[发明专利]具有单色F‑θ物镜的无色扫描装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种与专利公开案DE 603 02 183 T2所揭露的无色扫描装置同类型的无色扫描装置。

背景技术

专利公开案DE 603 02 183 T2公开一种具有经色彩校正的F-theta物镜(也称F-θ物镜)的无色扫描装置(该案中是光学扫描仪)。

DE 603 02 183 T2所揭露的例如设置在激光印表机中的扫描装置，或者本发明例如用于直接曝光印刷电路板的扫描装置，用一光束沿扫描方向上的扫描线对平坦的目标表面进行扫描，而目标表面相对扫描装置(或者扫描装置相对目标表面)沿一垂直于扫描方向的进给方向运动。

通过一例如设有检流计镜或多角形棱柱面镜的扫描单元沿扫描方向进行光束扫描，该检流计镜或多角形棱柱面镜以均匀的角速度旋转。根据DE 603 02 183 T2，为使光束对目标表面进行匀速扫描，布置于扫描单元下游的光学器件(下游光学扫描器件)实施为所谓“F-θ物镜”。此种F-θ物镜具有某种在理想情况下满足y＝f*θ(f＝焦距；θ＝耦合角＝进入F-θ物镜的光束的轴向束与该F-θ物镜的光轴所形成的角度；y＝影像高度)的失真特性。

一种同类型的扫描装置，包括一光源；一布置于前述扫描单元上游的光学器件(上游光学扫描器件)，用于成型一源于光源的光束并将其导引至扫描单元；及一布置于扫描单元下游的光学器件(下游光学扫描器件)，用于成型被扫描单元所偏转的光束并将其导引至目标表面。

在扫描装置所构成的光学系统为单色光学系统的情况下，将光束理想地映射在处于目标表面的平面内的影像高度y上，即沿扫描方向与F-θ物镜的光轴间隔一距离y(下文称作理想影像位置)，仅适用于一具有某个波长的光束。也即，对波长谱具有不止一个处于一可忽略带宽的波长的光束而言，会在多个影像位置中产生波长相关的映射，或者在带宽较大的情况下会产生一围绕该理想影像位置在深度及横截面方面有所伸展的映射。在单色系统的常见示例中，所有折射组件皆可由同一材料构成。

上述情形例如可能出现在以下情况：具工作温度的某个光束的波长发生变化，也即，该光束的工作波长的波长范围处于两个波长之间，如DE 603 02 183T2所提及的400nm与410nm之间。

也可能出现在以下情况：光束具有两个不同波长(如375nm及405nm)的射束分量，或者该光源发射介于两个波长之间的宽带光束。

为了用此类光束将两个波长的射束分量清晰地映射至理想影像位置，从而整体上提高映射质量，必须采用无色式光学系统，也即，该光学系统设计为可针对该二波长受到校正。

根据本发明，用以针对两个波长来校正光学系统，从而提高映射质量的所有光束是指具有不同波长的两个射束分量的光束，该扫描装置针对该等不同波长受到色差校正。

所有光学材料皆具材料特定且波长相关的折射率(色散)，因此，不同波长的射束分量的折射率不同、朝光轴以一定纵向偏差(纵向色差＝longitudinale chromatic aberration)受到映射，且沿扫描方向垂直于光轴以一定横向偏差(横向色差＝lateral chromatic aberration)受到映射。

采用前述DE 603 02 183 T2的扫描装置时，在不考虑仅起射束偏转作用的平面镜的情况下，上游光学扫描器件由一准直仪与一柱面透镜构成。F-θ物镜采用无色实施方案，故上游光学扫描器件以及被多角形棱柱面镜所偏转并入射至F-θ物镜的无色且被校准的光束也采用无色方案。

F-θ物镜属于下游光学扫描器件(此处是光学映射系统)且采用专门实施方案。F-θ物镜由具有特定折射力序列的透镜或透镜组构成，F-θ物镜满足特定几何条件以达到良好的无色性。

此处例如采用玻璃质或光学塑料为相应材料。

前述扫描装置仅适用于小于1W的功率。采用功率大于5W的紫外范围时，对使用寿命的要求有所提高，构建无色F-θ物镜所用材料的可选范围也受到极大限制。故唯有采用合成石英玻璃或者氟化钙。后者的制造成本及加工成本极高。