收元件上；基于與分割的多個(gè)光束對(duì)應(yīng)的成像在光接收元件上的多個(gè)圖像之間的相對(duì)位置和所述多個(gè)圖像相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)元件的光軸的位置來(lái)調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔΧ以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔΥ和Δ Z ；和然后確定會(huì)聚光學(xué)元件的位置和激光光源的位置中的至少一個(gè)?？商峁┯糜诠庠磫卧恼{(diào)整裝置和提供用于光源單元的調(diào)整方法，所述調(diào)整裝置可縮短用于調(diào)整激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的組裝和調(diào)整時(shí)間。從以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清楚。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)整裝置的截面圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的調(diào)整裝置的透視圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的用于激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的調(diào)整方法的流程圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整裝置的示意性配置圖。圖4B是圖4A中所示的本發(fā)明的調(diào)整裝置的示意性配置圖的放大圖。圖5A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖5C是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖5D是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖5E是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖5F是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖5G是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在X方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖5H是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在X方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖51是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在Y方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖5J是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的數(shù)值示例1中的當(dāng)激光光源在Z方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的調(diào)整裝置的截面圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的調(diào)整裝置的透視圖。圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖8C是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖8D是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖8E是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。
圖8F是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖8G是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在X方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖8H是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在Y方向上以0. 02mm的間距移位士0. 05mm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖81是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的數(shù)值示例2中的當(dāng)激光光源在Z方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的調(diào)整裝置被用于調(diào)整單個(gè)光束的激光光源的情況(數(shù)值示例3-1)的透視圖。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的調(diào)整裝置的光瞳分割元件的部分細(xì)節(jié)圖。圖IlA是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖IlB是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖IlC是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖IlD是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖IlE是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖IlF是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖IlG是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在X方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖IlH是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在Y方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖111是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在Z方向上以0. 02mm的間距移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖IlJ是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-1中的當(dāng)激光光源在X方向上移位士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在H平面上的位移的圖表。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的調(diào)整裝置被用于調(diào)整多個(gè)光束的激光光源的情況(數(shù)值示例3- 的情況的透視圖。圖13A是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-2中的當(dāng)激光光源設(shè)置在理想位置處時(shí)獲得的12個(gè)光束斑點(diǎn)在像面上的布置的圖表。圖1 是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-2中的當(dāng)激光光源在X方向上移位(與會(huì)聚透鏡的間隔增大0. Imm)時(shí)獲得的12個(gè)光束斑點(diǎn)在像面上的布置的圖表。圖13C是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-2中的當(dāng)激光光源在X方向上移位(與會(huì)聚透鏡的間隔減小0. Imm)時(shí)獲得的12個(gè)光束斑點(diǎn)在像面上的布置的圖表。圖13D是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的數(shù)值示例3-2中的當(dāng)激光光源圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)獲得的12個(gè)光束斑點(diǎn)在像面上的布置的圖表。圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的調(diào)整裝置的透視圖。圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的調(diào)整裝置的光瞳分割元件的部分細(xì)節(jié)圖。圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的調(diào)整裝置的XY平面上的截面圖。圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的調(diào)整裝置的)(Z平面上的截面圖。圖18A是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖18B是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖18C是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖18D是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。圖18E是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Y方向上的位移量的圖表。圖18F是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在Z方向上的位移量的圖表。 圖18G是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在X方向上以0. 02mm的間距偏移士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖18H是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在Y方向上以0. 02mm的間距偏移士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖181是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的當(dāng)激光光源在Z方向上以0. 02mm的間距偏移士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)在TL平面上的移動(dòng)軌跡的圖表。圖18J是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的數(shù)值示例4中的由當(dāng)激光光源在X方向上偏移士0. Imm時(shí)獲得的TL平面上的四個(gè)光束斑點(diǎn)形成的矩形的變化的圖表。圖19是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的光學(xué)掃描裝置的示意圖。圖20是示出根據(jù)常規(guī)示例的用于激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的調(diào)整方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。第一實(shí)施例圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元的調(diào)整裝置的截面圖，圖2是該調(diào)整裝置的透視圖。根據(jù)本實(shí)施例的調(diào)整裝置是用于調(diào)整將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的關(guān)系的調(diào)整裝置，如圖1和2所示，包括安裝單元(未顯示)、光闌(第二光闌)4、光瞳分割元件5、用作成像光學(xué)元件的工具透鏡6和用作光接收傳感器(光接收元件)的二維CCD照相機(jī)8，所述安裝單元用于固定將調(diào)整的光源單元21，光源單元21包括激光光源1和用作會(huì)聚光學(xué)元件的會(huì)聚透鏡3。坐標(biāo)系被配置為使得光軸被分配給X軸，Y軸和Z軸設(shè)在與X軸正交的平面上。現(xiàn)在參照?qǐng)D1和2給出本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置的描述。激光光源1和會(huì)聚透鏡3由用作保持構(gòu)件的激光器保持器2保持，并形成用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元21。光源單元21可通過(guò)安裝單元(未顯示)從本實(shí)施例的調(diào)整裝置拆卸下來(lái)。將會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2，然后將激光器保持器2安裝在調(diào)整裝置上。激光光源1由作為調(diào)整機(jī)構(gòu)的工具手(未顯示)保持，從而提供可相對(duì)于激光器保持器2(會(huì)聚透鏡幻三維移位的配置。在通過(guò)稍后將描述的本發(fā)明的調(diào)整方法精細(xì)地調(diào)整激光光源1的位置從而實(shí)現(xiàn)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3的相對(duì)位置的期望三維精度之后， 將激光光源1固定到激光器保持器2。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2 的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。光闌4是其中鉆有具有Y方向上的長(zhǎng)軸的橢圓形孔的板。光束10被具有橢圓形開(kāi)口的光闌4成形為橢圓，并具有Y方向上的最大直徑。光瞳分割元件(分割元件)5由通過(guò)在Y方向上布置棱鏡5A和棱鏡5B而構(gòu)造的棱鏡陣列形成。棱鏡的布置方向因此與光束的最大直徑方向一致。棱鏡5A和棱鏡5B具有相對(duì)于包含光軸的)(Z平面彼此對(duì)稱的形狀。在圖1和2中，入射表面相對(duì)于H平面傾斜， 出射表面由與TL平面平行的一個(gè)平面形成。雖然在圖1和2中入射表面的斜度被傾斜成使得厚度朝向光軸減小，但是這些斜度可被傾斜成使得厚度相反地朝向光軸增大。工具透鏡6將入射光束會(huì)聚到像面7上(光接收元件上)，從而形成光束斑點(diǎn)7A 和7B。用作光接收傳感器的CXD照相機(jī)8讀取形成在像面7上的光束斑點(diǎn)作為圖像。CXD 照相機(jī)8由在其中二維布置物鏡和光接收像素的CCD傳感器構(gòu)造。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被CCD照相機(jī)8讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處。通過(guò)基于計(jì)算的光束斑點(diǎn)的H坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)和控制保持激光光源1的工具手(未顯示)，調(diào)整激光光源1與會(huì)聚光學(xué)元件3之間的相對(duì)位置?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1和2給出更具體的操作的描述。為了簡(jiǎn)單描述，在圖1中僅示出光束的邊緣束，在圖2中僅示出光束的主光線。如果光源單元21通過(guò)安裝單元(未顯示)附連到根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整裝置，并且激光光源1開(kāi)啟，則從激光光源1出射的激光束被會(huì)聚透鏡3會(huì)聚。通過(guò)使會(huì)聚透鏡3的前焦點(diǎn)位置與激光光源1一致來(lái)將激光束轉(zhuǎn)換為平行光束。對(duì)于實(shí)現(xiàn)平行光束的期望平行度， 必需的是光軸(X)方向上的會(huì)聚透鏡3和激光光源1的前焦點(diǎn)位置之間的位置偏移容限為士0. 050mm,更優(yōu)選地，士0. 020mm或更小。類似地，如果激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3的光軸在垂直方向(Y方向或Z方向)上極大地偏移，則該偏移對(duì)光學(xué)掃描裝置的打印位置的精度產(chǎn)生影響。因此，必需的是，Y方向和Z方向上的位置偏移容限為士0. 100mm，更優(yōu)選地， 士 0. 030mm或更小。然而，當(dāng)組裝光源單元21時(shí)，通常難以在光軸⑴方向、Y方向和Z方向上以這樣的期望精度提供布置，因此，必需在組裝之后進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。從會(huì)聚透鏡3出射的光束被具有橢圓形開(kāi)口的光闌4限制(成形)為在與光軸正交的截面中為橢圓的光束10，然后被使用。調(diào)整裝置中的從光源單元21的會(huì)聚透鏡3到光闌4的在光軸方向上的距離優(yōu)選地與光學(xué)掃描裝置中的從會(huì)聚透鏡3到光闌(第一光闌) 的在光軸方向上的距離一致?？商鎿Q地，可將會(huì)聚透鏡3和光闌4布置在與其在光學(xué)上等效的位置處。穿過(guò)光闌4的光束10進(jìn)入構(gòu)造光瞳分割元件5的棱鏡5A和5B。如從圖1可見(jiàn)，光束10在Y方向上被分割為兩個(gè)部分，S卩，光瞳正側(cè)上的光束IOA和光瞳負(fù)側(cè)上的光束10B。 光瞳正側(cè)上的光束IOA被棱鏡5A偏轉(zhuǎn)到Y(jié)方向上的正側(cè)，光瞳負(fù)側(cè)上的光束IOB被棱鏡5B 偏轉(zhuǎn)到Y(jié)方向上的負(fù)側(cè)。進(jìn)入工具透鏡6的光束IOA和IOB經(jīng)歷工具透鏡6的成像效應(yīng)，從而分別在工具透鏡6的像面7上形成光束斑點(diǎn)7A和7B。CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)7A和7B作為圖像。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處。如果激光光源1和會(huì)聚透鏡3布置在理想狀態(tài)下(在設(shè)計(jì)位置處)，并且從會(huì)聚透鏡3出射的激光束是具有期望平行度的平行光束，則光束斑點(diǎn)7A和7B分別在像面7的Y 軸上的位置(+Yo，0)和(_Υο，0)處形成圖像，其中，像面7上在光軸上的點(diǎn)被表示為H平面上的原點(diǎn)(0，0)?，F(xiàn)在給出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的實(shí)際相對(duì)位置在這種情況下偏移時(shí)如何觀測(cè)光束斑點(diǎn)7Α和7Β的描述。首先，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的距離比理想狀態(tài)下的該距離短ΔΧ，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10是趨向于分散的光束。如從圖1可見(jiàn)，如果光束 10是分散光束，則被光瞳分割元件5分割的光束IOA離X軸更遠(yuǎn)，并朝向Y方向上的正側(cè)移位。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IOA離X軸更遠(yuǎn)，并在朝向Y方向上的正側(cè)移位的同時(shí)會(huì)聚，從而導(dǎo)致像面7上光束斑點(diǎn)7Α的位置朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)7Α被觀測(cè)為像面7上的位置(+Yo+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10是分散光束，則被光瞳分割元件5分割的光束IOB離X軸更遠(yuǎn)，并朝向Y方向上的負(fù)側(cè)移位。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IOB離X軸更遠(yuǎn)，并在朝向 Y方向上的負(fù)側(cè)位移的同時(shí)會(huì)聚，從而導(dǎo)致像面7上光束斑點(diǎn)7B的位置朝向負(fù)側(cè)移位。光束斑點(diǎn)7B被觀測(cè)為像面7上的位置(-Yo-dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，-dY是在這種情況下獲得的位移量。結(jié)果，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的距離比理想狀態(tài)下的該距離短ΔΧ，則光束斑點(diǎn)7A與7B之間的間隔被觀測(cè)為增大2XdY的間隔。然后，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Y方向上移動(dòng)Δ Y < 0 (朝向Y軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖1可見(jiàn)，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件5分割的光束IOA也具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡 6的光束IOA也以Y方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)7Α的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)7Α被觀測(cè)為位置(+Yo+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件5分割的光束IOB也具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IOB也以Y
11方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)7B的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn) 7B被觀測(cè)為位置(_Yo+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。結(jié)果，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Y方向上移動(dòng)Δ Y < 0，則光束斑點(diǎn)7Α與7Β之間的間隔沒(méi)有變化，光束斑點(diǎn)7Α和7Β都被觀測(cè)為在 Y方向上移位dY的光束斑點(diǎn)。如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Z方向上移動(dòng) Δ Z < 0 (朝向Z軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖2可見(jiàn)，如果光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件5分割的光束IOA也具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IOA以Z方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)7Α的位置因此朝向正側(cè)移位。 光束斑點(diǎn)7Α被觀測(cè)為位置(+Yo，dZ)處的光束斑點(diǎn)，其中，dZ是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件5分割的光束IOB也具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IOB也以Z 方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)7B的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn) 7B被觀測(cè)為位置(_Yo，dZ)處的光束斑點(diǎn)，其中，dZ是在這種情況下獲得的位移量。結(jié)果，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Z方向上移動(dòng)Δ Z < 0，則光束斑點(diǎn)7Α與7Β之間的間隔沒(méi)有變化，光束斑點(diǎn)7Α和7Β都被觀測(cè)為在 Z方向上移位dZ的光束斑點(diǎn)。如在以下數(shù)值示例中所述的，光束斑點(diǎn)7A與7B之間的間隔(這兩個(gè)光束的圖像之間的相對(duì)位置)及其位置(這兩個(gè)光束的圖像中的每個(gè)相對(duì)于光軸的位置)的變化量與激光光源1和會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)7A 和7B的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量所述間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。根據(jù)本發(fā)明，⑶D照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)7A和7B作為圖像。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處。計(jì)算二維CCD傳感器上每個(gè)斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)的方法可以是已知的方法。計(jì)算的光束斑點(diǎn)7A和7B在TL平面上的坐標(biāo)分別是(YA，ZA)和(TO，ZB)。雖然如果在裝置中沒(méi)有生產(chǎn)誤差，ZA = ZB適用，但是實(shí)際上存在生產(chǎn)誤差，因此ZA 觀適用。 而且，理想狀態(tài)下的坐標(biāo)(設(shè)計(jì)位置)是(+Yo，0)和(_Υο，0)。而且，光束斑點(diǎn)7Α和7Β對(duì)于激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置偏移的坐標(biāo)移位敏感度用以下表達(dá)式(1)至C3)表示。Ax=(散焦(X方向上的偏移))/(Υ方向上的光束斑點(diǎn)偏移量)(1)Ay= (Y方向上的偏移)/(Υ方向上的光束斑點(diǎn)偏移量)(2)Az = (Ζ方向上的偏移)/(Ζ方向上的光束斑點(diǎn)偏移量)(3)這些敏感度可通過(guò)仿真或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)計(jì)算?；谶@些坐標(biāo)移位敏感度，激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Χ、Υ和Z方向上的相對(duì)位置偏移量(ΔΧ、ΔΥ和ΔΖ)分別用以下表達(dá)式⑷至(6)表示。Δ X = Ax X ((YA-YB) _2 X Yo) (4)
其中，Δ X是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的相對(duì)位置偏移量。ΔΥ = AyX (ΥΑ+ΥΒ) /2 (5)其中，Δ Y是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Y方向上的相對(duì)位置偏移量。Δ Z = Az X (ΖΑ+ΖΒ) /2 (6)其中，Δ Z是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Z方向上的相對(duì)位置偏移量。X方向上的相對(duì)位置偏移量ΔΧ通過(guò)光束斑點(diǎn)7Α與7Β之間的距離與理想狀態(tài)下它們之間的距離的差值來(lái)計(jì)算。Y方向上的偏移通過(guò)光束斑點(diǎn)7Α和7Β在Y方向上的位置與理想狀態(tài)下它們?cè)赮方向上的位置的平均差值來(lái)計(jì)算。Z方向上的偏移通過(guò)光束斑點(diǎn)7Α 和7C在Z方向上的位置與理想狀態(tài)下它們?cè)赯方向上的位置的平均差值來(lái)計(jì)算。在通過(guò)基于計(jì)算的ΔΧ、ΔΥ和ΔΖ對(duì)保持激光光源1的工具手(未示出)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的期望精度之后，將激光光源1固定到激光器保持器2。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。圖3將這種調(diào)整方法概括為算法。如圖3所示，僅需執(zhí)行每個(gè)光束斑點(diǎn)的輪廓的讀取一次，并可通過(guò)從僅執(zhí)行一次的測(cè)量結(jié)果的分布圖計(jì)算的重心坐標(biāo)來(lái)計(jì)算散焦量ΔΧ 及照射位置偏移ΔΥ和ΔΖ。因此，本發(fā)明不必在移動(dòng)透鏡和激光光源的位置的同時(shí)在多個(gè)位置條件下重復(fù)讀取每個(gè)光束斑點(diǎn)的輪廓，從而如被例舉為比較示例的圖20中所示的那樣計(jì)算斑點(diǎn)直徑。坐標(biāo)移位敏感度Ay和kz通過(guò)會(huì)聚透鏡3的焦距和工具透鏡6的焦距來(lái)確定，因此為了獲得期望的敏感度，需要根據(jù)將調(diào)整的光源單元的會(huì)聚透鏡3對(duì)工具透鏡6的焦距進(jìn)行優(yōu)化。為了提高敏感度，從而提高檢測(cè)精度，僅必需增大工具透鏡6的焦距。坐標(biāo)移位敏感度Ax通過(guò)會(huì)聚透鏡3的焦距、工具透鏡6的焦距和光束10的光束寬度來(lái)確定。為了提高敏感度，光束優(yōu)選地更寬，從而提高檢測(cè)精度，并且構(gòu)造光瞳分割元件5的棱鏡5A和5B的布置方向優(yōu)選地與光束10的最大直徑方向?qū)R。現(xiàn)在參照?qǐng)D4A和4B對(duì)此的原因進(jìn)行描述。圖4A是圖1的放大版本。圖4A的參考標(biāo)號(hào)與圖1中所示的參考標(biāo)號(hào)相同。如果在圖4A和4B中激光光源1從設(shè)計(jì)位置朝向會(huì)聚透鏡3接近激光光源1 ‘，則光路用虛線指示。而且，圖4A和4B中所示的Y方向是光瞳的最大直徑方向，光瞳的最大直徑方向上的光束寬度是H。而且，光瞳分割元件5A和5B布置在光瞳的最大直徑方向上。在圖4A中，為了簡(jiǎn)化，省略光瞳分割元件5B上的光束。激光光源更接近會(huì)聚透鏡3，從會(huì)聚透鏡3出射的光束因此趨向于略微分散。結(jié)果，像面7上的與穿過(guò)光瞳分割元件5A的光束IOA對(duì)應(yīng)的光束斑點(diǎn)7A移位到光束斑點(diǎn)7A'。圖4B是圖4A的激光光源1和1'及會(huì)聚透鏡3的放大圖，并示出該部分的細(xì)節(jié)。 圖4B僅示出激光光源1和1'、會(huì)聚透鏡3和光束IOA的中心光束(實(shí)線表示激光光源1 的中心光束，虛線表示激光光源1'的中心光束)。激光光源1設(shè)置在與會(huì)聚透鏡3的前焦距F對(duì)應(yīng)的位置(理想位置或設(shè)計(jì)位置)處。工具透鏡6的焦距是Fj。假設(shè)激光光源1' 實(shí)際上附連到沿著光軸相對(duì)于激光光源1偏移dX的位置。中心光束與光軸之間的距離在會(huì)聚透鏡3處是H/4。而且，如圖4B所示，在激光光源1'的位置處從激光光源1出射的中心光束與光軸之間的距離被定義為△，分別從激光光源1'和激光光源1出射的兩個(gè)中心光束之間的相對(duì)角度為ε。在這種情況下以下關(guān)系適用。Δ = (F-dX) X ε ^ FX ε (7)而且，根據(jù)圖4Β中的相似性，以下關(guān)系適用。(H/4) /F=A /dX (8)然后，從表達(dá)式(7)和⑶獲得以下表達(dá)式。ε ^ Δ /F = dXXH/ (4 X F2) (9)此外，兩個(gè)中心光束以相互角度ε進(jìn)入工具透鏡6，光束斑點(diǎn)7Α與7Α'之間的間隔dY因此用以下表達(dá)式(10)表示。dY = FjXe ^ Fj X dXXH/(4 X F2) (10)根據(jù)該表達(dá)式，dY與H成比例，dY極大地變化，并且隨著H增大，也就是說(shuō)，隨著光束的光瞳直徑增大，敏感度增大。構(gòu)造光瞳分割元件5的棱鏡5A和5B的布置方向因此優(yōu)選地與光束10的最大直徑方向一致。而且，表達(dá)式(10)被變換為以下表達(dá)式(11)。dX ^ dYX (4XF2)/H/Fj (11)根據(jù)表達(dá)式(1)定義的坐標(biāo)移位敏感度Ax因此可用以下表達(dá)式(12)來(lái)近似。Ax ^ (4XF2)/H/Fj (12)對(duì)于圖1中準(zhǔn)確地遵循設(shè)計(jì)值的布置，被光瞳分割元件5分割的兩個(gè)光束IOA與 IOB之間的相對(duì)角度是P (弧度)。這種情況下的像面7上的斑點(diǎn)7A與7B之間的相對(duì)距離 2 用以下表達(dá)式表示2Yo = PXFj (13),其中，F(xiàn)j是工具透鏡6的焦距。另一方面，斑點(diǎn)7Α和7Β的位置分別根據(jù)以下表達(dá)式改變dY ^ 士 Fj X Xmax X ΗΛ4 XF2) (14)，其中，Xmax是通過(guò)組裝產(chǎn)生的激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的光軸方向上的最大偏移量的絕對(duì)值。因此估計(jì)斑點(diǎn)7A與7B之間的相對(duì)距離的位移在以下表達(dá)式(1 內(nèi)變化士 Fj X Xmax X H/0 X F2) X 2 (15)因此，如果對(duì)于遵循設(shè)計(jì)值的布置的斑點(diǎn)7A與7B之間的相對(duì)距離(表達(dá)式(13)) 和由組裝產(chǎn)生的斑點(diǎn)7A與7B之間的相對(duì)距離的位移(表達(dá)式(1 )沒(méi)有被正確地設(shè)置， 則斑點(diǎn)7A和7B的序列轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致難以計(jì)算光軸方向上的偏移量。根據(jù)本發(fā)明，因此提供以下表達(dá)式(16)。2Yo = PXFj > Fj XXmaxXH/ (4XF2) X 2 (16)考慮到斑點(diǎn)7Α和7Β的斑點(diǎn)直徑Sp，進(jìn)一步提供以下表達(dá)式(17)。2Yo+Sp = PXFj+Sp > FjXXmaxXH/ (4 X F2) X 2 (17)雖然根據(jù)本實(shí)施例首先固定會(huì)聚透鏡3，然后精細(xì)地調(diào)整激光光源1，但是相反地，可首先固定激光光源1，然后可精細(xì)地調(diào)整會(huì)聚透鏡3的位置。理想布置中的光束斑點(diǎn)的坐標(biāo)可通過(guò)仿真來(lái)計(jì)算，或者可使用根據(jù)實(shí)際對(duì)象生成的主光源單元中的光束斑點(diǎn)的坐標(biāo)。雖然由物鏡和二維CCD傳感器構(gòu)造的CCD照相機(jī)被描述為光接收傳感器，但是光接收傳感器不限于CCD照相機(jī)?？衫靡阎椒?，只要該方法可計(jì)算接收的光束斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)即可。諸如直接設(shè)置在像面7的傳感器的光接收表面、CMOS傳感器或一維線傳感器的各種變型可被用作光接收傳感器。而且，如果光束斑點(diǎn)7A與7B之間的間隔根據(jù)光瞳分割元件5的棱鏡的角度的設(shè)置而增大，并且一個(gè)傳感器不能接收這些斑點(diǎn)，則可使用兩個(gè)光接收傳感器，或者可將一個(gè)光接收傳感器安裝在移動(dòng)臺(tái)架上，然后可順序地讀取光束斑點(diǎn)7A和7B的圖像。而且，雖然根據(jù)本實(shí)施例假設(shè)使用通過(guò)會(huì)聚透鏡3提供平行光束的光源單元，但是本發(fā)明不限于該光源單元，并可應(yīng)用于提供會(huì)聚光束或者分散光束的光源單元。 而且，諸如光瞳分割元件和工具透鏡的本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)可應(yīng)用于激光光源單元被構(gòu)建到掃描光學(xué)系統(tǒng)中的情況?？赏ㄟ^(guò)至少將棱鏡5A和5B的入射表面或出射表面形成為其中布置具有相同曲率的彎曲表面的透鏡陣列而不是平面，來(lái)降低工具透鏡6的折光力或者省略工具透鏡6本身。此外，根據(jù)本實(shí)施例，光瞳分割元件5被描述為具有相對(duì)于TL平面傾斜的入射表面和由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的出射表面的棱鏡陣列，但是本發(fā)明不限于這種配置。甚至具有相對(duì)于η平面傾斜的出射表面和由與TL平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的入射表面的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果。換句話講，甚至其中其入射表面或出射表面相對(duì)于 YZ平面傾斜并且其入射表面和出射表面中的另一個(gè)由與TL平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果。數(shù)值示例1現(xiàn)在給出圖1和2中所示的根據(jù)第一實(shí)施例的調(diào)整裝置的數(shù)值示例的描述。如表1所示那樣布置光學(xué)系統(tǒng)。在表1中，R表示表面的曲率半徑；d表示第η表面與第(η+1)表面之間的間隔；N表示折射率。表 1
15表面編號(hào)RdN
LD10.002.01.0000
蓋玻片20.000.31.5105
30.0021.11.0000
物鏡40.003.01.7617
5-19.0623.61.0000
光闌60.005.01.0000
光瞳分割元70.002.01.5105 件
80.00293.01.0000
工具透鏡 Gl 9170.5913.21.5105
工具透鏡 G2 10-154.445.71.7851
11-369.90292.41.0000
像面130.00光瞳分割元件的傾角0. 1度光闌5.00 (Y方向上)X 2. 60 (Y方向上)圖5A至5F示出數(shù)值示例1中的當(dāng)相對(duì)于會(huì)聚透鏡3產(chǎn)生激光光源1的位置偏移時(shí)光束斑點(diǎn)7A和7B的坐標(biāo)如何移位。圖5A和5B示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)7A和7B的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。負(fù)相對(duì)位置偏移表示會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔的增大。如從圖5A可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)7A和7B朝向Y方向上彼此相反的側(cè)移位。而且，如從圖5B可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)7A和7B不在Z方向上移位。如從圖5A可見(jiàn)，Ax 等于 0. lmm/0. 102mm。圖5C和5D示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)7A和7B的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖5C可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在 Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)7A和7B朝向Y方向上的相同側(cè)移位。而且，如從圖5D可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，光束斑點(diǎn)7A和7B不在Z方向上移位。如從圖5C可見(jiàn)，Ay等于0. lmm/1.21mm。圖5E和5F示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)7A和7B的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖5E可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在 Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)7A和7B不在Y方向上移位。而且，如從圖5F可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)7A和7B朝向Z方向上的相同側(cè)移位。如從圖5F可見(jiàn)，Az等于0. lmm/1. 21mm。圖5G至5J繪制根據(jù)圖5A至5F中所示的位移的像面7的TL平面上的光束斑點(diǎn)7A和7B的軌跡。圖5G和5H示出當(dāng)激光光源1在X方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的每個(gè)斑點(diǎn)的軌跡。在這種情況下，光束斑點(diǎn)在TL平面上朝向Y方向上的彼此相反的側(cè)移位。圖51示出當(dāng)激光光源1在Y方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的斑點(diǎn)的軌跡。在這種情況下，光束斑點(diǎn)在TL平面上朝向Y 方向上的相同側(cè)移位。圖5J示出當(dāng)激光光源1在Z方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的斑點(diǎn)的軌跡。在這種情況下，光束斑點(diǎn)在TL平面上朝向Z 方向上的相同側(cè)移位。如上所述，光束斑點(diǎn)7A和7B的間隔和位置的變化量與激光光源1與會(huì)聚透鏡3 之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)7A和7B的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量其間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。通過(guò)基于根據(jù)以上提及的表達(dá)式⑷至(6)計(jì)算的Δ X、Δ Y禾Π Δ Z對(duì)保持激光光源1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制，實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的期望精度。然后，固定激光光源1。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。不必說(shuō)，這種調(diào)整裝置可應(yīng)用于多束型激光光源。本發(fā)明的配置不必重復(fù)讀取光束斑點(diǎn)的圖像并計(jì)算光束斑點(diǎn)的斑點(diǎn)直徑和峰值光量許多次的常規(guī)處理，因此可通過(guò)一次讀取光束斑點(diǎn)的圖像，然后執(zhí)行計(jì)算處理，來(lái)計(jì)算三維相對(duì)位置偏移量。而且，如果再次對(duì)于組裝的光源單元檢查焦點(diǎn)等，則該檢查需要更少的工時(shí)。因此，可大大地減少用于組裝的工時(shí)，從而導(dǎo)致成本降低。第二實(shí)施例圖6是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元的調(diào)整裝置的截面圖，圖7是該調(diào)整裝置的透視圖。雖然本實(shí)施例的調(diào)整裝置具有與第一實(shí)施例的調(diào)整裝置相同的配置，但是在本實(shí)施例中使用光瞳分割元件51代替第一實(shí)施例的調(diào)整裝置的光瞳分割元件5?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6和7給出本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置的描述。本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置與第一實(shí)施例的配置相同，除了光瞳分割元件51之外，因此省略相同配置的描述。通過(guò)在Y方向上布置棱鏡51Α、平行平板部分51Β和棱鏡51C來(lái)構(gòu)造光瞳分割元件(分割元件)51。棱鏡51Α和棱鏡51C具有相對(duì)于)(Ζ平面彼此對(duì)稱的形狀。在圖6和7 中，棱鏡5IA和5IC的入射表面相對(duì)于TL平面傾斜，出射表面由與TL平面平行的一個(gè)平面形成。雖然在圖6和圖7中棱鏡51Α和51C的入射表面的斜度被傾斜成使得厚度朝向光軸減小，但是這些斜度可被傾斜成使得厚度相反地朝向光軸增大。構(gòu)造光瞳分割元件51的棱鏡51Α、平行平板部分51Β和棱鏡51C的布置方向是Y 方向，并與光束10的最大直徑方向一致。工具透鏡6將入射光束會(huì)聚到像面7上，從而形成光束斑點(diǎn)71Α、71Β和71C。用作光接收傳感器的CXD照相機(jī)8讀取形成在像面7上的光束斑點(diǎn)作為圖像。CXD照相機(jī)8 由在其中二維布置物鏡和光接收像素的CXD傳感器構(gòu)造。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被 CXD照相機(jī)8讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處?；谟?jì)算的光束斑點(diǎn)的H坐標(biāo)來(lái)執(zhí)行保持激光光源1的工具手(未顯示)的驅(qū)動(dòng)和控制。現(xiàn)在參照?qǐng)D6和7給出更具體的操作的描述。為了簡(jiǎn)單描述，在圖6中僅示出光束的邊緣束，在圖7中僅示出光束的主光線。本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置與第一實(shí)施例的配置相同，除了光瞳分割元件51之外，因此，省略從激光光源出射并進(jìn)入光瞳分割元件51 的光束的光路的描述。穿過(guò)光闌4的光束10進(jìn)入構(gòu)造光瞳分割元件51的棱鏡51A、平行平板部分51B 和棱鏡51C。如從圖6可見(jiàn)，光束10在Y方向上被分割為三個(gè)部分，即，光瞳正側(cè)上的光束 11A、光瞳中心部分中的光束IlB和光瞳負(fù)側(cè)上的光束11C。棱鏡51A將光瞳正側(cè)上的光束 IlA偏轉(zhuǎn)到Y(jié)方向上的正側(cè)，棱鏡51C將光瞳負(fù)側(cè)上的光束IlC偏轉(zhuǎn)到Y(jié)方向上的負(fù)側(cè)。光瞳的中心部分中的光束IlB照原樣穿過(guò)平行平板部分51B。進(jìn)入工具透鏡6的光束IlAUlB和IlC經(jīng)歷工具透鏡6的成像效應(yīng)，從而分別在工具透鏡6的像面7上形成光束斑點(diǎn)71A、71B和71C。CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)71A、71B和71C作為圖像。圖像處理系統(tǒng) (未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處。如果激光光源1和會(huì)聚透鏡3布置在理想狀態(tài)下(在設(shè)計(jì)位置處)，并且從會(huì)聚透鏡3出射的激光束是具有期望平行度的平行光束，則光束斑點(diǎn)71A、71B和71C分別在像面 7的Y軸上的位置(+Yo，0)、(0，0)和(_Υο，0)處形成圖像，其中，像面7上在光軸上的點(diǎn)被表示為H平面上的原點(diǎn)(0，0)。現(xiàn)在給出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置在這種情況下偏移時(shí)如何觀測(cè)光束斑點(diǎn)71Α、71Β和71C的描述。首先，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的距離比理想狀態(tài)下的該距離短ΔΧ，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10是趨向于分散的光束。如從圖6可見(jiàn)，如果光束 10是分散光束，則被光瞳分割元件51分割的光束IlA離X軸更遠(yuǎn)，并朝向Y方向上的正側(cè)移位。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlA離X軸更遠(yuǎn)，并在朝向Y方向的正側(cè)移位的同時(shí)會(huì)聚，從而導(dǎo)致像面7上光束斑點(diǎn)7IA的位置朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71Α被觀測(cè)為像面7 上的位置(+Yo+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10是分散光束，則被光瞳分割元件51分割的光束IlC離X軸更遠(yuǎn)，并朝向Y方向上的負(fù)側(cè)移位。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的的光束IlC離X軸更遠(yuǎn)，并在朝向Y方向上的負(fù)側(cè)移位的同時(shí)會(huì)聚，從而導(dǎo)致像面7上光束斑點(diǎn)71C的位置朝向負(fù)側(cè)移位。 光束斑點(diǎn)71C被觀測(cè)為像面7上的位置(-Yo-dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，-dY是在這種情況下獲得的位移量。結(jié)果，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向的距離比理想狀態(tài)下的該距離短ΔΧ，則光束斑點(diǎn)71A與71C之間的間隔被觀測(cè)為增大2XdY的間隔。另一方面，如果光束10是分散光束，則被光瞳分割元件51分割的光束IlB不產(chǎn)生如光束IlA和IlC的位移這樣的位移，并被觀測(cè)為位置(0，0)處的光束斑點(diǎn)。然后，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Y方向上移動(dòng)Δ Y < 0 (朝向Y軸方向的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖6可見(jiàn)，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件51分割的光束IlA也具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlA也以Y方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)7IA的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71A被觀測(cè)為位置(+Yo+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件51分割的光束IlB也具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlB也以Y 方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)71B的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71B被觀測(cè)為位置(+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件51分割的光束lie也具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlC也以Y 方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)71C的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71C被觀測(cè)為位置(_Yo+dY，0)處的光束斑點(diǎn)，其中，dY是在這種情況下獲得的位移量。結(jié)果，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Y方向上移動(dòng)ΔΥ < 0，則光束斑點(diǎn)71A、71B與71C之間的間隔不變化，光束斑點(diǎn)71A、71B和71C都被觀測(cè)為在Y方向上移位dY的光束斑點(diǎn)。如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Z方向上移動(dòng) Δ Z < 0 (朝向Z軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖7可見(jiàn)，如果光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件51分割的光束IlA也具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlA也以Z方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)7IA的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71Α被觀測(cè)為位置(+Yo，dZ)處的光束斑點(diǎn)，其中，dZ是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件51分割的光束IlB也具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlB也以Z 方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)71B的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71B被觀測(cè)為位置(0，dZ)處的光束斑點(diǎn)，其中，dZ是在這種情況下獲得的位移量。類似地，如果光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件51分割的光束lie也具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束IlC也以Z 方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)71C的位置因此朝向正側(cè)移位。光束斑點(diǎn)71C被觀測(cè)為位置(-Yo，dZ)處的光束斑點(diǎn)，其中，dZ是在這種情況下獲得的位移量。結(jié)果，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Z方向上移動(dòng)Δ Z < 0，則光束斑點(diǎn)71Α、71Β與71C之間的間隔不變化，并且光束斑點(diǎn)71Α、71Β和71C 都被觀測(cè)為在Z方向上移位dZ的光束斑點(diǎn)。如在以下數(shù)值示例中所述的，光束斑點(diǎn)71A、71B與71C之間的間隔(這三個(gè)光束的圖像之間的相對(duì)位置)及其位置(這三個(gè)光束的圖像中的每個(gè)相對(duì)于光軸的位置)的變化量與激光光源1和會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量所述間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與
19會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置下的該相對(duì)位置偏移多少。根據(jù)本發(fā)明，CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)71A、71B和71C作為圖像。圖像處理器系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的H坐標(biāo)系上的何處。計(jì)算二維CCD傳感器上每個(gè)斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)的方法可以是已知的方法。計(jì)算的YL平面上的光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的坐標(biāo)分別是(YA，ZA)、(YB, ZB)和 (YC, ZC) O而且，理想狀態(tài)下的坐標(biāo)是(+Yo, 0), (0,0)和(-Yo, 0) O而且，光束斑點(diǎn)71A、7IB和7IC關(guān)于激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置偏移的坐標(biāo)移位敏感度(表達(dá)式(1)、(2)和(3))可通過(guò)仿真或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)計(jì)算?；谶@些坐標(biāo)移位敏感度，激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X、Y和Z方向上的相對(duì)位置偏移量(Δ X、 Δ Y禾Π Δ Ζ)用以下表達(dá)式(18)至00)表示。Δ X = Ax X ((YA-YC) _2 X Yo) (18)其中，Δ X是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的相對(duì)位置偏移量。ΔΥ = AyX (YA+YC)/2 = AxXYB (19)其中，Δ Y是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Y方向上的相對(duì)位置偏移量。Δ Z = AZX (ZA+ZC) /2 = AxX YB (20)其中，Δ Z是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Z方向上的相對(duì)位置偏移量。X方向上的相對(duì)位置偏移量Δ X通過(guò)光束斑點(diǎn)7IA和71C之間的距離與理想狀態(tài)下它們之間的距離的差值來(lái)計(jì)算。Y方向上的偏移通過(guò)光束斑點(diǎn)71Α和71C在Y方向上的位置與理想狀態(tài)下它們?cè)赮方向上的位置的平均差值來(lái)計(jì)算。此外，所述平均差值等于當(dāng)光束斑點(diǎn)71Β從在理想狀態(tài)下的光束斑點(diǎn)71Β的位置在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn) 71Β的位移量。Z方向上的偏移通過(guò)光束斑點(diǎn)7IA和71C在Z方向上的位置與理想狀態(tài)下它們?cè)赯方向上的位置的平均差值來(lái)計(jì)算。此外，所述平均差值等于當(dāng)光束斑點(diǎn)71Β從在理想狀態(tài)下的光束斑點(diǎn)71Β的位置在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)71Β的位移量。在通過(guò)基于計(jì)算的ΔΧ、ΔΥ和ΔΖ對(duì)保持激光光源1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的期望精度之后，將激光光源1固定到激光器保持器2。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。坐標(biāo)移位敏感度Ay和kz通過(guò)會(huì)聚透鏡3的焦距和工具透鏡6的焦距來(lái)確定，因此為了獲得期望的敏感度，需要根據(jù)將調(diào)整的光源單元的會(huì)聚透鏡3來(lái)對(duì)工具透鏡6的焦距進(jìn)行優(yōu)化。為了增大敏感度，僅必需的是增大工具透鏡6的焦距，從而提高檢測(cè)精度。坐標(biāo)移位敏感度Ax通過(guò)會(huì)聚透鏡3的焦距、工具透鏡6的焦距和光束10的光束寬度來(lái)確定。為了增大敏感度，光束優(yōu)選地更寬，從而提高檢測(cè)精度，并且構(gòu)造光瞳分割元件51的棱鏡5A和5C的布置方向優(yōu)選地與光束10的最大直徑方向?qū)R。雖然根據(jù)本實(shí)施例首先固定會(huì)聚透鏡3，然后精細(xì)地調(diào)整激光光源1，但是相反， 可首先固定激光光源1，然后可精細(xì)地調(diào)整會(huì)聚透鏡3的位置。雖然由物鏡和二維CCD傳感器構(gòu)造的CCD照相機(jī)被描述為光接收傳感器，但是光接收傳感器不限于CCD照相機(jī)。可利用已知方法，只要該方法可計(jì)算接收的光束斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)即可。諸如直接設(shè)置在像面7上的傳感器的光接收表面、CMOS傳感器或一維線傳感器的各種變型可被用作光接收傳感器。而且，如果光束斑點(diǎn)71A、71B與71C之間的間隔根據(jù)光瞳分割元件51的棱鏡的角度的設(shè)置而增大，并且一個(gè)傳感器不能接收這些斑點(diǎn)，則可使用多個(gè)光接收傳感器，或者可將一個(gè)光接收傳感器安裝在移動(dòng)臺(tái)架上，然后可順序地讀取光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的圖像。而且，雖然假設(shè)根據(jù)本實(shí)施例使用通過(guò)會(huì)聚透鏡3提供平行光束的光源單元，但是本發(fā)明不限于該光源單元，并可應(yīng)用于提供會(huì)聚光束或者分散光束的光源單元。而且，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，諸如光瞳分割元件和工具透鏡，可應(yīng)用于激光光源單元被構(gòu)建到掃描光學(xué)系統(tǒng)中的情況?？赏ㄟ^(guò)至少將棱鏡51A和51C的入射表面或出射表面和平行平板部分51B形成為布置具有相同曲率的彎曲表面的透鏡陣列而不是平面，來(lái)可降低工具透鏡6的折光力或者省略工具透鏡6本身。此外，根據(jù)本實(shí)施例，光瞳分割元件51被描述為具有相對(duì)于TL平面傾斜的入射表面和由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的出射表面的棱鏡陣列，但是本發(fā)明不限于這種配置。甚至具有相對(duì)于η平面傾斜的出射表面和由與TL平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的入射表面的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果。換句話講，甚至其中其入射表面或出射表面相對(duì)于 YZ平面傾斜并且其入射表面和出射表面中的另一個(gè)由與TL平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果。數(shù)值示例2現(xiàn)在給出圖6和7中所示的根據(jù)第二實(shí)施例的調(diào)整裝置的數(shù)值示例的描述。如表2所示那樣布置光學(xué)系統(tǒng)。表2
表面編號(hào)RdN
LD10.002.01.0000
蓋玻片20.000.31.5105
30.0021.11.0000
物鏡40.003.01.7617
5-19.0623.61.0000
光闌60.005.01.0000
光瞳分割元 70.002.01.5105
件80.00293.01.0000
工具透鏡 9170.5913.21.5105
Gl
工具透鏡 10-154.445.71.7851
G2
11-369.90292.41.0000
像面130.00光瞳分割元件的傾角0. 1度光闌5.00 (Y方向上)X 2.50 (Z方向上)光瞳分割元件的平行平板部分B的Y方向上的寬度2. 50以下，圖8A至8F示出數(shù)值示例2中的當(dāng)相對(duì)于會(huì)聚透鏡3產(chǎn)生激光光源1的位置偏移時(shí)光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的坐標(biāo)如何移位。圖8A和8B示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。負(fù)相對(duì)位置偏移代表會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔的增大。如從圖8A可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔變化， 則光束斑點(diǎn)71A和71C朝向Y方向上的彼此相反的側(cè)移位，光束斑點(diǎn)71B不移位。而且，如從圖8B可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)71A、71B和71C 不在Z方向上移位。如從圖8A可見(jiàn)，Ax等于0. lmm/0. 183mm。圖8C和8D示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖8C可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)71A、71B和71C朝向Y方向上的相同側(cè)移位。而且， 如從圖8D可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)71A、71B 和71C不在Z方向上移位。如從圖8C可見(jiàn)，Ay等于0. Imm/1. 21mm。圖8E和8F示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖8E可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)71A、71B和7IC在Y方向上不移位。而且，如從圖8F 可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)71A、71B和7IC朝向 Z方向上的相同側(cè)移位。如從圖8F可見(jiàn)，h等于0. lmm/1.21mm。圖8G至81繪制根據(jù)圖8A至8F中所示的位移在像面7的TL平面上光束斑點(diǎn)71A、 7IB和7IC的軌跡。圖8G示出當(dāng)激光光源1在X方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡 3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的每個(gè)斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)在TL平面上朝向Y方向上的彼此相反的側(cè)移位。圖8H示出當(dāng)激光光源1在Y方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. 05mm時(shí)獲得的在TL平面上的斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)在TL平面上朝向Y方向上的相同側(cè)移位。圖81示出當(dāng)激光光源1在Z方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)在TL平面上朝向Z方向上的相同
22側(cè)移位。如上所述，光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的間隔和位置的變化量與激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)71A、71B和71C的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量其間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。焦點(diǎn)方向上的偏移可通過(guò)考慮光束斑點(diǎn)71A和71C來(lái)計(jì)算，Y方向和Z方向上的偏移可通過(guò)考慮光束斑點(diǎn)71B來(lái)計(jì)算。通過(guò)基于根據(jù)以上提及的表達(dá)式(18)至00)計(jì)算的激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X、Y和Z方向上的相應(yīng)計(jì)算出的相對(duì)位置偏移量(Δ X、Δ Y和Δ Ζ)來(lái)對(duì)保持激光光源 1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制，實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的期望精度。然后，固定激光光源1。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2 的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。不必說(shuō)，這種調(diào)整裝置可應(yīng)用于多束型激光光源。本發(fā)明的配置不必重復(fù)讀取光束斑點(diǎn)的圖像并計(jì)算光束斑點(diǎn)的斑點(diǎn)直徑和峰值光量許多次的常規(guī)處理，因此可通過(guò)一次讀取光束斑點(diǎn)的圖像，然后執(zhí)行計(jì)算處理，來(lái)計(jì)算三維相對(duì)位置偏移量。而且，如果再次對(duì)于組裝的光源單元檢查焦點(diǎn)等，則該檢查需要更少的工時(shí)。因此，可大大地減少用于組裝的工時(shí)，從而導(dǎo)致成本降低。第三實(shí)施例圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元的調(diào)整裝置的透視圖。本實(shí)施例的調(diào)整裝置具有與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置大致相同的配置，并包括與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的調(diào)整裝置的光瞳分割元件不同的光瞳分割元件52。圖10示出本實(shí)施例的光瞳分割元件52?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9和圖10給出本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置的描述。本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的配置相同，除了光瞳分割元件52之外，因此省略相同配置的描述。光闌4 (圖9中未示出)設(shè)置在會(huì)聚透鏡3的緊后面，并且是如圖1 (第一實(shí)施例) 和圖6 (第二實(shí)施例)中所示的在其中鉆有具有Y方向上的長(zhǎng)軸的矩形孔的板。具有矩形開(kāi)口的光闌4使光束10具有矩形形狀。通過(guò)在Y方向和Z方向上布置棱鏡52A、52B、52C和52D來(lái)構(gòu)造光瞳分割元件(分割元件)52。由棱鏡52A、52B、52C和52D構(gòu)造的光瞳分割元件52具有關(guān)于包含光軸的XY 平面和包含光軸的TL平面對(duì)稱的形狀。在圖9和10中，棱鏡52A、52B、52C和52D的入射表面相對(duì)于Π平面傾斜，出射表面由與Tl平面平行的一個(gè)平面形成。棱鏡52A、52B、52C 和52D的入射表面的斜度被傾斜成使得厚度朝向光軸側(cè)增大，并朝向光瞳分割元件52的外圍的四個(gè)角減小。 工具透鏡6將入射光束會(huì)聚到像面7上(光接收傳感器或光接收元件上)，從而形成光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D。用作光接收傳感器的CXD照相機(jī)8讀取形成在像面7上的光束斑點(diǎn)作為圖像。CCD照相機(jī)8由在其中二維布置物鏡和光接收像素的CCD傳感器構(gòu)造。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被CXD照相機(jī)8讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處?；谟?jì)算的光束斑點(diǎn)的TL坐標(biāo)來(lái)執(zhí)行保持激光光源1的工具手(未顯示)的驅(qū)動(dòng)和控制?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9和10給出更具體的操作的描述。為了簡(jiǎn)單描述，在圖9中僅示出光束的主光線。本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的配置相同，除了光瞳分割元件52之外，省略從激光光源出射并進(jìn)入光瞳分割元件52的光束的光路的描述。穿過(guò)光闌4的光束10進(jìn)入構(gòu)造光瞳分割元件52的棱鏡52A、52B、52C和52D。如從圖9可見(jiàn)，光束10在Y方向和Z方向上被分割為四個(gè)部分，S卩，光瞳A光束12A、光瞳B 光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D。棱鏡52A、52B、52C和52D分別使光瞳A光束 12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D朝向光軸(X軸)側(cè)偏轉(zhuǎn)。本實(shí)施例具有這樣的配置，在該配置中，光瞳分割元件52將一個(gè)光束10分割為像面7上(光接收傳感器或光接收元件上)的二維方向上的四個(gè)部分，從而得到光瞳A光束 12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D。二維方向上的四個(gè)分割使得即使在主掃描方向上的焦點(diǎn)位置與副掃描方向上的焦點(diǎn)位置之間存在差異(所謂的像散)，也能單個(gè)地檢測(cè)主掃描方向上的焦點(diǎn)位置和副掃描方向上的焦點(diǎn)位置。例如，如果邊緣發(fā)射型半導(dǎo)體激光器被用于根據(jù)本發(fā)明的激光光源1，則由于元件結(jié)構(gòu)的原因，半導(dǎo)體激光器在主掃描截面上的發(fā)光點(diǎn)和半導(dǎo)體激光器在副掃描截面上的發(fā)光點(diǎn)在光軸方向上偏移。即使在這種情況下，光瞳分割元件52也將所述一個(gè)光束10分割為像面7上(光接收傳感器或光接收元件上)的二維方向上的四個(gè)部分，并分別測(cè)量主掃描方向和副掃描方向上的散焦量，與根據(jù)第一實(shí)施例(圖2)的光束在一維方向上分割的情況相比，導(dǎo)致更好的散焦校正。甚至在如第一實(shí)施例(圖2)中那樣的光學(xué)系統(tǒng)中，也可如在第一實(shí)施例中所述那樣對(duì)散焦量進(jìn)行校正，所述光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)光瞳分割元件5在像面7 (光接收傳感器或光接收元件)上將所述一個(gè)光束10分割為一維方向(主掃描方向)上的兩個(gè)部分。測(cè)量被分割為一維方向(主掃描方向)上的兩個(gè)部分的光束斑點(diǎn)7A和7B的主掃描方向上的間隔，然后計(jì)算主掃描方向上的散焦量。而且，預(yù)先測(cè)量主掃描截面和副掃描截面中半導(dǎo)體激光器中的發(fā)光點(diǎn)的光軸方向上的偏移量作為表格值。然后可使用主掃描方向上的散焦量和表格值來(lái)計(jì)算用于以平衡良好的方式對(duì)主掃描方向和副掃描方向上的散焦量進(jìn)行校正的量。換句話講，可考慮像面7上的像散來(lái)計(jì)算考慮主掃描方向與副掃描方向之間的散焦量的差異的校正值。進(jìn)入工具透鏡6的光束12A、12B、12C和12D經(jīng)歷工具透鏡6的成像效應(yīng)，從而分別在工具透鏡6的像面7上形成光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D。CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D作為圖像。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處。如果激光光源1和會(huì)聚透鏡3布置在理想狀態(tài)下(在設(shè)計(jì)位置處)，并且從會(huì)聚透鏡3出射的激光束是具有期望平行度的平行光束，則光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D分別在像面7上的位置(-Yo，-Zo)、(-Yo, Zo)、(Yo, Zo)和(Yo，-Zo)處形成圖像，其中，像面7上在光軸上的點(diǎn)被表示為Π平面上的原點(diǎn)(0，0)。現(xiàn)在給出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置偏移時(shí)如何觀測(cè)光束斑點(diǎn) 72A、72B、72C 和 72D 的描述。首先，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的距離比理想狀態(tài)下的該距離短ΔΧ，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10是趨向于分散的光束。如從圖9可見(jiàn)，如果光束 10是分散光束，則被光瞳分割元件52分割的光束12A、12B、12C和12D在接近X軸的方向上移位。相反，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的距離在X方向上比理想狀態(tài)下的該距離長(zhǎng)Δ X，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10趨向于會(huì)聚，進(jìn)入工具透鏡6的光束12A、12B、12C 和12D在離開(kāi)X軸的方向上移位。結(jié)果，光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D被觀測(cè)為像面7上的徑向移動(dòng)。如果激光光源1的位置從理想狀態(tài)下的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Y方向上移動(dòng) Δ Y < O (朝向Y軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖9可見(jiàn)，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件52分割的光束12A、12B、12C和12D分別具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束12A、12B、12C和12D也以Y方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的位置因此被觀測(cè)為在Y方向上朝向正側(cè)移位的光束斑點(diǎn)的位置。如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚透鏡3從理想狀態(tài)下的位置在Z方向上移動(dòng) Δ Z < O (朝向Z軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚透鏡3出射的光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖9可見(jiàn)，如果光束10具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件52分割的光束12A、12B、12C和12D分別具有在Z方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束12A、12B、12C和12D也以Z方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的位置因此被觀測(cè)為在Z方向上朝向正側(cè)移位的光束斑點(diǎn)的位置。如在以下數(shù)值示例中所述的，光束斑點(diǎn)72A、72B、72C與72D之間的間隔(這四個(gè)光束的圖像之間的相對(duì)位置)及其位置(這四個(gè)光束的圖像中的每個(gè)相對(duì)于光軸的位置) 的變化量與激光光源1和會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量所述間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。根據(jù)本發(fā)明，CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D作為圖像。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的⑵ 坐標(biāo)系上的何處。計(jì)算二維CXD傳感器上每個(gè)斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)的方法可以是已知方法。計(jì)算的TL平面上的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的坐標(biāo)分別是(YA，ZA)、(YB, ZB)、(YC, ZC)和(YD，ZD)。而且，理想狀態(tài)下的坐標(biāo)分別被表示為(-Yo，-Zo)、(-Yo, Zo)、 (Yo，Zo)和(Yo，-Zo)。而且，光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D相對(duì)于激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置偏移的坐標(biāo)移位敏感度(表達(dá)式(1)、(2)和(3))可通過(guò)仿真或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)計(jì)算。 基于坐標(biāo)移位敏感度，激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X、Y和Z方向上的相對(duì)位置偏移量(ΔΧ、ΔΥ和ΔΖ)分別用以下表達(dá)式至03)表示。AX= Tx(a/(Z4-.'c)2 + (ΖΛ - ZC f 一2 χ ^Yo1 + Zo1 + J(YB- YD}1 + (ZB - ZD}1 一 2χ ^Yo2 + Zo2 j
(21)其中，Δ X是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的X方向上的相對(duì)位置偏移量。ΔΥ = AyX (YA+YB+YC+YD)/4(22)其中，Δ Y是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Y方向上的相對(duì)位置偏移量。Δ Z = Az X (ZA+ZB+ZC+ZD) /4 (23)其中，Δ Z是激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的Z方向上的相對(duì)位置偏移量。通過(guò)對(duì)光束斑點(diǎn)72Α與72C之間的距離以及光束斑點(diǎn)72Β與72D之間的距離與理想狀態(tài)下的這些距離的差值進(jìn)行平均來(lái)計(jì)算X方向上的相對(duì)位置偏移量ΔΧ。通過(guò)對(duì)光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D在Y方向上的位移與理想狀態(tài)下的這些位移的差值進(jìn)行平均來(lái)計(jì)算Y方向上的偏移。通過(guò)對(duì)光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D在Z方向上的位移與理想狀態(tài)下的這些位移的差值進(jìn)行平均來(lái)計(jì)算Z方向上的偏移。在通過(guò)基于計(jì)算的ΔΧ、ΔΥ和ΔΖ對(duì)保持激光光源1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的期望精度之后，將激光光源1固定到激光器保持器2。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。雖然根據(jù)本實(shí)施例，首先固定會(huì)聚透鏡3，然后精細(xì)地調(diào)整激光光源1，但是可首先固定激光光源1，然后可精細(xì)地調(diào)整會(huì)聚透鏡3的位置。雖然由物鏡和二維CCD傳感器構(gòu)造的CCD照相機(jī)被描述為光接收傳感器，但是光接收傳感器不限于CCD照相機(jī)?？衫靡阎椒?，只要該方法可計(jì)算接收的光束斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)即可。諸如直接設(shè)置在像面7上的傳感器的光接收表面、CMOS傳感器或一維線傳感器的各種變型可被用作光接收傳感器。而且，如果光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D之間的間隔根據(jù)光瞳分割元件52的棱鏡的角度的設(shè)置而增大并且一個(gè)傳感器不能接收這些斑點(diǎn)， 則可使用多個(gè)光接收傳感器，或者可將一個(gè)光接收傳感器安裝在移動(dòng)臺(tái)架上并可順序地讀取光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的圖像。而且，雖然根據(jù)本實(shí)施例假設(shè)使用通過(guò)會(huì)聚透鏡 3提供平行光束的光源單元，但是本發(fā)明不限于該光源單元，并可應(yīng)用于提供會(huì)聚光束或分散光束的光源單元。而且，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，諸如光瞳分割元件和工具透鏡，可應(yīng)用于激光光源單元被構(gòu)建到掃描光學(xué)系統(tǒng)中的情況。可通過(guò)至少將棱鏡52A、52B、52C和52D的入射表面或出射表面形成為布置具有相同曲率的彎曲表面的透鏡陣列而不是平面，來(lái)降低工具透鏡6的折光力或者省略工具透鏡 6本身。此外，根據(jù)本實(shí)施例，光瞳分割元件52被描述為具有相對(duì)于TL平面傾斜的入射表面和由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的出射表面的棱鏡陣列，但是本發(fā)明不限于這種配置。甚至具有相對(duì)于Π平面傾斜的出射表面和由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的入射表面的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果。換句話講，甚至這樣的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果，在該棱鏡陣列中，其入射表面或出射表面相對(duì)于^平面傾斜，其入射表面或出射表面中的另一個(gè)由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造。
數(shù)值示例3-1現(xiàn)在給出圖9和10中所示的根據(jù)第三實(shí)施例的調(diào)整裝置的數(shù)值示例的描述。如表3所示那樣布置光學(xué)系統(tǒng)。表3
表面編號(hào)RdN
LD 10.002.0 1.0000
蓋玻片 20.000.3 1.5105
30.0021.1 1.0000
物鏡 40.003.0 1.7617
5-19.0623.6 1.0000
光鬧 60.005.0 1.0000
光瞳分割元 70.002.0 1.5105 件
80.00293.0 1.0000
工具透鏡 9170.5913.2 1.5105 Gl
工具透鏡 10-154.445.7 1.7851 G2
11-369.90292.4 1.0000
像面130.00光瞳分割元件的傾角0. 1度光闌6. 00 (Y方向上)X4. 00 (Z方向上)圖IlA至IlJ示出當(dāng)相對(duì)于會(huì)聚透鏡3產(chǎn)生激光光源1的位置偏移時(shí)光束斑點(diǎn) 72A、72B、72C和72D的坐標(biāo)如何移位，光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D是分別由光瞳A光束 12A、光瞳B光束12B、光瞳C光束12C和光瞳D光束12D形成的圖像。圖IlA和B示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。負(fù)相對(duì)位置偏移代表會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔的增大。如從圖IlA可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)72B和72C相對(duì)于光束斑點(diǎn)72A和72D朝向Y方向上的彼此相反的側(cè)移位。而且，如從圖IlB可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)72C 和72D相對(duì)于光束斑點(diǎn)72A和72B朝向Z方向上的彼此相反的側(cè)移位。圖IlC和IlD示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖IlC可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3 和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D朝向Y方向上的相同側(cè)移位。而且，如從圖IlD可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D不在Z方向上移位。圖IlE和IlF示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3在Z方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖IlE可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Z方向上相對(duì)移位，則光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D不在Y方向上移位。而且，如從圖IlF可見(jiàn)，如果會(huì)聚透鏡3和激光光源1在Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)72A、 72B、72C和72D朝向Z方向上的相同側(cè)移位。圖IlG至IlI繪制根據(jù)圖IlA至IlF中所示的位移的光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和 72D在像面7的YL平面上的軌跡。圖IlG示出當(dāng)激光光源1在X方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在H平面上的每個(gè)斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)徑向移位。圖IlH示出當(dāng)激光光源1在Y方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在H平面上的斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)朝向Y方向上的相同側(cè)移位。圖IlI示出當(dāng)激光光源1在Z方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚透鏡3偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)朝向Z方向上的相同側(cè)移位。此外，圖IlJ繪制當(dāng)激光光源1在光軸⑴方向偏移士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn) 72A、72B、72C和72D在像面7上的TL平面上的軌跡。在這種情況下對(duì)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的間隔相對(duì)于理想狀態(tài)下的間隔增大0. Imm(def = -0. 1)的情況和該間隔相對(duì)于理想狀態(tài)下的間隔減小0. Imm(def = +0. 1)的情況進(jìn)行描述。四個(gè)光束斑點(diǎn)形成矩形，當(dāng)激光光源1在光軸(X)方向上偏移時(shí)，觀測(cè)到該矩形的大小變化。如上所述，光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和72D的間隔和位置的變化量與激光光源1和會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)72A、72B、72C和 72D的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量其間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。通過(guò)基于根據(jù)以上提及的表達(dá)式至的激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的 Χ、γ和Z方向上的各個(gè)計(jì)算的相對(duì)位置偏移量(ΔΧ、ΔΥ和ΔΖ)對(duì)保持激光光源1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的期望精度之后，固定激光光源1。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。本發(fā)明的配置不必重復(fù)讀取光束斑點(diǎn)的圖像并計(jì)算這些光束斑點(diǎn)的斑點(diǎn)直徑和光量許多次的常規(guī)處理，因此，可通過(guò)一次讀取光束斑點(diǎn)的圖像，然后執(zhí)行計(jì)算處理，來(lái)計(jì)算三維相對(duì)位置偏移量。而且，如果再次對(duì)組裝的光源單元檢查焦點(diǎn)等，則該檢查需要更少的工時(shí)。因此可大大地減少用于組裝的工時(shí)，從而導(dǎo)致成本降低。數(shù)值示例3-2圖12中示出應(yīng)用根據(jù)第三實(shí)施例的調(diào)整裝置的另一個(gè)數(shù)值示例。該數(shù)值示例是具有作為激光光源1的多個(gè)發(fā)光點(diǎn)的多束激光光源的調(diào)整的應(yīng)用示例。將調(diào)整的光源單元的激光光源包括發(fā)光點(diǎn)100、101和102。中心處的發(fā)光點(diǎn)100對(duì)應(yīng)于圖9的激光光源1。調(diào)整裝置中的光學(xué)系統(tǒng)的布置與數(shù)值示例3-1 (表3)的布置相同。將調(diào)整的激光光源的發(fā)光點(diǎn)之間的間隔是0. 05mm。發(fā)光點(diǎn)100、101和102在直線上對(duì)齊，并如圖12所示那樣被布置為具有相對(duì)于XY平面的傾角Θ。傾角θ是4. 5度。激光光源1和會(huì)聚透鏡3由用作保持構(gòu)件的激光器保持器2保持，并形成用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元21。光源單元21可通過(guò)安裝單元(未顯示)從本實(shí)施例的調(diào)整裝置拆卸下來(lái)。將會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2，然后將激光器保持器2安裝在調(diào)整裝置上。激光光源1由工具手(未顯示)保持，從而提供可相對(duì)于激光器保持器2三維移位的配置。在通過(guò)稍后描述的本發(fā)明的調(diào)整方法精細(xì)地調(diào)整激光光源1的位置，從而就發(fā)光點(diǎn) 100在Χ、Υ和Z方向上的中心處的位置和三個(gè)發(fā)光點(diǎn)100、101和102的布置方向關(guān)于X軸和Z軸的旋轉(zhuǎn)角度而言實(shí)現(xiàn)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚透鏡3的相對(duì)位置的期望精度之后，固定激光光源1。將激光光源1和會(huì)聚透鏡3固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。與圖9中所示的數(shù)值示例的光闌4類似，光闌4設(shè)置在會(huì)聚透鏡3的正后面。光闌4是在其中鉆有具有Y方向上的長(zhǎng)軸的矩形孔的板。具有矩形開(kāi)口的光闌4使光束10 具有矩形形狀。通過(guò)在Y方向和Z方向上布置棱鏡52A、52B、52C和52D構(gòu)造光瞳分割元件52。棱鏡52A、52B、52C和52D形成關(guān)于XY平面和)(Z平面對(duì)稱的形狀。在圖9和10中，棱鏡52A、 52B、52C和52D的入射表面相對(duì)于TL平面傾斜，出射表面與TL平面平行。棱鏡52A、52B、 52C和52D的入射表面的斜度被傾斜成使得厚度朝向光軸側(cè)增大，并朝向光瞳分割元件52 的外圍的四個(gè)角減小。工具透鏡6將入射光束會(huì)聚到像面7上(光接收傳感器或光接收元件上)，從而形成光束斑點(diǎn)72A(n)、72B(n)、72C(n)和72D(n) (η = 100，101或102)。用作光接收傳感器的 CXD照相機(jī)8讀取形成在像面7上的光束斑點(diǎn)作為圖像。CXD照相機(jī)8由在其中二維布置物鏡和光接收像素的CXD傳感器構(gòu)造。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被CXD照相機(jī)8讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處?；谟?jì)算的光束斑點(diǎn)的TL坐標(biāo)執(zhí)行保持激光光源1的工具手(未顯示)的驅(qū)動(dòng)和控制。數(shù)值示例3-2的調(diào)整裝置的光學(xué)布置與數(shù)值示例3-1的調(diào)整裝置的光學(xué)布置(表 2)相同，光束斑點(diǎn)相對(duì)于激光光源1和會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置的偏移量的位移等于數(shù)值示例3-1的那些位移。換句話講，光束斑點(diǎn)的位移與圖IlA至IlF中所示的那些位移相同。在像面7上觀測(cè)總共12個(gè)光束斑點(diǎn)。來(lái)自發(fā)光點(diǎn)100的光束被分割為四個(gè)部分， 因此形成光束斑點(diǎn)72A(100)、72b(100)、72C(100)和72D(100)。來(lái)自發(fā)光點(diǎn)101的光束被分割為四個(gè)部分，因此形成光束斑點(diǎn)72A(101)、7%(101)、72C(101)和72D(101)。來(lái)自發(fā)光點(diǎn)102的光束被分割為四個(gè)部分，因此形成光束斑點(diǎn)72々(102)、728(102)、720(102)和 72D(102)。圖13A示出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置理想時(shí)如何在像面7上觀測(cè)12個(gè)光束斑點(diǎn)。圖13A中所示的由中心發(fā)光點(diǎn)100形成的四個(gè)光束斑點(diǎn)處于與數(shù)值示例301中所述的圖IlJ中所示的最佳焦點(diǎn)狀態(tài)相同的狀態(tài)。
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可通過(guò)上述方法基于像面7上與如圖13A中所示的三個(gè)發(fā)光點(diǎn)中的每個(gè)對(duì)應(yīng)的每組四個(gè)光束斑點(diǎn)來(lái)計(jì)算Y方向和ζ方向上的會(huì)聚透鏡3與三個(gè)發(fā)光點(diǎn)中的每個(gè)之間的相對(duì)位置偏移。而且，可從Y方向和Z方向上的相對(duì)位置偏移計(jì)算發(fā)光點(diǎn)的布置方向及其相對(duì)于Y軸的傾角。如果布置是理想的，則傾角被觀測(cè)為4. 5度。如果三個(gè)發(fā)光點(diǎn)圍繞光軸旋轉(zhuǎn)，則觀測(cè)的角度不同于4. 5度。在這種情況下，可用工具手(未顯示)圍繞X軸旋轉(zhuǎn)激光光源進(jìn)行調(diào)整，以獲得等于或小于期望的角度差的角度差。圖1 示出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)間隔在焦點(diǎn)(X軸)方向上比理想狀態(tài)下的該相對(duì)間隔寬0. Imm時(shí)如何在像面7上觀測(cè)12個(gè)光束斑點(diǎn)。圖13B中所示的由中心發(fā)光點(diǎn)100形成的四個(gè)光束斑點(diǎn)處于與數(shù)值示例3-1中所述的圖IlJ中所示的def =-0.1狀態(tài)相同的狀態(tài)。圖13C示出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)間隔在焦點(diǎn)方向(X方向)上從理想狀態(tài)下的該相對(duì)間隔減小0. Imm時(shí)如何在像面7上觀測(cè)12個(gè)光束斑點(diǎn)。圖13C中所示的由中心發(fā)光點(diǎn)100形成的四個(gè)光束斑點(diǎn)處于數(shù)值示例3-1中所述的圖IlJ中所示的 def = +0. 1狀態(tài)相同的狀態(tài)。如從圖13A至13C之間的比較可見(jiàn)，如果激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置在焦點(diǎn)(X軸)方向上從理想狀態(tài)下的該相對(duì)位置移位，則與獨(dú)立于發(fā)光點(diǎn)100、101和 102收縮或變寬的矩形類似地觀測(cè)由光束斑點(diǎn)72A(n)、72B(n)、72C(n)和72D(n)形成的矩形?？扇鐢?shù)值示例3-1中所述那樣通過(guò)測(cè)量與發(fā)光點(diǎn)100、101和102中的每個(gè)對(duì)應(yīng)的光束斑點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)計(jì)算每個(gè)光束的散焦量。散焦量是相同的，光束斑點(diǎn)的位移因此在圖13A至 13C中是相同的。圖13D示出當(dāng)激光光源圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致所謂的不對(duì)稱模糊時(shí)觀測(cè)到的光束斑點(diǎn)。對(duì)下述情況進(jìn)行舉例說(shuō)明，在該情況下，激光光源圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，中心發(fā)光點(diǎn)100位于最佳焦點(diǎn)位置，發(fā)光點(diǎn)101處于DEF = -0. 1的狀態(tài)，發(fā)光點(diǎn)102處于DEF = +0. 1的狀態(tài)。 每個(gè)由與三個(gè)發(fā)光點(diǎn)中的每個(gè)對(duì)應(yīng)的一組四個(gè)光束斑點(diǎn)形成的矩形在像面7上被不同地觀測(cè)到。對(duì)于每組四個(gè)光束斑點(diǎn)計(jì)算散焦量，并通過(guò)計(jì)算它們之間的差值來(lái)獲得不對(duì)稱模糊量。從不對(duì)稱模糊量和發(fā)光點(diǎn)的間距識(shí)別圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)量，并可通過(guò)工具手(未顯示)調(diào)整激光光源圍繞Z軸的旋轉(zhuǎn)，以獲得期望的焦點(diǎn)差異或更小的焦點(diǎn)差異。第四實(shí)施例圖14是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元的調(diào)整裝置的透視圖，圖16是該調(diào)整裝置的XY截面圖，圖17是該調(diào)整裝置的)(Z截面圖。根據(jù)本實(shí)施例的調(diào)整裝置是用于調(diào)整將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的激光光源與用作會(huì)聚光學(xué)元件的會(huì)聚變形透鏡之間的相對(duì)位置的關(guān)系的調(diào)整裝置，如圖14所示，包括安裝單元(未顯示)、光闌4(未顯示)、工具變形透鏡61、光瞳分割元件53、工具透鏡6和用作光接收傳感器的二維CCD照相機(jī)8，所述安裝單元用于固定包括將調(diào)整的激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31的光源單元21。坐標(biāo)系被配置為光軸被分配給X軸，Y軸和Z軸設(shè)在與 X軸正交的平面上。與根據(jù)第一實(shí)施例至第三實(shí)施例中的每個(gè)的調(diào)整裝置不同的組件是光瞳分割元件53，并包括也與根據(jù)第一至實(shí)施例第三實(shí)施例中的每個(gè)的調(diào)整裝置不同的工具變形透鏡61。圖15示出本實(shí)施例的光瞳分割元件53。
現(xiàn)在參照?qǐng)D14至17給出本實(shí)施例的調(diào)整裝置的配置的描述。激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31由用作保持構(gòu)件的激光器保持器2保持，并形成用于掃描光學(xué)系統(tǒng)的光源單元21。光源單元21可通過(guò)安裝單元(未顯示)從本實(shí)施例的調(diào)整裝置拆卸下來(lái)。將會(huì)聚變形透鏡31固定到激光器保持器2，然后將激光器保持器2安裝在調(diào)整裝置上。激光光源1由工具手(未顯示)保持，從而提供可相對(duì)于激光器保持器2 三維移位的配置。在通過(guò)稍后描述的本發(fā)明的調(diào)整方法精細(xì)地調(diào)整激光光源1的位置，從而實(shí)現(xiàn)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31的相對(duì)位置的期望三維精度之后，固定激光光源 1。將激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。光學(xué)單元的會(huì)聚變形透鏡31是其折光力在XY平面和ZX平面中彼此不同的會(huì)聚透鏡。會(huì)聚變形透鏡31可以是單個(gè)透鏡或者復(fù)合透鏡。光闌4是在其中鉆有具有Y方向上的長(zhǎng)軸的矩形孔的板。具有矩形開(kāi)口的光闌4 使光束10具有矩形形狀。通過(guò)在Y方向和Z方向上布置棱鏡53A、53B、53C和53D來(lái)構(gòu)造圖15中所示的光瞳分割元件53。這是這樣的布置，在該布置中，將棱鏡從圖10中所示的根據(jù)第三實(shí)施例的調(diào)整裝置的光瞳分割元件52圍繞光軸旋轉(zhuǎn)45度。由棱鏡53A、53B、53C和53D構(gòu)造的光瞳分割元件53具有關(guān)于包含光軸的XY平面和包含光軸的TL平面對(duì)稱的形狀。在圖14和15 中，棱鏡53A、53B、53C和53D的入射表面相對(duì)于TL平面傾斜，出射表面由與TL平面平行的一個(gè)平面形成。棱鏡53A、53B、53C和53D的入射表面的斜度被傾斜成使得厚度朝向光軸側(cè)增大，并朝向光瞳分割元件53的外圍的四邊減小。工具透鏡6將入射光束會(huì)聚到像面7上(光接收傳感器或光接收元件上)，從而形成光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D。用作光接收傳感器的CXD照相機(jī)8讀取形成在像面7上的光束斑點(diǎn)作為圖像。CCD照相機(jī)8由在其中二維布置物鏡和光接收像素的CCD傳感器構(gòu)造。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被CXD照相機(jī)8讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的TL坐標(biāo)系上的何處。基于計(jì)算的光束斑點(diǎn)的TL坐標(biāo)來(lái)執(zhí)行保持激光光源1的工具手(未顯示)的驅(qū)動(dòng)和控制?，F(xiàn)在參照?qǐng)D14至17給出更具體的操作的描述。指出，為了簡(jiǎn)單描述，在圖14中僅示出主光線，在圖16的XY截面圖和圖17的)(Z截面圖中僅示出邊緣光束。如果光源單元21通過(guò)安裝單元(未顯示)附連到根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整裝置并且激光光源1開(kāi)啟，則從激光光源1出射的激光束被會(huì)聚變形透鏡31會(huì)聚。通過(guò)使會(huì)聚變形透鏡31的前焦點(diǎn)位置與激光光源1 一致來(lái)將激光束轉(zhuǎn)換為XY平面中的平行光束和ZX平面中的會(huì)聚光束。對(duì)于實(shí)現(xiàn)平行光束的期望平行度而言，必需的是光軸(X)方向上的會(huì)聚變形透鏡31的前焦點(diǎn)位置與激光光源1之間的位置偏移的容限為士0. 050mm，更優(yōu)選地， 士0.020或更小。類似地，如果激光光源1在垂直方向(Y方向或Z方向)上相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31的光軸極大地偏移，則該偏移對(duì)光學(xué)掃描裝置的打印位置的精度產(chǎn)生影響。因此，必需的是，Y方向和Z方向上的位置偏移的容限是士0. 100mm，更優(yōu)選地，士0.030mm或更小。而且，當(dāng)在制造時(shí)組裝光源單元21時(shí)，通常難以在光軸(X)方向、Y方向和Z方向上提供這樣的期望精度的布置，因此有必要在組裝之后進(jìn)行精細(xì)調(diào)整。
具有矩形開(kāi)口的光闌4使從會(huì)聚變形透鏡31出射的光束成形為在與光軸正交的截面中矩形的光束10。調(diào)整裝置中的從光源單元21的會(huì)聚變形透鏡31到光闌4的在光軸方向上的距離優(yōu)選地與光束掃描裝置中的從會(huì)聚變形透鏡31到光闌的在光軸方向上的距離一致?？商鎿Q地，可在與其在光學(xué)上等效的位置處布置會(huì)聚變形透鏡31和光闌4。穿過(guò)光闌4的光束在ZX平面上會(huì)聚一次，然后通過(guò)工具變形透鏡61變成平行光束。使會(huì)聚變形透鏡31的后側(cè)聚光點(diǎn)和工具變形透鏡61的前側(cè)焦點(diǎn)在ZX平面上彼此一致。穿過(guò)工具變形透鏡61的光束10進(jìn)入構(gòu)造光瞳分割元件53的棱鏡53A、53B、53C和 53D。如從圖14可見(jiàn)，光束10在Y方向和Z方向上按45度被分割為四個(gè)部分，S卩，光瞳A 光束13A、光瞳B光束13B、光瞳C光束13C和光瞳D光束13D。棱鏡53A、53B、53C和53D分別使光瞳A光束13A、光瞳B光束13B、光瞳C光束13C和光瞳D光束13D朝向光軸(X軸) 側(cè)偏轉(zhuǎn)。進(jìn)入工具變形透鏡61的光束13A、13B、13C和13D經(jīng)歷工具變形透鏡61的成像效果，從而在調(diào)整裝置的像面7上分別形成光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D。CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D作為圖像。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7上的TL坐標(biāo)系上的何處。如果激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31布置在理想狀態(tài)下，并且從會(huì)聚變形透鏡31 出射的光束是具有期望平行度的平行光束，則光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D分別在像面7 上的位置(0，-Z0)、(-Yo, 0)、(0，Z0)和(Yo，0)處形成圖像。現(xiàn)在給出當(dāng)激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置偏移時(shí)如何觀測(cè)光束斑點(diǎn) 73A、73B、73C 和 73D 的描述。首先，如果激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的X方向上的距離比理想狀態(tài)下的該距離短Δ X，則從變形透鏡31出射的光束1是趨向于分散的光束。如從圖14至17可見(jiàn)， 如果光束10是分散光束，則光束13A、13B、13C和13D緊在會(huì)聚變形透鏡31之后朝向接近 X軸的方向移位。在這些光束在ZX平面中會(huì)聚一次之后，當(dāng)這些光束進(jìn)入工具變形透鏡61 時(shí)，光束13A和13C朝向接近X軸的方向移位，光束1 和13D朝向離開(kāi)X軸的方向移位。結(jié)果，雖然光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D在像面7上徑向移動(dòng)，但是光束和 13D被觀測(cè)到朝向與光束13A和13C的側(cè)相反的側(cè)移位。然后，如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31從理想狀態(tài)下的位置在Y方向上移動(dòng)Δ Y < 0 (朝向Y軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚變形透鏡31出射的光束具有在 Y方向上朝向正側(cè)的角度。如從圖14至17可見(jiàn)，如果光束10具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度，則被光瞳分割元件53分割的光束13A、i;3B、13C和13D也均具有在Y方向上朝向正側(cè)的角度。結(jié)果，進(jìn)入工具透鏡6的光束13A、i;3B、13C和13D也以Y方向上朝向正側(cè)的角度行進(jìn)，像面7上的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D的位置因此被觀測(cè)為朝向正側(cè)的光束斑點(diǎn)的位置。如果激光光源1的位置相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31從理想狀態(tài)下的位置在Z方向上移動(dòng)ΔΖ < 0(朝向Z軸方向上的負(fù)側(cè)移動(dòng))，則從會(huì)聚變形透鏡31出射的光束10具有在 Z方向上朝向正側(cè)的角度。另一方面，在光束在ZX平面上會(huì)聚一次之后，光束進(jìn)入工具變形
32透鏡61，因此，穿過(guò)工具變形透鏡61之后的光束具有朝向Z方向上的負(fù)側(cè)的角度。像面7 上的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D因此被觀測(cè)為在Z方向上朝向負(fù)側(cè)移位的光束斑點(diǎn)。如在以下數(shù)值示例中所述的，光束斑點(diǎn)73A、73B、73C與73D之間的間隔(這四個(gè)光束的圖像之間的相對(duì)位置)及其位置(這四個(gè)光束的圖像中的每個(gè)相對(duì)于光軸的位置) 的變化量與激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)73A、73B、73C和73D的坐標(biāo)，精確地測(cè)量所述間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。根據(jù)本發(fā)明，CXD照相機(jī)8讀取像面7上的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D作為圖像。圖像處理系統(tǒng)(未顯示)計(jì)算被讀取為圖像的每個(gè)光束斑點(diǎn)的重心存在于像面7的⑵ 坐標(biāo)系上的何處。計(jì)算二維CXD傳感器上每個(gè)斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)的方法可以是已知方法。計(jì)算的光束斑點(diǎn)73A.73B.73C 和 73D 的坐標(biāo)分別是(YA, ZA)、(YB, ZB)、(YC, ZC) 和(YD, ZD)。而且，理想狀態(tài)下的坐標(biāo)(設(shè)計(jì)位置)分別是(-Yo, 0), (0，Zo)、(Yo, 0)和 (O, -Zo)。而且，光束斑點(diǎn)73A、73B、73C和73D關(guān)于激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的相對(duì)位置偏移的坐標(biāo)移位敏感度用以下表達(dá)式04)至(XT)表示。Axl =(散焦(X方向))/(Y方向上的光束斑點(diǎn)偏移量M24)Ax2 =(散焦(X方向))/(Ζ方向上的光束斑點(diǎn)偏移量Μ25)Ay = (Y方向上的偏移)/(Υ方向上的光束斑點(diǎn)偏移量Μ26)Az = (Ζ方向上的偏移)/(Ζ方向上的光束斑點(diǎn)偏移量Μ27)這些敏感度可通過(guò)仿真或者根據(jù)實(shí)驗(yàn)來(lái)計(jì)算?；谧鴺?biāo)移位敏感度，激光光源1 與會(huì)聚變形透鏡31之間的X、Y和Z方向上的相對(duì)位置偏移量分別用以下表達(dá)式08)至 (30)表示。AX=^-X [4x1 χ ((} - YC) - 2 χ Yo)+.4x2 χ {(ZB -ZD)-2 χ Zo)}( 28)其中，Δ X是激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的X方向上的相對(duì)位置偏移量。ΔΥ = AyX (YA+YB+YC+YD)/4(29)Δ Y是激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的Y方向上的相對(duì)位置偏移量。Δ Z = Az X (ZA+ZB+ZC+ZD) /4 (30)其中，Δ Z是激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的Z方向上的相對(duì)位置偏移量。X方向上的相對(duì)位置偏移量Δ X通過(guò)光束斑點(diǎn)73Α與73C之間的距離、光束斑點(diǎn) 73Β與73D之間的距離與理想狀態(tài)下它們之間的距離的平均差值來(lái)計(jì)算。Y方向上的偏移通過(guò)光束斑點(diǎn)73A、73B、73C和73D在Y方向上的位置與理想狀態(tài)下它們?cè)赮方向上的位置的平均差值來(lái)計(jì)算。Z方向上的偏移通過(guò)光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D在Z方向上的位置與理想狀態(tài)下它們?cè)赯方向上的位置的平均差值來(lái)計(jì)算。在基于計(jì)算的Δ X、Δ Y和Δ Z對(duì)保持激光光源1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的相對(duì)位置的期望精度之后，固定激光光源1。將激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31固定到激光器保持器2的方法是已知方法，諸如螺絲連接、裝配和粘接。
雖然根據(jù)本實(shí)施例首先固定會(huì)聚變形透鏡31，然后精細(xì)地調(diào)整激光光源1，但是相反，可首先固定激光光源1，然后可精細(xì)地調(diào)整會(huì)聚變形透鏡31的位置。雖然由物鏡和二維CCD傳感器構(gòu)造的CCD照相機(jī)被描述為光接收傳感器，但是光接收傳感器不限于CCD照相機(jī)。可利用已知方法，只要該方法可計(jì)算接收的光束斑點(diǎn)的重心坐標(biāo)即可。諸如直接設(shè)置在像面7上的傳感器的光接收表面、CMOS傳感器或者一維線傳感器的各種變型可被用作光接收傳感器。而且，如果光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D之間的間隔根據(jù)光瞳分割元件53的棱鏡的角度的設(shè)置而增大并且一個(gè)傳感器不能接收這些斑點(diǎn)，則可使用多個(gè)光接收傳感器，或者可將一個(gè)光接收傳感器安裝在移動(dòng)臺(tái)架上，并可順序地讀取光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D的圖像。而且，雖然根據(jù)本實(shí)施例假設(shè)使用通過(guò)會(huì)聚變形透鏡31提供平行光束的光源單元，但是本發(fā)明不限于該光源單元，并可應(yīng)用于提供會(huì)聚光束或分散光束的光源單元。而且，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，諸如光瞳分割元件和工具透鏡， 可應(yīng)用于激光光源單元被構(gòu)建到掃描光學(xué)系統(tǒng)中的情況。可通過(guò)至少將棱鏡53A、53B、53C和53D的入射表面或出射表面形成為布置具有相同曲率的彎曲表面的透鏡陣列而不是平面，來(lái)降低工具透鏡6的折光力或者省略工具透鏡 6本身。此外，根據(jù)本實(shí)施例，光瞳分割元件53被描述為具有相對(duì)于TL平面傾斜的入射表面和由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的出射表面的棱鏡陣列，但是本發(fā)明不限于這種配置。甚至具有相對(duì)于Π平面傾斜的出射表面和由與H平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造的入射表面的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果。換句話講，甚至這樣的棱鏡陣列也可享有本發(fā)明的效果，在所述棱鏡陣列中，其入射表面或出射表面相對(duì)于^平面傾斜，其另一個(gè)表面由與 YZ平面平行的一個(gè)平面構(gòu)造。數(shù)值示例4現(xiàn)在給出圖14和17中所示的根據(jù)第四實(shí)施例的調(diào)整裝置的數(shù)值示例的描述。如表4所示那樣布置光學(xué)系統(tǒng)。在表4中，Ry表示表面在Y方向上的曲率半徑； Rz表示表面在Z方向上的曲率半徑；d表示第η表面與第(η+1)表面之間的間隔；N表示折射率。表 4表面編號(hào) RyRzdN
10.000.002.01.0000
蓋玻片 20.000.000.31.5105
30.000.0021.11.0000
物鏡40.0057.173.01.7617
5-19.06-19.0623.61.0000
光闌60.000.00121.31.0000
工具透鏡 70.000.005.01.5105 CL
80.00-38.725.01.0000
光瞳分割 90.000.002.01.5105
元件
100.000.00293.01.0000
工具透鏡 11170.59170.5913.21.5105 Gl
工具透鏡 13-154.44-154.445.71.7851 G2
14-369.90-369.90292.41.0000
150.00光瞳分割元件的傾角0. 1度光闌5.00 (Y方向上)X 5.00 (Z方向上)圖18A至18J示出當(dāng)相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31產(chǎn)生激光光源1的位置偏移時(shí)光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D的坐標(biāo)如何移位，光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D是分別由光瞳A 光束13A、光瞳B光束13B、光瞳C光束13C和光瞳D光束13D形成的圖像。圖18A和18B示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31在X方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)73A、73B、73C和73D的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。負(fù)相對(duì)位置偏移代表會(huì)聚變形透鏡31與激光光源1之間的間隔的增大。如從圖18A可見(jiàn)，如果會(huì)聚變形透鏡31與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)73A和73C在Y方向上移位，如果會(huì)聚變形透鏡31 與激光光源1之間的間隔變化，則光束斑點(diǎn)7 和73D在Z方向上移位。圖18C和18D示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31在Y方向上偏移時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖18C可見(jiàn)，如果會(huì)聚變形透鏡31和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D朝向Y方向上的相同側(cè)移位。而且，如從圖18D可見(jiàn)，如果會(huì)聚變形透鏡31和激光光源1在Y方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D不在Z方向上移位。圖18E和18F示出當(dāng)激光光源1相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31在Z方向上移位時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D的Y坐標(biāo)和Z坐標(biāo)的位移量。如從圖18E可見(jiàn)，如果會(huì)聚變形透鏡31和激光光源1在Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D不在Y方向上移位。而且，如從圖18F可見(jiàn)，如果會(huì)聚變形透鏡31和激光光源1在Z方向上相對(duì)偏移，則光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D朝向Z方向上的相同側(cè)移位。圖18G至181繪制根據(jù)圖18A至18F中所示的位移的光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和 73D在像面7的TL平面上的軌跡。圖18G示出當(dāng)激光光源1在X方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31偏移士0. Imm時(shí)獲得的在TL平面上的每個(gè)斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)徑向移位。圖18H示出當(dāng)激光光源1在Y方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31偏移士0. Imm時(shí)獲得的在H平面上的斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)朝向Y方向上的相同側(cè)移位。圖181示出當(dāng)激光光源1在Z方向上以0. 02mm的間距相對(duì)于會(huì)聚變形透鏡31偏移士0. Imm時(shí)獲得的在H平面上的斑點(diǎn)的軌跡。光束斑點(diǎn)朝向Z方向上的相同側(cè)移位。此夕卜，圖18J繪制當(dāng)激光光源1在光軸⑴方向上偏移士0. Imm時(shí)獲得的光束斑點(diǎn)73A、73B、73C和73D在像面7上的YL平面上的軌跡。四個(gè)光束斑點(diǎn)形成矩形，當(dāng)激光光源1在光軸(X)方向上偏移時(shí)，觀測(cè)到該矩形的大小變化。如上所述，光束斑點(diǎn)73A、7!3B、73C和73D的間隔和位置的變化與激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31之間的相對(duì)位置的變化量成比例。因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)73A、73B、73C 和73D的坐標(biāo)，并精確地測(cè)量其間隔和位置的變化量，來(lái)計(jì)算激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31 之間的相對(duì)位置相對(duì)于理想位置中的該相對(duì)位置偏移多少。在通過(guò)基于計(jì)算的Δ X、Δ Y和Δ Z對(duì)保持激光光源1的工具手(未顯示)進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光光源1與會(huì)聚變形透鏡31之間的相對(duì)位置的期望精度之后，固定激光光源1。將激光光源1和會(huì)聚變形透鏡31固定到激光器保持器2的方法是已知方法， 諸如螺絲連接、裝配和粘接。本發(fā)明的配置不必重復(fù)讀取光束斑點(diǎn)的圖像并計(jì)算光束斑點(diǎn)的斑點(diǎn)直徑和峰值光量許多次的常規(guī)處理，因此，可通過(guò)讀取光束斑點(diǎn)的圖像一次，然后執(zhí)行計(jì)算處理，來(lái)計(jì)算三維相對(duì)位置偏移量。而且，如果再次對(duì)組裝的光源單元檢查焦點(diǎn)等，則該檢查需要更少的工時(shí)。因此， 可大大地降低用于組裝的工時(shí)，從而導(dǎo)致成本降低。在以上提及的第一至第四實(shí)施例中，所述配置在將調(diào)整的光源單元21中不具有光闌，并對(duì)下述情況進(jìn)行了舉例說(shuō)明，在所述情況下，在調(diào)整裝置中在光學(xué)上與用于將安裝光源單元的光學(xué)掃描裝置中的激光光源的光闌的位置等效的位置處提供光闌4。然而，本發(fā)明不限于這種配置。指出，如果光源單元21包括光闌，也就是說(shuō)，如果在其中光闌設(shè)在激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的光路上的光源單元將被調(diào)整，則根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整裝置不必具有光闌，并且可享有本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，因此可通過(guò)將包括光闌的光源單元固定到根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整裝置的安裝單元來(lái)調(diào)整光源單元。而且，雖然在第一實(shí)施例至第四實(shí)施例中，光瞳分割元件被配置為出射表面由同一個(gè)平坦表面構(gòu)造，并且入射表面由彼此不平行的多個(gè)平坦表面構(gòu)造，但是本發(fā)明不限于
36這種配置。光瞳分割元件可被配置為入射表面由同一個(gè)平坦表面構(gòu)造，出射表面由彼此不平行的多個(gè)平坦表面構(gòu)造。此外，指出，根據(jù)第一實(shí)施例至第四實(shí)施例(數(shù)值示例)，將用作成像光學(xué)元件的工具透鏡舉例說(shuō)明為通過(guò)膠合用于消色差的兩個(gè)透鏡而構(gòu)造的膠合透鏡，但是本發(fā)明不限于這種配置。第五實(shí)施例圖19是本發(fā)明的第五實(shí)施例的光學(xué)掃描裝置的示意圖，該圖是沿著主掃描截面截取的布置圖。該光學(xué)掃描裝置包括激光光源1、激光器保持器2、會(huì)聚透鏡3、光闌104、柱面透鏡105、用作偏轉(zhuǎn)器的多面反射鏡106、由第一掃描透鏡107A和第二掃描透鏡107B構(gòu)造的掃描透鏡系統(tǒng)107、蓋玻片108以及將被掃描的表面(感光構(gòu)件)109。而且，激光掃描盒101存放會(huì)聚透鏡3、光闌104、柱面透鏡105、多面反射鏡106和掃描透鏡系統(tǒng)107。穿過(guò)掃描透鏡系統(tǒng)107的光束經(jīng)由蓋玻片108從激光掃描盒101出射，從而用光束掃描將被掃描的表面109。第一掃描透鏡107A和第二掃描透鏡107B是由樹(shù)脂制成的成像透鏡。會(huì)聚透鏡3使從激光光源1出射的分散光束轉(zhuǎn)換成平行光。平行光被光闌104轉(zhuǎn)換為具有期望光束寬度的光束，然后被柱面透鏡105轉(zhuǎn)換為在副掃描方向上會(huì)聚的光束， 并且在偏轉(zhuǎn)器106的偏轉(zhuǎn)/反射表面附近會(huì)聚。光束如此在偏振/反射表面附近形成線圖像。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(未顯示)驅(qū)動(dòng)由多個(gè)偏轉(zhuǎn)/反射表面構(gòu)造的偏轉(zhuǎn)器106圍繞圖19的與繪圖紙垂直的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)器106使光束在被驅(qū)動(dòng)以旋轉(zhuǎn)的任意偏轉(zhuǎn)/反射表面上偏轉(zhuǎn)，從而將光束引向掃描透鏡系統(tǒng)(F θ透鏡)107?，F(xiàn)在給出掃描透鏡系統(tǒng)107的操作的描述。掃描光學(xué)系統(tǒng)(F θ透鏡)由包括由樹(shù)脂制成的第一成像透鏡和由樹(shù)脂制成的第二成像透鏡的兩個(gè)成像透鏡構(gòu)造。掃描透鏡系統(tǒng)形成被偏轉(zhuǎn)器106反射和偏轉(zhuǎn)的光束的圖像，從而在以恒定速度掃描將被掃描的表面 109的同時(shí)在將被掃描的表面109上形成光束斑點(diǎn)。由樹(shù)脂制成的掃描光學(xué)系統(tǒng)通過(guò)用樹(shù)脂填充模具并在冷卻之后取出形成的樹(shù)脂的已知形成技術(shù)來(lái)制造。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)與用于使用玻璃透鏡的常規(guī)掃描透鏡的制造相比更便宜的制造。主要在主掃描方向上具有折光力的第一掃描透鏡107Α的透鏡表面形狀是用已知函數(shù)表示的非球面形狀。第一掃描透鏡107Α具有折光力在主掃描截面中比在副掃描截面中大的凸彎月形形狀，具有非弧形主掃描截面，并具有面向偏轉(zhuǎn)器106側(cè)的凹面。主掃描截面中的形狀相對(duì)于光軸對(duì)稱。雖然第一掃描透鏡107Α在副掃描方向上在入射表面和出射表面上具有相同曲率，并且因此在副掃描方向上幾乎沒(méi)有折光力，但是第一掃描透鏡107Α 可具有例如在其中這兩個(gè)表面在副掃描方向上都平整的柱形形狀。第一掃描透鏡107Α負(fù)責(zé)使入射光束主要成像在主掃描方向上。另一方面，第二掃描透鏡107Β是具有主要在副掃描方向上的折光力的變形透鏡。 透鏡表面形狀是用已知函數(shù)表示的非球面形狀。第二掃描透鏡107Β的折光力在副掃描截面中比在主掃描截面中大，在主掃描截面上具有弧形入射表面，并在另一個(gè)表面上具有非弧形形狀。通過(guò)由第一掃描透鏡107Α和第二掃描透鏡107Β構(gòu)造的掃描透鏡系統(tǒng)107形成的副掃描方向上的成像關(guān)系形成所謂的歪斜誤差校正(tangle error correction)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，偏轉(zhuǎn)/反射表面和將被掃描的表面109幾乎是共軛關(guān)系。蓋玻片108被傾斜成在與繪圖紙垂直的副掃描截面中相對(duì)于入射光束成一定角度。這防止在蓋玻片108的表面上反射的光返回到光源。此外，如果在表面上反射的光返回到光源，則光源中的激光振蕩可變得不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致光量變化。光源單元21的激光光源1和會(huì)聚透鏡3由激光器保持器2保持。光源單元21可在光軸方向和與光軸正交的方向上調(diào)整激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的相對(duì)位置，并可通過(guò)第一實(shí)施例至第四實(shí)施例中所述的調(diào)整裝置以期望的精度調(diào)整這些相對(duì)位置。光源單元21、光闌104、柱面透鏡105、用作偏轉(zhuǎn)器的多面反射鏡106、第一掃描透鏡107A、第二掃描透鏡107B和蓋玻片108附連到激光掃描盒101。裝配孔(未顯示)形成在激光掃描盒101的座面102上以用于附連光源單元，組裝的且經(jīng)過(guò)調(diào)整的光源單元21附連到裝配孔。通過(guò)提供下述調(diào)整裝置使得能夠進(jìn)行精確的調(diào)整，所述調(diào)整裝置具有用于將光源單元21附連到第一實(shí)施例至第四實(shí)施例中所述的調(diào)整裝置的、與用于附連光源單元的座面102和裝配孔(未顯示)類似的配置。根據(jù)本實(shí)施例，光闌104設(shè)在會(huì)聚透鏡3與柱面透鏡105之間。優(yōu)選地，光闌4還可設(shè)在與光源單元21的調(diào)整裝置中的光闌104在光學(xué)上等效的位置處。具體地講，提供用于光學(xué)掃描裝置的光闌104和用于第一實(shí)施例至第四實(shí)施例中所述的調(diào)整裝置的光闌4， 以使得光軸方向上離光源1和會(huì)聚透鏡3的距離相同。而且，光闌104和光闌4具有形狀相同的開(kāi)口。光闌的位置不必如圖19中所示那樣在會(huì)聚透鏡3與柱面透鏡104之間。例如，光闌可設(shè)在激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間的位置處，或者柱面透鏡105與偏轉(zhuǎn)器106之間的位置處，或者光闌可設(shè)在這兩個(gè)位置處。如果光闌104設(shè)在激光光源1與會(huì)聚透鏡3之間，則可通過(guò)將光闌構(gòu)建到激光器保持器2中來(lái)降低成本。對(duì)于用于調(diào)整在其中光闌104被構(gòu)造在激光器保持器2中的光源單元21的激光光源1和會(huì)聚透鏡3的位置的調(diào)整裝置，光闌4不再是必要的。對(duì)于用于調(diào)整將被用于在柱面透鏡105與偏轉(zhuǎn)器106之間包括光闌104的光學(xué)掃描裝置的光源單元21 的激光光源1和會(huì)聚透鏡3的位置的調(diào)整裝置優(yōu)選的是，相對(duì)于光學(xué)掃描裝置中的激光光源1，在調(diào)整裝置中的在光學(xué)上與光闌104等效的位置處提供光闌4。具體地講，提供用于光學(xué)掃描裝置的光闌104和用于第一實(shí)施例至第四實(shí)施例中所述的調(diào)整裝置的光闌4，以使得在光軸方向上離激光光源1和會(huì)聚透鏡3的距離相同。而且，光闌104和光闌4具有形狀相同的開(kāi)口。激光光源1可以是單束型、單片多束型或者VCSEL(表面發(fā)射激光器)。雖然根據(jù)本發(fā)明的用于調(diào)整激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置的調(diào)整裝置被描述為假設(shè)在光學(xué)掃描裝置上安裝和使用由激光光源和會(huì)聚光學(xué)透鏡構(gòu)造的光源單元，但是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)整裝置不限于這種調(diào)整裝置。即使調(diào)整裝置被用于調(diào)整除了光學(xué)掃描裝置之外的光源單元的激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的相對(duì)位置，也可享有本發(fā)明的效果。雖然給出本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述，但是本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是可在其主旨內(nèi)以各種方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改和改變。
盡管已參照示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是將理解本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。將給予權(quán)利要求的范圍以最廣泛的解釋，以涵蓋所有這樣的修改及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的調(diào)整裝置，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光學(xué)元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束， 并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述調(diào)整裝置包括分割元件，所述分割元件用于將從光源單元出射的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；成像光學(xué)元件，所述成像光學(xué)元件用于將被分割元件分割的所述多個(gè)光束成像在光接收元件上；和調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)用于基于與分割的多個(gè)光束對(duì)應(yīng)的成像在光接收元件上的多個(gè)圖像之間的相對(duì)位置和所述多個(gè)圖像相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)元件的光軸的位置，來(lái)調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔΧ以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔΥ和ΔΖ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整裝置，其中，所述分割元件將穿過(guò)第一光闌的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向這二者上的多個(gè)光束，所述第一光闌設(shè)置在與設(shè)在光學(xué)掃描裝置中的激光光源與偏轉(zhuǎn)器之間的第二光闌在光學(xué)上等效的位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的調(diào)整裝置，其中，所述調(diào)整裝置能夠調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置、會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在主掃描方向上的相對(duì)位置以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在副掃描方向上的相對(duì)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整裝置，其中，所述分割元件包括棱鏡陣列，在所述棱鏡陣列中，棱鏡被布置為使得入射表面或出射表面是一個(gè)平坦表面，入射表面和出射表面中的另一個(gè)由彼此不平行并且與所述一個(gè)平坦表面不平行的多個(gè)平坦表面構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的調(diào)整裝置，其中，所述棱鏡陣列的棱鏡的布置方向與進(jìn)入所述棱鏡陣列的光束的光瞳的最大直徑方向一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)整裝置，其中，滿足以下表達(dá)式P X Fj+Sp > 2 X Fj X Xmax X H/ (4 X F2)，其中，P(弧度)是在下述情況下獲得的從所述棱鏡陣列的出射表面出射的兩個(gè)光束之間的相對(duì)角度，在所述情況下，從具有設(shè)計(jì)配置的光源單元出射的光束被用作分割元件的棱鏡陣列分割為在光瞳的最大直徑方向上的兩個(gè)光束，然后所述兩個(gè)光束從棱鏡陣列的出射表面出射，H是所述光束在光瞳的最大直徑方向上的寬度，F(xiàn)是會(huì)聚光學(xué)元件的焦距，F(xiàn)j 是成像光學(xué)元件的焦距，Sp是成像在光接收元件上的光束的斑點(diǎn)直徑，Xmax是激光光源與會(huì)聚光學(xué)元件之間的在光軸方向上的最大偏移量的絕對(duì)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整裝置，其中，所述分割元件包括透鏡陣列，在所述透鏡陣列中，至少入射表面或出射表面通過(guò)布置具有相同曲率的多個(gè)彎曲表面來(lái)構(gòu)造。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的調(diào)整裝置，其中，所述透鏡陣列的彎曲表面的布置方向至少與進(jìn)入所述透鏡陣列的光束的光瞳的最大直徑方向一致。
9.一種光源單元，包括會(huì)聚光學(xué)元件和激光光源；其中，通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)整裝置調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置和會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光源單元，其中，所述激光光源包括多個(gè)發(fā)光點(diǎn)。
11.一種光學(xué)掃描裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的光源單元。
12.一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的調(diào)整方法，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光學(xué)元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述調(diào)整方法包括將從光源單元出射的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；將分割的多個(gè)光束成像在光接收元件上；和基于與分割的多個(gè)光束對(duì)應(yīng)的成像在光接收元件上的多個(gè)圖像之間的相對(duì)位置和所述多個(gè)圖像相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)元件的光軸的位置，來(lái)調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔΧ以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔΥ和ΔΖ。
13.一種用于將安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的制造方法，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，所述會(huì)聚光學(xué)元件用于會(huì)聚從激光光源出射的光束并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述制造方法包括將從光源單元出射的光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；將分割的多個(gè)光束成像在光接收元件上；基于與分割的多個(gè)光束對(duì)應(yīng)的成像在光接收元件上的多個(gè)圖像之間的相對(duì)位置和所述多個(gè)圖像相對(duì)于會(huì)聚光學(xué)元件的光軸的位置，來(lái)調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔΧ以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔΥ和ΔΖ;和然后確定會(huì)聚光學(xué)元件的位置和激光光源的位置中的至少一個(gè)。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及用于光源單元的調(diào)整裝置和用于光源單元的調(diào)整方法。一種用于安裝在包括偏轉(zhuǎn)器的光學(xué)掃描裝置上的光源單元的調(diào)整裝置，所述光源單元包括激光光源和會(huì)聚光學(xué)元件，并將會(huì)聚的光束引向偏轉(zhuǎn)器，所述調(diào)整裝置包括分割元件，用于將所述光束分割為在主掃描方向和副掃描方向中的至少一個(gè)上的多個(gè)光束；成像光學(xué)元件，用于將所述多個(gè)光束成像在光接收元件上；和調(diào)整機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在會(huì)聚光學(xué)元件的光軸方向上的相對(duì)位置ΔX以及會(huì)聚光學(xué)元件與激光光源之間的在與會(huì)聚光學(xué)元件的光軸正交的方向上的相對(duì)位置ΔY和ΔZ。
文檔編號(hào)G02B26/12GK102455507SQ20111031748
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者木村一己 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社