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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Scanner zur
Verwendung in Laserstrahldruckern, Kopierern und anderen Aufzeichnungsgeräten.
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2 ist ein schematisches
Diagramm eines herkömmlichen
optischen Scanners. Licht, das von einer Lichtquelle 1,
wie einem Halbleiterlaser, emittiert wird, tritt durch eine Kollimatorlinse 2,
so dass es in parallele Strahlen 7 konvertiert wird. Die
Strahlen 7 werden dann durch einen drehenden polygonalen Spiegel 4 abgelenkt
und gescannt, nachdem sie durch eine zylindrische Linse 3 getreten
sind, die eingefügt
ist, um die Schrägstellung
des polygonalen Spiegels 4 zu korrigieren. Die abgelenkten
Strahlen treten durch eine fθ Linse 5,
so dass sie auf der Oberfläche
eines lichtempfindlichen Körpers 6 abgebildet werden.
Das Licht, das von einem gegebenen Punkt in der Lichtquelle 1 emittiert
wird, streut, wie in 3 gezeigt
ist, in der der Punkt der Lichtemission durch eine Referenzziffer 10 angegeben
ist. In 3 sind fünf Strahlen
des Lichts durch Pfeile angegeben, wobei einer der mittlere Strahl
ist, zwei die Strahlen, die durch gegenüberliegende Enden in der Richtung
der größeren Divergenz
treten, und die anderen zwei die Strahlen sind, die durch gegenüberliegende
Enden in der Richtung der kleineren Divergenz treten. Die Richtung
der Polarisation ist durch einen dicken Pfeil angegeben. Wie gezeigt
ist, wird der herkömmliche optische
Scanner auf solch eine Weise verwendet, dass die Streuung des Lichts
größer in der
X-Richtung (Scannrichtung) ist als in der Y-Richtung (normal zu
der Scannrichtung). Das Licht wird in der Y-Richtung polarisiert.
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4 zeigt ein Verhältnis zwischen
dem Reflexionsvermögen
und dem Reflexionswinkel des rotierenden Polygonalspiegels 4 im
herkömmlichen
optischen Scanner. Offensichtlich variiert das Reflexionsvermögen des
Lichts von dem polygonalen Spiegel 4 mit dem Reflexionswinkel.
Wenn der Reflexionswinkel variabel von 15 bis 45° ist, variiert der Ablenkungswinkel,
der zweimal der Reflexionswinkel ist, von 30 bis 90° über dem
Bereich von ± 30°. Aus 4 ist zu erkennen, dass
das Reflexionsvermögen um
etwa 3% variiert.
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Wenn
der Bereich des Ablenkungswinkels kleiner als ± 30° ist, wie in 4 gezeigt ist, ist der Unterschied im
Reflexionsvermögen
kleiner als 3%. Wegen dieses kleinen Unterschieds im Reflexionsvermögen traten
keine ernsthaften Probleme in der herkömmlichen Scannoptik auf, die
eine Laserlichtquelle hat zum Emittieren von linear polarisiertem Licht
und einen rotierenden polygonalen Spiegel zum Ablenken und Scannen
des Laserstrahls von der Laserlichtquelle, und die in der Lage ist,
die optische Intensität
des Laserstrahls auf einer bestimmten Scannoberfläche in eines
von drei Niveaus von Exposition zu justieren, stark, mittel und
schwach.
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Wenn
jedoch der Bereich des Ablenkungswinkels in dem herkömmlichen
optischen Scanner größer als ± 30° ist, ändert sich
das Reflexionsvermögen
des Lichts in großem
Maß, abhängig von
der Veränderung
des Ablenkungswinkels. Daher kann man gut erahnen, dass die Quantität des Lichts
sich um mehr als etwa 3% verändern
wird, abhängig
von jeder Position, die gescannt werden soll.
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5 zeigt das Verhältnis zwischen
dem Oberflächenpotential
auf dem lichtempfindlichen Körper 6 und
der Menge des Lichts, der der Körper
ausgesetzt ist. Ein Oberflächenpotential
im Fall dass die Menge der Exposition 0 ist, ist V0. V0/2, was eine Hälfte von
V0 ist, bezieht sich auf das Potential in dem Fall, dass die Menge
der Exposition E0 ist. Vd ist das Potential in dem Fall, dass die
Menge der Exposition 4E0 oder viermal E0 ist. Offensichtlich, um
das Potential Vd zu erzeugen, kann man eine Exposition von 4E0 vorsehen.
Selbst wenn 4E0 sich um etwa 3% ändert,
ist die Steigung der Kurve in der Nachbarschaft von 4E0 so gering,
dass das Potentialniveau Vd kaum variierend ist.
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Ein
Bedürfnis
trat kürzlich
auf, ein latentes Bild auf dem lichtempfindlichen Körper zu
bilden, indem Potentialniveaus in der Größe von VO/2 aufgebracht werden.
Entsprechend 5 ist die
Steigung der Kurve bei VO/2 und in einem nahe dabei liegenden Gebiet
näherungsweise –1, was
größer ist
als die Steigung der Kurve in der Nähe von 4E0, so dass, wenn sich
die Exposition um 3% oder mehr verändert, sich das Oberflächenpotential
in der Nähe
von VO/2 ebenfalls um 3% oder mehr verändert.
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Wenn
sich das Oberflächenpotential
in der Nähe
von VO/2 um 3% oder mehr verändert,
können unerwünschte Wirkungen,
wie Veränderungen
in der Druckdichte und Schmutzflecken im Hintergrund, gelegentlich
auftreten, so dass die Qualität
der Drucke verschlechtert wird. Es ist bekannt, dass dieses Problem
der Verschlechterung der Druckqualität eliminiert werden kann, indem
sichergestellt wird, dass die Differenz zwischen dem maximalen und
dem minimalen Oberflächenpotential
in der Nähe
von VO/2 innerhalb von 2% oder ± 1% gehalten wird.
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Unter
diesen Umständen
wurde verlangt, eine Scannoptik zu entwickeln, die in der Lage ist, eine
gleichmäßige Exposition
(mit Variationen innerhalb von ± 1%) über das gesamte Scanngebiet
vorzusehen, selbst wenn sich der gescannte Winkel über einen
Bereich von ± 30° oder mehr
verändert.
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Da
der Bereich der gescannten Winkel, über die die herkömmliche
Scannoptik die Verteilung der Exposition innerhalb von ± 1% halten
kann, von 15 bis 37° reicht
(siehe 4), variiert
der Ablenkungswinkel, der zweimal so groß ist wie der gescannte Winkel
von 30 bis 74°,
wodurch das Scannen durch Winkel nur im Bereich von ± 22° ermöglicht wird.
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Ferner
beschreibt die
US 5,233,188
A eine Laserstrahlscannvorrichtung, welche mittels eines Laserstrahls
in einer Dimension scannt. Die Laserstrahlscannvorrichtung weist
einen ersten und zweiten Laserstrahl-Emitter auf, welche einen Laserstrahl aussenden,
der in einer spezifischen Richtung polarisiert ist. Dabei passiert
der emittierte Laserstrahl ein Prisma und einen sich drehenden polygonalen
Spiegel.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorher erwähnten Probleme
zu lösen
und eine Scannvorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, die Richtung
der Polarisation des Laserstrahls so zu justieren, dass drei Niveaus
der Laserstrahlintensität
im wesentlichen gleich über
die gesamte Scannoberfläche
gehalten werden, d.h. die Differenz zwischen Maximum und Minimum
bei den drei Niveaus der Laserstrahlintensität wird jeweils innerhalb von
2% über der
gesamten Scannoberfläche
gehalten.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch einen optischen Scanner nach Anspruch 1.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Scannvorrichtung vorgesehen, die eine Laserlichtquelle
zum Emittieren von linear polarisiertem Licht umfaßt und einen
rotierenden polygonalen Spiegel zum Ablenken und Scannen des Laserstrahls
von der Laserlichtquelle durch Ablenkungswinkel über einen Bereich von ± 30° und mehr,
und die in der Lage ist, die optische Intensität des Laserstrahls auf einer
bestimmten Scannoberfläche
in eines von drei Niveaus der Exposition zu justieren, stark, mittel
und schwach, die weiterhin eine Einrichtung zum Justieren der Richtung
der Polarisation des Laserstrahls umfaßt, so dass die drei Niveaus
der Laserstrahlintensität
im wesentlichen gleich über
die gesamte Scannoberfläche
gehalten werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, kann die Justiereinrichtung
ein Mechanismus sein, der die Lichtquelle um die optische Achse
dreht, oder, alternativ dazu, kann eine λ/2 Platte zwischen die Lichtquelle
und den rotierenden polygonalen Spiegel eingefügt sein.
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Die
angegebene Aufgabe kann auch durch eine Scannoptik gelöst werden,
die eine Laserlichtquelle hat, die linear polarisiertes Licht emittiert,
und einen rotierenden polygonalen Spiegel, der den Laserstrahl von
der Laserlichtquelle durch Ablenkungswinkel über einen Bereich von ± 30° und mehr scannt,
und die in der Lage ist die optische Intensität des Laserstrahls auf einer
bestimmten Scannoberfläche
in eines von drei Niveaus von Exposition zu justieren, stark, mittel
und schwach, wobei der Scanner weiter eine Justiereinrichtung umfaßt, durch
die der Laserstrahl zirkular polarisiert ist, so dass die drei Niveaus
der Laserstrahlintensität
im wesentlichen gleich über
die gesamte Scannoberfläche
gehalten werden. Um diese Anforderung zu erfüllen, kann eine λ/4 Platte
zwischen der Lichtquelle und dem rotierenden polygonalen Spiegel
eingefügt
sein.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
einen optischen Scanner gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung.
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2 veranschaulicht
einen herkömmlichen optischen
Scanner.
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3 ist
ein Diagramm, das zusätzliche
Information über
den herkömmlichen
optischen Scanner liefert.
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4 ist
ein Diagramm, das das Verhältnis des
Reflexionsvermögens
gegenüber
dem Reflexionswinkel eines rotierenden polygonalen Spiegels im herkömmlichen
optischen Scanner zeigt.
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5 ist
ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen
der Exposition eines lichtempfindlichen Körpers und seinem Oberflächenpotential
zeigt.
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6 ist
ein Diagramm, das das Verhältnis des
Reflexionsvermögens
gegenüber
dem Reflexionswinkel des rotierenden polygonalen Spiegels für drei verschiedene
Richtungen der Polarisation zeigt.
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7 zeigt
einen optischen Scanner gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung.
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8 ist
ein Diagramm, das zusätzliche
Information über
die zweite Ausführungsform
der Erfindung vorsieht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird im einzelnen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
die Gesamtanordnung eines optischen Scanners gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, die identisch zu dem herkömmlichen System ist, das in 2 gezeigt
ist, außer
einem optischen Element 15, das zusätzlich enthalten ist.
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Licht,
das von einer Lichtquelle 1, wie einem Halbleiterlaser,
emittiert wird, tritt durch eine Kollimatorlinse 2, so
dass es in parallele Strahlen 7 konvertiert wird. Die Strahlen
sind in der gleichen Richtung polarisiert wie die Drehachse eines
polygonalen Spiegels 4. Ein optisches Element 15,
d.h. eine λ/2 Platte,
ist auf der stromabwärtigen
Seite der Kollimatorlinse 2 vorgesehen, das die Richtung
der Polarisation um einen Winkel drehen kann, der zweimal so groß ist wie
der Winkel der Rotation um die optische Achse, und das um 22,5° in bezug
auf die optische Achse geneigt ist. Die Richtung der Polarisation
des Lichts, das von der λ/2
Platte austritt, ist um 45° in
bezug auf die Rotationsachse des polygonalen Spiegels 4 geneigt.
Das Licht tritt durch eine zylindrische Linse 3, die eingefügt ist,
um die Schrägstellung
des polygonalen Spiegels 4 zu korrigieren, mit dem das Licht
nachfolgend abgelenkt und gescannt wird. Das abgelenkte Licht tritt
durch eine fθ Linse 5,
so dass es auf der Oberfläche
eines lichtempfindlichen Körpers 6 abgebildet
wird.
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Der
rotierende polygonale Spiegel 4 hat solche Charakteristika,
dass das Verhältnis
zwischen dem Reflexionsvermögen
und dem Reflexionswinkel mit der Richtung der Lichtpolarisation
variiert, wie in 6 gezeigt ist. Wenn die Richtung
der Polarisation um 45° in
bezug auf die Rotationsachse des polygonalen Spiegels 4 geneigt
ist, kann die Veränderung im
Reflexionsvermögen
innerhalb von ± 1%
gehalten werden trotz Änderungen
des Reflexionswinkels. Dieses Merkmal wird in der vorliegenden Erfindung verwendet.
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Eine
Möglichkeit,
das charakteristische Merkmal der Erfindung zu realisieren, ist
es, die λ/2 Platte
15 um 22,5° in
bezug auf die optische Achse geneigt zu positionieren, so dass die
Richtung der Polarisation des einfallenden Lichts auf den polygonalen
Spiegel 4 um 45° gedreht
wird (siehe 1). Als eine Folge davon sind
die Reflexionscharakteristika des polygonalen Spiegels 4 so,
wie sie durch die horizontale Linie in 6 angegeben
sind (die Richtung der Polarisation wird um 45° in bezug auf die Y-Richtung
gedreht), und die Veränderung
im Reflexionsvermögen
wird innerhalb von ± 1%
gehalten trotz Veränderungen
des Reflexionswinkels.
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Eine
zweite Möglichkeit,
das charakteristische Merkmal der Erfindung zu realisieren, ist
in 7 und 8 veranschaulicht. 7 zeigt
die allgemeine Gestaltung eines optischen Scanners, der das zweite
Verfahren annimmt, aber der die gleichen Komponenten wie das konventionale
System hat. Licht, das von einer Lichtquelle 1, wie einem
Halbleiterlaser, emittiert wird, tritt durch eine Kollimatorlinse 2,
so dass es in parallele Strahlen 7 konvertiert wird. Die
Strahlen 7 werden dann durch einen rotierenden polygonalen
Spiegel 4 abgelenkt und gescannt, nachdem sie durch eine
zylindrische Linse 3 getreten sind, die eingefügt ist,
um die Schrägstellung
des polygonalen Spiegels 4 zu korrigieren. Die abgelenkten Strahlen
treten durch eine fθ Linse 5,
so dass sie auf der Oberfläche
eines lichtempfindlichen Körpers 6 abgebildet
werden. Das zweite Verfahren umfaßt nicht nur das Drehen der
Lichtquelle 1 um die optische Achse um 45°, sondern
auch das Drehen der Richtung der Polarisation des emittierten Lichts
um 45°,
wie in 8 gezeigt ist. In 8 sind fünf Strahlen
durch Pfeile bezeichnet, wobei einer davon der mittlere Strahl ist,
zwei die Strahlen, die durch gegenüberliegende Enden in der Richtung
der größeren Divergenz
treten, und die anderen zwei die Strahlen sind, die durch gegenüberliegende
Enden in der Richtung der kleineren Divergenz treten. Die Richtung
der Polarisation ist durch einen dicken Pfeil angegeben. In dem
herkömmlichen
Scanner ist die Divergenz des Lichts größer in der X-Richtung (Scannrichtung)
als in der Y-Richtung (normal zur Scannrichtung). Offensichtlich
ist die Richtung der Polarisation in 3 um 45° in 8 gedreht.
Als ein Ergebnis davon sind die Reflexionscharakteristika des polygonalen
Spiegels 4 so, wie sie durch die horizontale Linie in 6 angegeben
sind (die Richtung der Polarisation ist um 45° in bezug auf die Y-Richtung
gedreht), und die Veränderung
im Reflexionsvermögen wird
innerhalb von ± 1%
gehalten trotz Veränderungen
des Reflexionswinkels.
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Eine
dritte Möglichkeit,
das charakteristische Merkmal der Erfindung zu realisieren, ist
es, das optische Element 15 in 1 mit einer λ/4 Platte
auszutauschen, die in der Lage ist, von linearer zu zirkularer Polarisation
zu konvertieren. Mit zirkular polarisiertem Licht sind die Reflexionscharakteristika
des polygonalen Spiegels 4 so, wie sie durch die horizontale
Linie in 6 angegeben sind (die Richtung
der Polarisation ist um 45° in
bezug auf die Y-Richtung gedreht),
und die Veränderung
im Reflexionsvermögen
wird innerhalb von ± 1%
gehalten trotz Veränderungen
des Reflexionswinkels.
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Wie
oben beschrieben, ist gemäß der Erfindung
die Richtung der Polarisation der Strahlen, die auf den rotierenden
polygonalen Spiegel 4 einfallen, um 45° in bezug auf seine Drehachse
gedreht, und dies ermöglicht
das Herstellen von einer Weitwinkelscannoptik, die Licht durch Winkel über einen
Bereich von ± 30° oder mehr
ablenkt und die gleichzeitig nicht mehr als ± 1% von Unterschied im Reflexionsvermögen erfährt trotz
Veränderungen
des Reflexionswinkels von dem polygonalen Spiegel 4.
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Alternativ
dazu sind die Lichtstrahlen, die auf den polygonalen Spiegel 4 einfallen,
zirkular polarisiert, und dies ermöglicht auch das Herstellen
von einer Weitwinkelscannoptik, die Licht durch Winkel über einen
Bereich von ± 30° oder mehr
ablenkt und die dennoch nicht mehr als ± 1% Unterschied im Reflexionsvermögen erfährt trotz
Veränderungen
des Reflexionswinkels von dem polygonalen Spiegel 4.
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In
beiden Fällen
lenkt die hergestellte Weitwinkelscannoptik Licht durch Winkel über einen
Bereich von ± 30° oder mehr
ab und dennoch kann die Variation der Exposition innerhalb von ± 1% über das gesamte
zu scannende Gebiet gehalten werden.
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Daher
ist die Scannoptik der Erfindung optimal zur Verwendung in dem Fall,
in dem ein Weitwinkelscannen über
den Bereich von ± 30° hinaus durchgeführt werden
muß, während die
Variation in der Menge des Scannlichts innerhalb von ± 1% über das gesamte
Gebiet, das gescannt werden soll, gehalten wird, wie es durch einen
optischen Scanner ausgeführt
wird, der eine Laserlichtquelle zum Emittieren von linear polarisiertem
Licht hat und einen rotierenden polygonalen Spiegel zum Ablenken
und Scannen des Laserlichts von der Laserlichtquelle durch Ablenkungswinkel über einen
Bereich von ± 30° oder mehr,
und der in der Lage ist, die optische Intensität des Laserstrahls auf einer
bestimmten Scannoberfläche
in eines von drei Niveaus der Exposition zu justieren, stark, mittel
und schwach, das im wesentlichen gleich über die gesamte Scannoberfläche gehalten
werden muß.
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Der
Fachmann versteht, dass diese Vorteile der Erfindung erhalten werden
können,
wenn vier oder mehr Niveaus von Laserstrahlintensität gesetzt werden.