DE19532134A1

DE19532134A1 - Laserscanner

Info

Publication number: DE19532134A1
Application number: DE19532134A
Authority: DE
Inventors: Toshio Urakawa; Hideki Goto; Kounosuke Mino
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2015-09-01
Also published as: JPH08122675A; US5699180A; DE19532134C2; JP3031451B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserscanner, der einen Gegen stand mittels eines Laserstrahls linear abrastert, und spe zieller betrifft sie einen Laserscanner, wie er bei Laser- Strichcodelesern, Laserdruckern, Laserfaxgeräten oder Laser- OCR (optical code reading)-Geräten verwendet wird.

In einem Laserscanner wird ein Laserstrahl im allgemeinen durch Drehen oder Hin- und Herbewegen eines Abrasterspiegels reflektiert, wobei der reflektierte Strahl ein linear abra sternder Strahl ist. Um eine vorgegebene Ebene mit einem fo kussierten Laserstrahl mit einer vorgegebenen Geschwindig keit abzurastern, wird eine Linse oder ein weiterer Spiegel zwischen der Ebene und dem Spiegel angeordnet, um zu bewir ken, daß der Laserstrahl durch die Linse tritt oder durch den weiteren Spiegel reflektiert wird, damit sich seine Richtung und/oder sein Brennpunkt ändern.

Es wurden verschiedene Konstruktionen für die Linse oder den Spiegel vorgeschlagen. Z. B. sind in den Offenlegungen Nr. 1-200219 und 1-200220 zu japanischen Patentanmeldungen sowie in der japanischen Patentveröffentlichung 57-2223 ein nur aus Spiegeln bestehendes und ein einen Spiegel mit gekrümm ter Reflexionsfläche verwendetes System offenbart. Diese Veröffentlichungen beschreiben einen Laserscanner unter Ver wendung eines Kugelspiegels.

Ein Laserscanner weist, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, einen Laseroszillator 1 zum Erzeugen eines Laserstrahls, eine Kondensorlinse 2 zum Bündeln des vom Laseroszillator 1 abgestrahlten Laserstrahls, einen Spiegel mit einer einzigen Fläche zum Reflektieren des von der Kondensorlinse 2 gebün delten Laserstrahls in eine gewünschte Richtung, eine Linse 3 zum Abbilden des durch den Spiegel 4 mit der einzigen Flä che reflektierten Laserstrahls auf eine Abrasterposition, ein Lichtempfangselement 7 zum Erfassen der Position des Ab rasterstrahls, das gerade vor der Abrasterposition innerhalb eines Abrasterbereichs angeordnet ist, und einen Reflexions spiegel 14 auf, um den Laserstrahl auf das Lichtempfangsele ment 7 zu lenken.

Ein Linsenrahmen, der die Kondensorlinse 2 hält, besteht aus Aluminium oder Messing, während ein Linsenhalter aus Alumi nium, FRP oder dergleichen besteht. Der Spiegel 4 mit der einzigen Fläche wird dadurch hergestellt, daß nur eine Ober fläche eines Polygonspiegels spiegelglatt bearbeitet wird, dagegen die anderen Flächen für unregelmäßige Reflexion auf gerauht oder angestrichen werden. Alternativ wird er dadurch hergestellt, daß eine Fläche spiegelglatt bearbeitet wird und die andere Fläche schwarz angestrichen wird.

Ein herkömmlicher Laserscanner, der einen Abrasterspiegel mit mehreren Spiegelflächen verwendet, ist erforderlich, um eine Verschiebung der Abrasterposition wegen einer Winkel änderung zwischen mehreren Spiegelflächen zu korrigieren, wodurch mehrere Linsen und Spiegel zusätzlich zum Abraster spiegel und der Kondensor- oder Kollimatorlinse erforderlich sind, um die Funktionen zu erzielen, daß die Abrasterge schwindigkeit konstant wird, die Brennpunktsposition korri giert wird und die Verschiebung der Abrasterposition korri giert wird, was die Anzahl der Komponenten und die Kosten erhöht.

Außerdem ist es derzeit typisch, eine Laserdiode als Laser oszillator 1 zu verwenden. Eine Laserdiode 1 weist, wie es in Fig. 17 dargestellt ist, eine astigmatische Differenz auf, gemäß der die Ausgangspunkte eines Strahls in Y-Rich tung entlang der Chipschicht und eines solchen in der X- Richtung, rechtwinklig hierzu, um einen Abstand Z1 voneinan der verschieden ist. Wenn Fokussieren durch eine Zylinder linse erfolgt, tritt eine Differenz Z2 in der Brennweite auf. Wenn angenommen wird, daß der Abrasterpunkt P1 ist, wird der Strahl in der X-Richtung rechtwinklig zur Chip schicht konvergiert, jedoch nicht in der Richtung Y entlang der Chipschicht. So tritt die Schwierigkeit auf, daß der Strahl nicht auf einen geeigneten Durchmesser konvergiert werden kann, wenn ein Laserscanner mit hoher Präzision er halten werden soll.

Ferner sollte ein Laserpositions-Erfassungselement im allge meinen an einer Stelle liegen, an der die optische Pfadlänge des Lasers zum Element im wesentlichen mit der Entfernung zur Laserabrasterposition übereinstimmt, was Beschränkungen hinsichtlich des Verlaufs der Länge des optischen Pfads her vorruft oder diesen verlängert. Dies macht es erforderlich, einen Reflexionsspiegel im optischen Pfad anzuordnen, um den optischen Pfad umzulenken, wodurch Schwierigkeiten hinsicht lich einer Erhöhung der Scannergröße oder der Anzahl von Komponenten auftritt.

Außerdem ändert sich bei Temperaturänderungen während des Gebrauchs der Abstand zwischen dem Laseroszillator und der Kondensorlinse aufgrund einer Expansion oder Kontraktion von Montageteilen derselben. Derartige Änderungen rufen Schwie rigkeiten in einem optischen Vergrößerungssystem dahingehend hervor, daß dann, wenn die optische Leistung hoch ist, der Brennpunkt des Laserstrahls so verschoben wird, daß sich die Form des Laserstrahls an der Abrasterposition deutlich än dert. Darüber hinaus besteht die Schwierigkeit, daß es er forderlich ist, einen Schlitz mit einem gesonderten Teil am Vorderende des Kondensorlinsenrahmens oder des Linsenhalters anzubringen, was die Herstellkosten erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Laserscanner mit verringerter Anzahl von Komponenten und damit verringer ten Kosten zu schaffen, bei dem die durch eine astigmatische Differenz hervorgerufene Verschiebung des Brennpunkts ver ringert werden kann.

Der erfindungsgemäße Laserscanner ist durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 gegeben.

Bei diesem Laserscanner wird der Laserstrahl durch die La seroszillatoreinrichtung abgestrahlt, die Kondensorlinsen einrichtung bündelt den von der Laseroszillatoreinrichtung abgestrahlten Laserstrahl, der Abrasterspiegel, der von der Abrastereinrichtung gedreht wird, reflektiert den von der Kondensorlinseneinrichtung gebündelten Laserstrahl in einer gewünschten Richtung, der Laserstrahl wird in der Hauptab rasterrichtung durchgerastert, der Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche, der in der Hauptabrasterrichtung des Lasers kugelförmig und in der Sekundärabrasterrichtung elliptisch ist, reflektiert den abgerasterten Laserstrahl so, daß die Oberfläche des abzurasternden photoempfindlichen Körpers mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit abge rastert wird. Dies beseitigt einen Mechanismus zum Korrigie ren eines Fehlers der Position des Strahls nach der Refle xion, hervorgerufen durch Parallelitätsänderungen zwischen den Oberflächen, wie dann, wenn ein Abrasterspiegel mit meh reren Oberflächen verwendet wird. Eine einzige Spiegelein richtung mit gekrümmter Oberfläche mit asphärischer Ober fläche kann als Mechanismus dienen, um die Abrastergeschwin digkeit gleichmäßig zu machen und Verschiebungen des Brenn punkts zu korrigieren. Außerdem wird, wenn als Laseroszilla toreinrichtung eine Laserdiode verwendet wird, dann, wenn ein Spiegel mit Kugelfläche verwendet wird, die Position des Brennpunkts zwischen der Primär- und der Sekundärabraster richtung wegen der astigmatischen Differenz verschoben. Eine solche Verschiebung des Brennpunkts kann dadurch verringert werden, daß die gekrümmte Oberfläche des Spiegels in der Hauptabrasterrichtung als Teil eines Kreises und in der Se kundärabrasterrichtung als Teil einer Ellipse ausgebildet wird.

Gemäß der Maßnahme des Anspruchs 2 wird die Laseroszillator einrichtung von einer Laseroszillatoreinrichtung-Halteein richtung gehalten, die Kondensorlinseneinrichtung wird von einem Kondensorlinsenrahmen gehalten, und der Kondensorlin senrahmen wird in axialer Richtung verschiebbar durch die Linsenhalteeinrichtung gehalten, deren Material aus solchen Materialien ausgewählt ist, die einen linearen Expansions koeffizienten aufweisen, der größer als der des Kondensor linsenrahmens ist, die Klebereinspritzöffnung ist in der Linsenhalteeinrichtung an derjenigen Seite angebracht, die nicht in Kontakt mit der Laseroszillatoreinrichtung-Halte einrichtung steht, wobei die Position des Kondensorlinsen rahmens bestimmt wird und Kleber durch die Einspritzöffnung injiziert wird, um den Kondensorlinsenrahmen an der Linsen halteeinrichtung zu befestigen. So kann selbst dann, wenn der Kondensorlinsenrahmen und die Linsenhalteeinrichtung aufgrund einer Temperaturänderung expandieren oder kontra hieren, die Abstandsänderung zwischen der Laseroszillator einrichtung und dem Kondensorlinsenrahmen minimal gehalten werden, da der lineare Expansionskoeffizient der Linsenhal teeinrichtung größer als der des Kondensorlinsenrahmens ist.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 3 wird der Laserstrahl durch den Abrasterspiegel auf die Reflexionsspiegeleinrich tung mit gekrümmter Oberfläche reflektiert. So ist die Her stellung des Abrasterspiegels vereinfacht.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 4 ist es möglich, einen speziellen Spiegel zum Reflektieren des Laserstrahls auf das Lichtempfangselement wegzulassen, so daß die Anzahl von Kom ponenten verringert werden kann.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 5 ist die Herstellbarkeit wegen des Gießvorgangs vereinfacht.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 6 ist es möglich, die Brennpunktsfehler in der Primär- und Sekundärabrasterrich tung minimal zu halten, so daß der Linearitätsfehler und der Brennpunkts-Positionsfehler auf einem für die Praxis ausrei chenden Wert gehalten werden können.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 7 ist der folgende Effekt erzielbar. Obwohl die Abrasterrichtung des vom Abrasterspie gel reflektierten Lichtstrahls nicht mit dem Laserstrahl rechtwinklig zur Chipschichtorientierung der Laserdiode übereinstimmen kann, was eine Verzerrung hervorruft, kann die Abrasterrichtung des am Abrasterspiegel reflektierten Laserstrahls im wesentlichen in Übereinstimmung mit der Richtung des Laserstrahls rechtwinklig zur Ausrichtung der Chipschicht der Laserdiode gebracht werden, wenn die Aus richtung der Chipschicht der Laserdiode unter einem Winkel schräg gestellt wird, der im wesentlichen dem der Sekundär abrasterrichtung entspricht.

Die obengenannte Aufgabe wird auch durch einen Laserscanner gemäß der Lehre des beigefügten Anspruchs 8 gelöst. Bei die sem Laserscanner wird der Laserstrahl durch die Laseroszil latoreinrichtung abgestrahlt, die Kondensorlinseneinrichtung bündelt den von der Laseroszillatoreinrichtung abgestrahlten Laserstrahl, der durch die Abrastereinrichtung gedrehte Ab rasterspiegel reflektiert den durch die Kondensorlinsenein richtung gebündelten Laserstrahl in einer gewünschten Rich tung, der Laserstrahl wird in der Primärabrasterrichtung durchgerastert, und der Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche, der in der Primärabrasterrichtung des Lasers kugelförmig und in der Sekundärabrasterrichtung elliptisch ist, reflektiert den durchgerasterten Laserstrahl, um die Oberfläche des abzurasternden photoempfindlichen Körpers mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit abzurastern. Da durch entfällt der Mechanismus zum Korrigieren eines Posi tionsfehlers des Strahls nach der Reflexion, wie durch Par allelitätsänderungen zwischen den Oberflächen hervorgerufen, wie dann, wenn ein Abrasterspiegel mit mehreren Flächen ver wendet wird. Nur eine Spiegeleinrichtung mit gekrümmter Oberfläche mit asphärischer Oberfläche kann als Mechanismus zum Erzielen einer gleichmäßigen Abrastergeschwindigkeit und zum Korrigieren einer Brennpunktsverschiebung dienen. Wenn eine Laserdiode als Laseroszillatoreinrichtung verwendet wird, wird, falls ein Spiegel mit Kugelfläche verwendet wird, die Position des Brennpunkts zwischen der Primär- und der Sekundärabrasterrichtung wegen der astigmatischen Diffe renz verschoben. Eine solche Verschiebung des Brennpunkts kann dadurch verringert werden, daß die gesamte Oberfläche des Spiegels in der Primärabrasterrichtung als Teil eines Kreises und in der Sekundärabrasterrichtung als Teil einer Ellipse ausgebildet wird. Ferner wird die Laseroszillator einrichtung durch die Laseroszillatoreinrichtung-Halteein richtung gehalten, die Kondensorlinseneinrichtung wird durch den Kondensorlinsenrahmen gehalten, der Kondensorlinsenrah men wird in axialer Richtung verschiebbar durch die Linsen halteeinrichtung gehalten, deren Material aus solchen Mate rialien ausgewählt ist, deren linearer Expansionskoeffizient größer als der des Materials des Kondensorlinsenrahmens ist, die Klebereinspritzöffnung ist in der Linsenhalteeinrichtung an derjenigen Seite vorhanden, die nicht in Kontakt mit der Laseroszillatoreinrichtung-Halteeinrichtung steht, die Posi tion des Kondensorlinsenrahmens wird festgelegt, und Kleber wird durch die Einspritzöffnung eingespritzt, um den Konden sorlinsenrahmen an der Linsenhalteeinrichtung zu befestigen. So kann selbst dann, wenn der Kondensorlinsenrahmen und die Linsenhalteeinrichtung wegen Temperaturänderungen expandie ren oder kontrahieren, die Abstandsänderung zwischen der Laseroszillatoreinrichtung und dem Kondensorlinsenrahmen minimal gehalten werden, da der lineare Expansionskoeffi zient der Linsenhalteeinrichtung größer als der des Konden sorlinsenrahmens ist. Darüber hinaus ist eine Reflexionsflä che mit einer Krümmung, die von der im wirksamen Abraster bereich der Reflexionsspiegeleinrichtung mit gekrümmter Flä che verschieden ist, außerhalb des wirksamen Abrasterbe reichs zusammenhängend angrenzend an die Reflexionsspiegel einrichtung ausgebildet. Dies ermöglicht es, einen speziel len Spiegel zum Reflektieren des Laserstrahls auf das Licht empfangselement wegzulassen.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 9 kann das Lichtempfangs element eine Bezugsposition des Laserstrahls erfassen.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 10 kann die Bezugsposition genau erfaßt werden.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 11 kann die Anzahl der Kom ponenten verringert werden, was die Kosten verringert.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 12 wird der Laserstrahl nach dem Durchlaufen der Kondensorlinse gebündelt, wodurch die Konstruktionsfreiheitsgrade verbessert sind.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der selben ersichtlich, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Anordnung eines Laserdruckers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er findung zeigt;

Fig. 2 und 3 sind schematische Diagramme, die die Anordnung eines Laserscanners gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er findung in verschiedenen Ansichten zeigen;

Fig. 4 ist ein Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche im Laserscanner;

Fig. 5 ist eine Laserstrahl-Emissionseinheit im Laserscan ner;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem im Laser drucker gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 7 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Funktion der Erfindung;

Fig. 8 und 9 sind jeweils Kurvendiagramme, die Brennpunkts- Positionsfehler und Linearitätsfehler in einem Laserscanner gemäß dem Ausführungsbeispiel aufgetragen über verschiedenen Winkeln zeigen;

Fig. 10 zeigt Kurvendiagramme zum Veranschaulichen der Krüm mung des Spiegels mit gekrümmter Oberfläche im Laserscanner gemäß dem Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Funktion der Erfindung;

Fig. 12 veranschaulicht die Form eines Strahls;

Fig. 13 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Funktion der Erfindung;

Fig. 14 und 15 zeigen andere Ausführungsbeispiele der Erfin dung;

Fig. 16 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines herkömmlichen Laserscanners zeigt; und

Fig. 17 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer astigma tischen Differenz bei einem Laserscanner.

Nun wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge mäßen Laserscanners unter Bezugnahme auf die Zeichnungen be schrieben. Der Laserscanner ist bei einem Laserdrucker ange wandt.

Gemäß Fig. 1 verfügt der Laserdrucker dieses Ausführungsbei spiels über eine Platzzuführung 32 am rechten Ende des Ge häuses 31, auf die Papierblätter aufgestapelt sind. Eine Aufnahmewalze 33 ist im Gehäuse 31 stromabwärts bezüglich der Blattzuführrichtung ausgehend von der Blattzuführung 32 angeordnet, um Papierblätter der Reihe nach zuzuführen, die auf der Blattzuführung 32 aufgestapelt sind. Stromabwärts in Blattzuführrichtung ausgehend von der Aufnahmewalze 33 be findet sich ein photoempfindlicher Körper 34 zum Herstellen eines elektrischen latenten Bilds auf Grundlage eines einge strahlten Laserstrahls. Um den photoempfindlichen Körper 34 herum sind eine Entwicklungseinrichtung 35 zum Entwickeln des elektrischen latenten Bilds mit Toner, eine Übertra gungseinheit 36 zum Übertragen des entwickelten Tonerbilds auf ein zugeführtes Blatt Papier, eine Primär- und eine Se kundärladeeinheit sowie eine Reinigungseinheit (die nicht dargestellt sind) angeordnet. Außerdem ist stromabwärts in Blattzuführrichtung in bezug auf den photoempfindlichen Kör per 34 eine Fixiereinheit 37 angeordnet, um das durch die Übertragungseinheit 36 übertragene Tonerbild thermisch zu fixieren. Stromabwärts in Blattzuführrichtung in bezug auf die Fixiereinheit 37 befindet sich eine Ausgabewalze 38 zum Ausgeben des bedruckten Blatts aus dem Gehäuse 31. Im Gehäu se 31 ist auch ein Laserscanner 39 angeordnet, der einen Laserstrahl erzeugt.

Der Laserscanner 39 umfaßt, wie es in den Fig. 2 und 3 im Detail dargestellt ist, einen Laseroszillator 1 als Laser oszillatoreinrichtung zum Projizieren eines Laserstrahls, eine Kondensorlinse 2 als Kondensorlinseneinrichtung zum Bündeln des vom Laseroszillator 1 abgestrahlten Laser strahls, einen Abrasterspiegel 4 zum Reflektieren des durch die Kondensorlinse 2 gebündelten Laserstrahls in einer be liebigen Richtung, eine Abrastereinrichtung 3 zum Verdrehen des Abrasterspiegels 4 so, daß der Laserstrahl in einer Pri mär-Abrasterrichtung linear durchgerastert wird, einen Spie gel 5 mit gekrümmter Oberfläche als Reflexionsspiegelein richtung mit gekrümmter Oberfläche zum Reflektieren des durchgerasterten Laserstrahls in solcher Weise, daß die durchgerasterte Fläche 6 auf dem photoempfindlichen Körper 34 mit im wesentlichen vorgegebener Geschwindigkeit durchge rastert wird. Die Bezugszahlen 40 und 41 in Fig. 3 bezeich nen Umlenkspiegel, die in Fig. 2 weggelassen sind. Wenn die Drehwelle eines Abrastermotors, der eine Komponente der Ab rastereinrichtung 3 ist, schräg steht, kann dieselbe Schwie rigkeit auftreten wie dann, wenn Winkelabweichungen zwischen den Spiegelflächen vorliegen. Demgemäß wird ein Motor mit Motorlager mit großem Abstand verwendet, um eine Schrägstel lung der Welle zu verhindern.

Der Spiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche ist, wie es im De tail in Fig. 4 dargestellt ist, so ausgebildet, daß er in der Primärabrasterrichtung des Lasers eine Kugelfläche mit einem Radius R1 aufweist und er in der Sekundärabrasterrich tung eine Ellipsoidfläche mit einer Hauptachsenlänge R2 und einer Nebenachsenlänge R1 aufweist. Durch Ändern der Krüm mung und der Elliptizität können verschiedene Richtungen in der Primär- und der Hauptabrasterrichtung erzielt werden.

Die Laserdiode 1 ist, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, an einem Laserhalter 11 als Laseroszillatoreinrichtung-Halte einrichtung mittels eines durch Ultraviolettstrahlung härt baren Klebers befestigt, während die Kondensorlinse 2 an einem Kondensorlinsenrahmen 8 mittels solcher durch Ultra violettstrahlung härtbaren Kleber befestigt ist. Der Linsen rahmen 8 ist an einem Linsenhalter 10 als Linsenhalteein richtung befestigt, um den Kondensorlinsenrahmen 8 in axia ler Richtung B verschiebbar zu halten. Der Linsenhalter 10 ist am Laserhalter 11 befestigt und besteht aus einem Mate rial, das aus solchen mit einem linearen Expansionskoeffi zienten ausgewählt ist, der größer als der des Materials des Kondensorlinsenrahmens 8 ist. Z. B. wird für den Kondensor linsenrahmen 8 Aluminium mit einem linearen Expansionskoef fizienten von ungefähr 2 × 10^-5/°C verwendet, während für den Linsenhalter 10 Eisen mit einem linearen Expansionskoef fizienten von ungefähr 1 × 10^-5/°C verwendet wird. Der Lin senhalter 10 ist so mit Schrauben befestigt, daß er an einer Fläche 12 am Laserhalter 11 anliegt. Im Linsenhalter 10 ist eine Klebereinspritzöffnung 13 an derjenigen Seite vorhan den, die nicht in Kontakt mit dem Laseroszillator 1 steht. Nachdem der Kondensorlinsenrahmen 8 positioniert wurde, wird der durch Ultraviolettstrahlung härtbare Kleber durch die Einspritzöffnung 13 eingespritzt, um den Kondensorlinsen rahmen 8 am Linsenhalter 10 zu fixieren. Am Vorderende des Linsenhalters 10 ist ein Schlitz 20 vorhanden, um die Form des Strahlflecks einzustellen. Diese Komponenten bilden die Laseremissionseinheit 22.

Der Abrasterspiegel 4 ist durch eine Aluminiummetallisierung auf einer Oberfläche spiegelglatt bearbeitet, während die andere Fläche als geschliffenes Glas bearbeitet ist, um für unregelmäßige Reflexion zu sorgen. Obwohl es möglich ist, die nicht spiegelnde Oberfläche schwarz anzumalen, ist die Endbearbeitung durch Glasschliff beim Herstellprozeß kosten mäßig von Vorteil. Da der Abrasterspiegel 4 zunächst in Form einer großen Glasplatte mit Aluminium metallisiert wird, mit einer Schutzschicht überzogen wird und das Glas geschliffen wird und dann zu Rechtecken zerschnitten wird, werden gün stigere Kosten erzielt als dann, wenn die Spiegelbearbeitung mit Aluminium nach dem Zerteilen mit einer speziellen Ma schine ausgeführt wird.

Der Laserdrucker verfügt über eine CPU 42 zum Steuern jedes Teils, wie in Fig. 6 dargestellt. Die CPU 42 ist mit einer Laserscannereinheit 43, einem Hauptmotortreiber 45 zum Steu ern eines Hauptmotors 44 als Kraftquelle, einer Fixiersteu ereinheit 48 zum Steuern eines Heizers 46, der die Fixier einheit 37 beheizt, einem Thermistor 47, der die Temperatur der Fixiereinheit 37 mißt, einer Hochspannung-Steuerschal tung 50 zum Steuern einer Ladeeinheit 49, einer Übertra gungseinheit 36, einer Entwicklungseinheit 35 und eines photoempfindlichen Körpers 34, einer Blattzuführkupplung 51 zum Ein- und Ausschalten des Antriebs einer Aufnahmewalze 33 und einer Schnittstelle 56 verbunden, die ihrerseits mit einer externen Vorrichtung verbunden ist. Die Laserscanner einheit 43 besteht aus einem Abrastermotortreiber 53 zum steuernden Antreiben eines Abrastermotors 52, der eine Kom ponente der Abrastereinrichtung 3 ist, einer Laserdioden lichtmenge-Steuerschaltung 54 zum Steuern der Lichtmenge der Laserdiode 1 und einer Laserposition-Erfassungsschaltung 55 zum Erfassen der Bezugsposition des Laserstrahls auf Grund lage eines Signals von einem Lichtempfangselement 7 zum Er fassen der Position.

Nachfolgend wird die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die auf die Papierzuführung 32 aufgestapelten Papierblätter werden durch die Aufnahmewalze 33 einzeln nacheinander zuge führt. Auf dem photoempfindlichen Körper 34, der durch die Ladeeinheit 49 gleichmäßig aufgeladen wurde, wird durch den vom Laserscanner 39 eingestrahlten Laserstrahl ein elektro statisches latentes Bild erzeugt. Dieses wird durch die Ent wicklungseinheit 35 zu einem Tonerbild entwickelt. Dieses wird dann durch die Übertragungseinheit 36 auf das zugeführ te Blatt Papier übertragen. Das entwickelte Tonerbild auf dem Blatt Papier wird durch die Fixiereinheit 37 thermisch fixiert. Das Blatt Papier mit dem fixierten Bild wird durch die Ausgabewalze 38 aus dem Gerätegehäuse 31 ausgegeben.

Nun wird die Funktion des Laserscanners 39 unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 7 beschrieben.

Der von der Laserdiode 1 abgestrahlte Laserstrahl fällt auf die Kondensorlinse 2 und wird durch diese gebündelt. Dieser durch die Kondensorlinse 2 gebündelte Laserstrahl wird in einen konvergierenden Strahl mit begrenzter Brenntiefe umge wandelt, und er fällt auf den Abrasterspiegel 4 mit einer Laserstrahl-Reflexionsfläche, der durch die Abrastereinrich tung 3 mit einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben wird. Der vom Abrasterspiegel 4 reflektierte Laserstrahl wird in einen Abrasterstrahl umgesetzt, der durch eine Ebene abgera stert wird. Der Abrasterstrahl fällt auf den Reflexionsspie gel 5 mit gekrümmter Laserstrahl-Reflexionsfläche. Der am Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche reflektierte Laserstrahl erreicht eine Laserstrahl-Abrasterzeile 6 auf dem photoempfindlichen Körper 34, um diesen abzurastern.

Im allgemeinen verfügt die Laserdiode 1 über eine astigmati sche Differenz, gemäß der der Laserprojektionspunkt in der Richtung entlang der Chipschicht von dem in der Richtung rechtwinklig hierzu verschieden ist. Es hat sich gezeigt, daß ein durch ein optisches System aus Kugelkomponenten kon vergierter Laserstrahl in der Richtung entlang der Chip schicht und in der Richtung rechtwinklig dazu verschiedene Brennpunktspositionen aufweist. Wenn die Astigmatismusdiffe renz z. B. 10 µm beträgt und das optische System einen Kon vergenzskalierungsfaktor 30 hat, wird die Verschiebung des Brennpunkts 9 mm. Das Ausführungsbeispiel verringert die Verschiebung des Brennpunkts dadurch, daß die gekrümmte Oberfläche des Spiegels 5 mit verschiedenen Krümmungen in der Abrasterrichtung und der dazu rechtwinkligen Richtung ausgebildet ist. Demgemäß kann festgelegt werden, daß der Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche den Brennpunkt richtig auf die Abrasterzeile 6 fokussieren kann und er für konstante Abrastergeschwindigkeit des Laserstrahls auf der Abrasterzeile 6 sorgen kann.

Wenn z. B. angenommen wird, daß der Abstand L₁ vom Abraster spiegel 4 zum Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche im Abrasterzentrum 147 mm beträgt, der Abstand L₂ vom Refle xionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche zur Abrasterzeile 6 153 mm beträgt, der Radius R₁ der Reflexionsfläche des Re flexionsspiegels 5 mit gekrümmter Oberfläche in der Haupt achsenrichtung 470 mm beträgt, der Radius R₂ in der Neben achsenrichtung 463 mm beträgt und die Drehmittelachse der Radius R₁ in Längsrichtung ist, beschreibt der Brennpunkts- Positionsfehler in Abrasterrichtung eine in Fig. 8 (a) ge zeigte Kurve 101 und eine ebenfalls in dieser Figur darge stellte Kurve 102 in der Richtung rechtwinklig zur Abraster richtung. Die Abszisse kennzeichnet den Winkel zwischen der Richtung des Laserstrahls und dem Abrasterzentrum in Radian. Der Linearitätsfehler ist dergestalt, wie es in Fig. 8 (b) dargestellt ist, wobei die Verschiebung gegenüber einer Idealposition angegeben ist.

Wenn angenommen wird, daß der Abstand L₁ 175 mm beträgt, der Abstand L₂ 205 mm beträgt, der Radius R₁ der Reflexionsflä che des Reflexionsfläche 5 mit gekrümmter Oberfläche in der Längsrichtung 543 mm beträgt, der Radius R₂ in der Querrich tung 537 mm beträgt und die Drehmittelachse der Längsradius R₁ ist, beschreibt der Brennpunkts-Positionsfehler in der Abrasterrichtung eine Kurve 103, wie sie in Fig. 9 (a) dar gestellt ist und eine in derselben Figur dargestellte Kurve 104 in der Richtung rechtwinklig zur Abrasterrichtung. Die Abszisse kennzeichnet wiederum den Winkel zwischen der Rich tung des Laserstrahls und dem Abrasterzentrum in Radian. Der Linearitätsfehler ist dergestalt, wie es in Fig. 9 (b) dar gestellt ist, wobei die Abweichung von einer Idealposition angegeben ist. Bei den vorstehenden zwei Beispielen befinden sich der Linearitätsfehler und der Brennpunkts-Positionsfeh ler auf Werten, die für den praktischen Gebrauch ausreichen.

Die Fig. 8 und 9 sind Kurvendiagramme für den Fall, daß in der Laserdiode 1 keine astigmatische Differenz vorliegt. Wenn eine solche vorhanden ist, wie es in Fig. 10 (a) darge stellt ist, die den Fall eines Reflexionsspiegels mit ge krümmter Oberfläche mit denselben Krümmungen in der Primär- und Sekundärabrasterrichtung veranschaulicht, ändert sich der Brennpunkts-Positionsfehler in der Abrasterrichtung so, wie es durch eine Kurve 21 angegeben ist, der Linearitäts fehler in vertikaler Richtung ändert sich so, wie es durch eine Kurve 22a für die astigmatische Differenz 0 angegeben ist, und der Brennpunkts-Positionsfehler ändert sich bei maximaler astigmatischer Differenz so, wie es durch eine Kurve 22b angegeben ist. Wenn Schwankungen der astigmati schen Differenz vorliegen, liegt der Brennpunkts-Positions fehler in vertikaler Richtung in einem durch B gekennzeich neten Bereich. Andererseits zeigt Fig. 10 (b) einen Refle xionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche mit Krümmungen gemäß der Erfindung. Da der Wert von D durch Ändern des Kreisver laufs geändert werden kann, im Vergleich zu Fig. 10 (a), kann der Gesamtfehler kleiner als A in Fig. 8 (a) gemacht werden, so daß der Scanner höhere Auflösung aufweisen kann.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 11 wird nun ein Fall be schrieben, bei dem der Laserstrahl unter einem Winkel auf den Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche fällt.

Wenn die Einfallswinkel des Laserstrahls auf den Spiegel 4 mit einzelner Oberfläche α = 90° und β = 0° sind, ergibt sich für den Laserstrahl eine Abrasterkrümmung, wie sie durch eine gestrichelte Linie 6a angezeigt ist. Die Abra sterkrümmung kann dadurch unterdrückt werden, daß der Winkel β im wesentlichen dem Winkel Θ gleich gemacht wird. Wenn die Winkel in der Richtung entlang der Chipfläche und entlang der Sekundärabrasterrichtung mit dem Winkel β zur Überein stimmung gebracht sind, besteht für den am Abrasterspiegel reflektierten Laserstrahl für Komponenten in der Abraster richtung und der Richtung normal zur Chipschicht der Laser diode 1 keine Übereinstimmung, was eine Verzerrung des Laserstrahls hervorruft, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist. Dann können die Komponenten des durch den Abrasterspiegel 4 reflektierten Laserstrahls dadurch im wesentlichen in der Richtung rechtwinklig zur Chipschicht der Laserdiode 1 und in der Abrasterrichtung zur Übereinstimmung gebracht werden, daß die Richtung entlang der Chipschicht der Laserdiode 1 und der Sekundärabrasterrichtung so ausgerichtet wird, daß ein im wesentlichen β entsprechender Winkel vorliegt, wo durch die Verzerrung des Laserstrahls verringert werden kann.

D.h., wenn die Chipschichtrichtung der den auf den Abra sterspiegel 4 treffenden Laserstrahl emittierenden Laser diode 1 entlang einer Linie 113 bezogen auf die Drehachse 112 des Abrastermotors 52 ausgerichtet ist, wie in Fig. 13 dargestellt, die Richtung einer Komponente des Laserstrahls, die in der Richtung 111 auf das Abrasterzentrum, rechtwink lig zur Chipschicht der Laserdiode reflektiert wird, im we sentlichen mit der Abrasterrichtung zur Übereinstimmung ge bracht werden kann, so daß die Verzerrung des Laserstrahls auf dem minimalen Wert gehalten wird. Beim vorstehend ge nannten Ausführungsbeispiel betrug für Θ = 3,3° die Abra sterkrümmung 2 mm bei β = 0°, und sie konnte durch Einstel len von β auf 3° auf 0,1 mm oder weniger verringert werden.

Nun wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben.

Der Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche wird aus einem Kunststoff wie Polycarbonat präzisionsgegossen. Die Spiegelfläche wird mit Aluminium metallisiert, und darauf wird ein Schutzfilm angebracht. Außerhalb des wirksamen Ab rasterbereichs des Reflexionsspiegels 5 mit gekrümmter Ober fläche wird mit diesem zusammenhängend eine Reflexionsfläche 60 mit anderer Krümmung als in diesem Bereich ausgebildet. Die Reflexionsfläche 60 reflektiert den Laserstrahl zum Lichtempfangselement 7, um die Bezugsposition des Laser strahls zu erfassen. Die Reflexionsfläche 60 verfügt über eine Form, die den Laserstrahl auf den Lichtempfangsbereich oder dessen Nähe fokussiert. Die Form kann kugelig oder asphärisch sein und muß nur dieser Funktion genügen. Die Position des Lichtempfangselements 7 kann durch Ändern der gekrümmten Form der Reflexionsfläche 60 frei eingestellt werden.

Demgemäß durchläuft der von der Laserdiode 1 abgestrahlte Laserstrahl, während sich der Abrasterspiegel 4 mit konstan ter Geschwindigkeit in der Richtung des Pfeils dreht, die Kondensorlinse 2, wird in einen konvergenten Strahl umgewan delt, fällt auf den Abrasterspiegel 4 und reflektiert. Der reflektierte Laserstrahl wird in den Abrasterstrahl umge setzt und von rechts nach links in der Figur bewegt. Der Laserstrahl trifft zunächst auf den Bereich 60 des Refle xionsspiegels 5 mit gekrümmter Oberfläche, wird reflektiert und trifft auf das Lichtempfangselement 7 als Laserstrahl positions-Erfassungselement. Das Lichtempfangselement 7 er zeugt ein Erfassungssignal, wenn es den Laserstrahl em pfängt, das an die CPU 42 geliefert wird. Die CPU 42 unter bricht den Laserstrahl einmal sofort nach der Positionser fassung. Dann wird der Laserstrahl auf Grundlage der Druck daten, wie sie von einer externen Vorrichtung über die Schnittstelle 56 geliefert werden, ein- und ausgeschaltet. Der am Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche reflek tierte Laserstrahl rastert die Aufzeichnungszeile 6 ab, wäh rend er aufleuchtet, während sich der Abrasterspiegel 4 zum Ausführen eines Schreibvorgangs dreht.

Nun wird die Verbindung zwischen dem Kondensorlinsenrahmen 8 und dem Linsenhalter 10 beschrieben.

Wie genannt, wird ein durch Ultraviolettstrahlung härtbarer Kleber durch die Einspritzöffnung 13 eingespritzt, um den Kondensorlinsenrahmen 8 am Linsenhalter 10 zu fixieren. Wenn z. B. angenommen wird, daß der Abstand von der Laserdiode 1 zur Klebereinspritzöffnung 13 L₃ beträgt und der Abstand von der Kondensorlinse 2 zur Klebereinspritzöffnung 13 L₄ be trägt, ändert sich der Abstand zwischen-der Laserdiode 1 und der Kondensorlinse 2, wenn eine Temperaturänderung auftritt, um ein vorgegebenes Ausmaß ΔL, da der Linsenrahmen 8 und der Linsenhalter 10 im Bereich der Klebereinspritzöffnung 13 fest aneinander angebracht sind. ΔL ergibt sich aus der fol genden Formel:

ΔL = (1 × 10^-5) × L₃ - 2 × 10^-5 × L₄) T
= (L₃ - 2 × L₄) T × 10^-5

Gemäß der vorstehenden Gleichung ist es möglich, den Wert DL unabhängig von der Temperaturänderung T auf null zu bringen, wenn der Abstand L₃ doppelt so groß wie der Abstand L₄ ge macht wird. Außerdem kann selbst dann, wenn der Abstand L₃ nicht zum Doppelten des Abstands L₄ gemacht wird, ΔL dadurch auf einen kleinen Wert eingestellt werden, daß nicht dassel be Material für den Linsenrahmen 8 und den Linsenhalter 10 verwendet wird. D. h., daß dann, wenn der lineare Expan sionskoeffizient des Materials für den Linsenhalter 10 klei ner als der des Materials für den Linsenrahmen 8 ist, ΔL wirkungsvoll verringert werden kann, wenn L₃ < L₄ gilt. Ge mäß der bisherigen Beschreibung wird Eisen für den Linsen halter 10 verwendet, jedoch kann es ein Kunststoff mit einem kleineren linearen Expansionskoeffizienten sein.

Gemäß der bisherigen Beschreibung ist der Schlitz 20 zum Be grenzen des Laserstrahls und zum Einstellen des Laserstrahl flecks am Vorderende des Linsenhalters 10 als gesondertes Teil vorhanden, jedoch kann ein Schlitz 21 einstückig am Kondensorlinsenrahmen 8 ausgebildet sein, wie in Fig. 15 dargestellt.

Claims

1. Laserscanner mit:

a) einer Laserstrahl-Emittiereinheit aus einer Laseroszilla toreinrichtung (1) zum Abstrahlen eines Laserstrahls und einer Kondensorlinseneinrichtung (2) zum Bündeln des von der Laseroszillatoreinrichtung abgestrahlten Laserstrahls;
b) einer Laserabrastereinrichtung (3, 4) mit einem Abraster spiegel (4) zum linearen Verstellen des durch die Kondensor linseneinrichtung gebündelten Laserstrahls in einer Primär abrasterrichtung;
c) einer Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Oberfläche zum Reflektieren des vom Abrasterspiegel ver stellten Laserstrahls und
d) einem photoempfindlichen Körper (34) zum Empfangen des vom Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche reflektier ten Laserstrahls; dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsspiegel mit ge krümmter Oberfläche in der Hauptabrasterrichtung des Laser strahls eine Kugelfläche und in der Sekundärabrasterrichtung rechtwinklig zur Hauptabrasterrichtung eine Ellipsoidfläche aufweist, so daß der Laserstrahl mit im wesentlichen kon stanter Geschwindigkeit auf der abgerasterten Fläche des photoempfindlichen Körpers läuft.

2. Laserscanner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- eine Laseroszillatoreinrichtung-Halteeinrichtung (11) zum Halten der Laseroszillatoreinrichtung;
- einen Kondensorlinsenrahmen (8) zum Halten der Kondensor linseneinrichtung (2);
- eine Linsenhaltereinrichtung (10) aus einem Material mit einem linearen Expansionskoffizienten, der größer als der des Kondensorlinsenrahmens ist, um den Kondensorlinsenrahmen in axialer Richtung verschiebbar zu halten; und
- einer Klebereinspritzöffnung (13) an der Linsenhalteein richtung an derjenigen Seite, die nicht in Kontakt mit der Laseroszillatoreinrichtung-Halteeinrichtung steht, durch die die Position der Linsenhalteeinrichtung festgelegt wird;
- wobei der Kondensorlinsenrahmen durch Einspritzen von Kle ber durch die Einspritzöffnung an der Linsenhalteeinrichtung fixiert ist.

3. Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Abrasterspiegel (4) aus einer rechteckigen Glasplatte besteht, deren eine Fläche spiegel glatt bearbeitet ist, während die andere Fläche so bearbei tet ist, daß sie unregelmäßig reflektiert.

4. Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß außerhalb des wirksamen Abraster bereichs der Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Oberfläche eine Reflexionsfläche (60) einstückig angrenzend an die Reflexionsspiegeleinrichtung mit anderer Krümmung, als sie diese aufweist, vorhanden ist.

5. Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Oberfläche aus Kunststoff gegossen ist.

6. Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Abstand vom Abrasterspiegel (4) zur Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Flä che so bemessen ist, daß er im wesentlichen dem Abstand der Reflexionsspiegeleinrichtung mit gekrümmter Oberfläche zur Abrasterzeile (6) des Laserstrahls auf dem photoempfindli chen Körper (34) entspricht, so daß der Einfallswinkel des Laserstrahls auf den Abrasterspiegel im wesentlichen recht winklig auf dem Abrasterzentrum in der Primärabrasterrich tung steht, und im wesentlichen Übereinstimmung mit dem Ein fallswinkel des Laserstrahls auf den Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche aus der Richtung rechtwinklig zur Se kundärabrasterrichtung besteht.

7. Laserscanner nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Laseroszillator aus einer La serdiode (1) besteht, bei der die Ausrichtung der Chip schicht unter einem Winkel schräg steht, der im wesentlichen dem Einfallswinkel auf dem Abrasterspiegel (4) in der Sekun därabrasterrichtung entspricht.

8. Laserscanner mit:

a) einer Laserstrahl-Emittiereinheit aus einer Laseroszilla toreinrichtung (1) zum Abstrahlen eines Laserstrahls und einer Kondensorlinseneinrichtung (2) zum Bündeln des von der Laseroszillatoreinrichtung abgestrahlten Laserstrahls;
b) einer Laserabrastereinrichtung (3, 4) mit einem Abraster spiegel (4) zum linearen Verstellen des durch die Kondensor linseneinrichtung gebündelten Laserstrahls in einer Primär abrasterrichtung;
c) einer Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Oberfläche zum Reflektieren des vom Abrasterspiegel ver stellten Laserstrahls und
d) einem photoempfindlichen Körper (34) zum Empfangen des vom Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche reflektier ten Laserstrahls;
- einer Laseroszillatoreinrichtung-Halteeinrichtung (11) zum Halten der Laseroszillatoreinrichtung und
- einem Kondensorlinsenrahmen (8) zum Halten der Kondensor linseneinrichtung; gekennzeichnet durch
- eine Linsenhalteeinrichtung (10) aus einem Material mit größerem linearen Expansionskoeffizienten als dem des Mate rials des Kondensorlinsenrahmens, um den Kondensorlinsenrah men in axialer Richtung verschiebbar zu halten; und
- eine Klebereinspritzöffnung (13) in der Linsenhalteein richtung an der Seite, die nicht in Kontakt mit der Laser oszillatoreinrichtung-Halteeinrichtung steht;
- wobei der Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche in der Hauptabrasterrichtung des Laserstrahls eine Kugelfläche und in der Sekundärabrasterrichtung eine Ellipsoidfläche aufweist, und er außerhalb des wirksamen Abrasterbereichs eine Reflexionsfläche (60) mit anderer Krümmung als im ge nannten Bereich aufweist, wobei der Laserstrahl mit im we sentlichen konstanter Geschwindigkeit auf der abgerasterten Fläche des photoempfindlichen Körpers läuft; und
- wobei die Position des Kondensorlinsenrahmens dadurch be stimmt ist, daß dieser durch einen in die Einspritzöffnung eingespritzten Kleber an der Linsenhalteeinrichtung fixiert ist.

9. Laserscanner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtempfangselement (7) im optischen Reflexionspfad des auf die Reflexionsfläche (60) der Reflexionsspiegelein richtung (5) mit gekrümmter Oberfläche projizierten Laser strahls angeordnet ist.

10. Laserscanner nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Reflexionsfläche (60) der Re flexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Oberfläche re flektierte Laserstrahl in die Nähe des Lichtempfangselements (7) fokussiert ist.

11. Laserscanner nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitz (21) mit rechteckiger Öff nung einstückig an der Laserabstrahlöffnung des Kondensor linsenrahmens (8) angebracht ist.

12. Laserscanner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Laserdiode (1) abgestrahlte Laserstrahl nach dem Durchlaufen der Kondensorlinse (2), die den Laserstrahl konvergiert, konvergent ist.