DE19532134C2

DE19532134C2 - Laserscanner

Info

Publication number: DE19532134C2
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: 2000-07-13
Anticipated expiration: 2015-09-01
Also published as: JPH08122675A; DE19532134A1; US5699180A; JP3031451B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Laserscanner, der einen Gegenstand mittels eines Laserstrahls linear abtastet oder abrastert (im folgenden wird hierfür jedoch lediglich der Ausdruck "abtasten" verwendet), und spezieller betrifft sie einen Laserscanner, wie er bei Laserstrichcodelesern, Laserdruckern, Laserfaxgeräten oder Laser-OCR (optical code reading)-Geräten verwendet wird.

Die US 5,038,156 offenbart einen Laserscanner mit einem Polygonspiegel, der über eine im Strahlengang angeordnete fθ-Linse und einen sphärischen Spiegel eine gleichmäßige Abtastgeschwindigkeit in der Hauptabtastrichtung erreicht, wobei der Abstand des Polygonspiegels zum sphärischen Spiegel ein bestimmtes Verhältnis zum Krümmungsradius des sphärischen Spiegels oder der Abstand des Polygonspiegels zum sphärischen Spiegel und der Abstand des Polygon spiegels zum Abtastpunkt ein anderes bestimmtes Verhältnis zum Krümmungs radius des sphärischen Spiegels aufweisen muß.

Die JP-A-5-164981 offenbart einen Laserscanner mit einem optischen Spiegel, der in Hauptabtastrichtung eine komplizierte elliptische Form und in Neben abtastrichtung eine thorische Form aufweist, um eine Abtastung mit konstanter Geschwindigkeit zu erreichen.

Die JP-A-63-208020 beschreibt einen Laserscanner, bei dem ein sich in einer Drehhalterung befindlicher Reflexionsspiegel über einen ebenfalls in der Drehhalterung angeordneten Ausrichtungsspiegel sowie einen Strahldetektor ausgerichtet wird, indem die Neigung beider Spiegel mittels der Drehhalterung so lange verstellt wird, bis durch einen von dem Ausrichtungsspiegel auf den Strahldetektor reflektierten Lichtstrahl ein Sychronisationssignal von dem Strahldetektor erhalten wird.

Bei einem herkömmlichen Laserscanner, der einen Abtastspiegel mit mehreren Spiegelflächen verwendet, ist es erforderlich, um eine Verschiebung der Abtastposition wegen einer Winkeländerung zwischen mehreren Spiegelflächen zu korrigieren, mehrere Linsen und Spiegel zusätzlich zum Abtastspiegel und der Kondensor- oder Kollimatorlinse vorzusehen, um die Funktionen zu erzielen, daß die Abtastgeschwindigkeit konstant wird, die Brenn punktsposition korrigiert wird und die Verschiebung der Abtastposition korrigiert wird, was die Anzahl der Komponenten und die Kosten erhöht.

Außerdem ist es derzeit typisch, eine Laserdiode als Laseroszillator 1 zu verwenden. Eine Laserdiode 1 weist, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, eine astigmatische Differenz auf, gemäß der die Ausgangspunkte eines Strahls in Y-Richtung entlang der Chipschicht und eines solchen in der X-Richtung, rechtwinklig hierzu, um einen Abstand Z1 voneinander verschieden ist. Wenn Fokussieren durch eine Zylinderlinse erfolgt, tritt eine Differenz Z2 in der Brennweite auf. Wenn angenommen wird, daß der Abtastpunkt P1 ist, wird der Strahl in der X-Richtung rechtwinklig zur Chipschicht 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 erhalten werden soll.

Ferner sollte ein Laserpositions-Erfassungselement im allgemeinen an einer Stelle liegen, an der die optische Pfadlänge des Lasers zum Element im wesentlichen mit der Entfernung zur Laserabtastposition übereinstimmt, was Beschränkungen hinsichtlich des Verlaufs der Länge des optischen Pfads hervorruft oder diesen verlängert. Dies macht es erforderlich, einen Reflexions spiegel im optischen Pfad anzuordnen, um den optischen Pfad umzulenken, wodurch Schwierigkeiten hinsichtlich 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 Schwierigkeiten 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 Abtastposition deutlich ändert. Darüber hinaus besteht die Schwierigkeit, daß es erforderlich ist, einen Schlitz mit einem gesonderten Teil am Vorderende des Kondensorlinsenrahmens, nachfolgend mit Kondensor linsenfassung bezeichnet, oder des Linsenhalters, nachfolgend als Füllfassung bezeichnet, anzubringen, was die Herstellkosten erhöht.

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

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

Bei diesem Laserscanner wird der Laserstrahl durch die Laseroszillatoreinrichtung ausgestrahlt, die Kondensorlinseneinrichtung bündelt den von der Laseroszillatoreinrichtung abgestrahlten Laserstrahl, der Abtastspiegel, der von der Abtasteinrichtung gedreht wird, reflektiert den von der Kondensorlinseneinrichtung gebündelten Laserstrahl in einer gewünschten Richtung, der Laserstrahl wird in der Hauptabtastrichtung durchgetastet, der Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche, der in der Hauptabtastrichtung des Lasers kugelförmig und in der Sekundärabtastrichtung elliptisch ist, reflektiert den abgetasteten Laserstrahl so, daß die Oberfläche des abzu tastenden photoempfindlichen Körpers, nachfolgend als Photoleiter bezeichnet, mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit abgetastet wird. Eine einzige Spiegeleinrichtung mit gekrümmter Oberfläche mit asphärischer Oberfläche kann als Mechanismus dienen, um die Abtastgeschwindigkeit gleichmäßig zu machen und Verschiebungen des Brenn punkts zu korrigieren. Außerdem wird, wenn als Laseroszillatoreinrichtung eine Laserdiode verwendet wird, dann, wenn ein Spiegel mit Kugelfläche verwendet wird, die Position des Brennpunkts zwischen der Primär- und der Sekundärabtastrichtung wegen der astigmatischen Differenz verschoben. Eine solche Verschiebung des Brennpunkts kann dadurch verringert werden, daß die gekrümmte Oberfläche des Spiegels in der Hauptabtastrichtung als Teil eines Kreises und in der Sekundärabtastrichtung als Teil einer Ellipse ausgebildet wird. Weiter werden durch die erfindungsgemäße Wahl der Abstände von Photoleiter zur Reflexionsspiegeleinrichtung und von der Reflexionsspiegeleinrichtung zum Abtastspiegel sowie der Einfallswinkel des Laserstrahls auf der Reflexionseinrichtung die Brennpunktsfehler in der Pri mär- und Sekundärabtastrichtung minimal gehalten, so daß der Linearitätsfeh ler und der Brennpunkts-Positionsfehler auf einem für die Praxis ausreichen den Wert gehalten werden können.

Gemäß der Maßnahme des Anspruchs 2 wird die Laseroszillatoreinrichtung von einer Halteeinrichtung gehalten, die Kondensorlinseneinrichtung wird von einer Kondensorlinsenfassung gehalten, und die Kondensorlinsenfassung wird in axialer Richtung verschiebbar durch eine Füllfassung gehalten, deren Material aus solchen Materialien ausgewählt ist, die einen linearen Expansions koeffizienten aufweisen, der größer als der der Kondensorlinsenfassung ist, eine Klebereinspritzöffnung ist in der Füllfassung an der Seite angebracht, die der Halteeinrichtung gegenüberliegt, wobei die Position der Kondensorlinsen fassung bestimmt wird und Kleber durch die Einspritzöffnung injiziert wird, um die Kondensorlinsenfassung an der Füllfassung zu befestigen. So kann selbst dann, wenn die Kondensorlinsenfassung und die Füllfassung aufgrund einer Temperaturänderung expandieren oder kontrahieren, die Abstands änderung zwischen der Laseroszillatoreinrichtung und der Kondensorlinsen fassung minimal gehalten werden, da der lineare Expansionskoeffizient der Füllfassung größer als der der Kondensorlinsenfassung ist.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 3 wird der Laserstrahl durch den Abtast spiegel auf die Reflexionsspiegeleinrichtung mit gekrümmter Oberfläche reflek tiert. So ist die Herstellung des Abtastspiegels 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 Komponenten verringert werden kann.

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

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 6 ist der folgende Effekt erzielbar. Obwohl die Abtastrichtung des vom Abtastspiegel reflektierten Lichtstrahls nicht mit dem Laserstrahl rechtwinklig zur Chipschichtorientierung der Laserdiode über einstimmen kann, was eine Verzerrung hervorruft, kann die Abtastrichtung des am Abtastspiegel reflektierten Laserstrahls im wesentlichen in Übereinstim mung mit der Richtung des Laserstrahls rechtwinklig zur Ausrichtung der Chipschicht der Laserdiode gebracht werden, wenn die Ausrichtung der Chip schicht der Laserdiode unter einem Winkel schräg gestellt wird, der im wesent lichen dem der Sekundärabtastrichtung entspricht.

Bei einem Laserscanner gemäß der Lehre des beigefügten Anspruchs 7 ist eine Reflexionsfläche mit einer Krümmung, die von der im wirksamen Abtastbereich der Reflexionsspiegeleinrichtung mit gekrümmter Fläche verschieden ist, außerhalb des wirksamen Abtastbereichs zusammenhängend angrenzend an die Reflexionsspiegeleinrichtung ausgebildet. Dies ermöglicht es, einen speziellen Spiegel zum Reflektieren des Laserstrahls auf das Lichtempfangsele ment wegzulassen, denn das Lichtempfangselement kann durch die dort defi nierte Anordnung eine Bezugsposition des Laserstrahls erfassen.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 8 kann die Bezugsposition genau erfaßt werden.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 9 kann die Anzahl der Komponenten verringert werden, was die Kosten verringert.

Beim Laserscanner gemäß Anspruch 10 wird der Laserstrahl nach dem Durchlaufen der Kondensorlinse gebündelt, wodurch die Konstruktions freiheitsgrade verbessert sind.

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

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

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

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

Fig. 5 ist eine Laserstrahl-Emissionseinheit im Laserscanner;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem im Laserdrucker 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 Krümmung des Spiegels mit gekrümmter Oberfläche im Laserscanner gemäß dem Ausführungs beispiel;

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 Erfindung;

Fig. 16 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer astigmatischen Differenz bei einem Laserscanner.

Nun wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Laserscanners unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der Laserscanner ist bei einem Laserdrucker angewandt.

Gemäß Fig. 1 verfügt der Laserdrucker dieses Ausführungsbeispiels über eine Blattzuführung 32 am rechten Ende des Gehäuses 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 befindet sich ein photoempfindlicher Körper 34, nachfolgend Photoleiter 34 genannt, zum Herstellen eines elektrischen latenten Bilds auf Grundlage eines eingestrahlten Laserstrahls. Um den Photoleiter 34 herum sind eine Entwicklungseinrichtung 35 zum Entwickeln des elektrischen latenten Bilds mit Toner, eine Übertragungseinheit 36 zum Übertragen des entwickelten Tonerbilds auf ein zugeführtes Blatt Papier, eine Primär- und eine Sekundärladeeinheit sowie eine Reinigungseinheit (die nicht dargestellt sind) angeordnet. Außerdem ist stromabwärts in Blattzuführrichtung in bezug auf den Photoleiter 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 Gehäuse 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 Laseroszillatoreinrichtung zum Projizieren eines Laserstrahls, eine Kondensorlinse 2 als Kondensorlinseneinrichtung zum Bündeln des vom Laseroszillator 1 abgestrahlten Laserstrahls, einen Abtast spiegel 4 zum Reflektieren des durch die Kondensorlinse 2 gebündelten Laserstrahls in einer beliebigen Richtung, eine Abtasteinrichtung 3 zum Verdrehen des Abtastspiegels 4 so, daß der Laserstrahl in einer Primär-Abta strichtung linear durchgetastet wird, einen Spiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche als Reflexionsspiegeleinrichtung mit gekrümmter Oberfläche zum Reflektieren des durchgetasteten Laserstrahls in solcher Weise, daß die durch getastete Fläche 6 auf dem Photoleiter 34 mit im wesentlichen vorgegebener Geschwindigkeit durchgetastet wird. Die Bezugszahlen 40 und 41 in Fig. 3 bezeichnen Umlenkspiegel, die in Fig. 2 weggelassen sind. Wenn die Drehwelle eines Abtastmotors, der eine Komponente der Abtasteinrichtung 3 ist, schräg steht, kann dieselbe Schwierigkeit auftreten wie dann, wenn Winkelabweichungen zwischen den Spiegelflächen vorliegen. Demgemäß wird ein Motor mit Motorlager mit großem Abstand verwendet, um eine Schrägstellung der Welle zu verhindern.

Der Spiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche ist, wie es im Detail in Fig. 4 dargestellt ist, so ausgebildet, daß er in der Primärabtastrichtung des Lasers eine Kugelfläche mit einem Radius R₁ aufweist und er in der Sekundärabta strichtung eine Ellipsoidfläche mit einer Hauptachsenlänge R₂ und einer Nebenachsenlänge R₁ aufweist. Durch Ändern der Krümmung und der Elliptizität können verschiedene Richtungen in der Primär- und der Hauptab tastrichtung erzielt werden.

Die Laserdiode 1 ist, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, an einem Laserdiodenhalter 11 als Laseroszillatoreinrichtung-Halteeinrichtung mittels eines durch Ultraviolettstrahlung härtbaren Klebers befestigt, während die Kondensorlinse 2 an einer Kondensorlinsenfassung 8 mittels solcher durch Ultraviolettstrah lung härtbaren Kleber befestigt ist. Die Linsenfassung 8 ist an einer Füllfas sung 10 als Linsenhalteeinrichtung befestigt, um die Kondensorlinsenfassung 8 in axialer Richtung B verschiebbar zu halten. Die Füllfassung 10 ist am Laserhalter 11 befestigt und besteht aus einem Material, das aus solchen mit einem linearen Expansionskoeffizienten ausgewählt ist, der größer als der des Materials der Kondensorlinsenfassung 8 ist. Z. B. wird für die Kondensorlin senfassung 8 Aluminium mit einem linearen Expansionskoeffizienten von ungefähr 2 × 10^-5/°C verwendet, während für die Füllfassung 10 Eisen mit einem linearen Expansionskoeffizienten von ungefähr 1 × 10^-5/°C verwendet wird. Die Füllfassung 10 ist so mit Schrauben befestigt, daß er an einer Fläche 12 am Laserhalter 11 anliegt. In der Füllfassung 10 ist eine Klebereinspritzöffnung 13 an derjenigen Seite vorhanden, die nicht in Kontakt mit dem Laseroszillator 1 steht. Nachdem die Kondensorlinsenfassung 8 positioniert wurde, wird der durch Ultraviolettstrahlung härtbare Kleber durch die Einspritzöffnung 13 eingespritzt, um die Kondensorlinsenfassung 8 an der Füllfassung 10 zu fixieren. Am Vorderende der Füllfassung 10 ist ein Schlitz 20 vorhanden, um die Form des Strahlflecks einzustellen. Diese Komponenten bilden die Laseremissionseinheit 22.

Der Abtastspiegel 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 End bearbeitung durch Glasschliff beim Herstellprozeß kostenmäßig von Vorteil. Da der Abtastspiegel 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 günstigere Kosten erzielt als dann, wenn die Spiegelbearbeitung mit Aluminium nach dem Zerteilen mit einer speziellen Maschine 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 Steuern eines Hauptmotors 44, einer Fixiersteuer einheit 48 zum Steuern eines Heizerelements 46, das die Fixiereinheit 37 beheizt, einem Thermistor 47, der die Temperatur der Fixiereinheit 37 mißt, einer Hochspannung-Steuerschaltung 50 zum Steuern einer Ladeeinheit 49, ei ner Übertragungseinheit 36, einer Entwicklungseinheit 35 und eines Photolei ters 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 Laserscannereinheit 43 besteht aus einem Abtastmotortreiber 53 zum steuernden Antreiben eines Ab tastmotors 52, der eine Komponente der Abtasteinrichtung 3 ist, einer Laserdi odenlichtmenge-Steuerschaltung 54 zum Steuern der Lichtmenge der Laserdiode 1 und einer Laserposition-Erfassungsschaltung 55 zum Erfassen der Bezugsposition des Laserstrahls auf Grundlage eines Signals von einem Lichtempfangselement 7 zum Erfassen der Position.

Nachfolgend wird die Funktion dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die auf die Papierzuführung 32 aufgestapelten Papierblätter werden durch die Aufnahmewalze 33 einzeln nacheinander zugeführt. Auf dem Photoleiter 34, der durch die Ladeeinheit 49 gleichmäßig aufgeladen wurde, wird durch den vom Laserscanner 39 eingestrahlten Laserstrahl ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt. Dieses wird durch die Entwicklungseinheit 35 zu einem Tonerbild entwickelt. Dieses wird dann durch die Übertragungseinheit 36 auf das zugeführte 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 umgewandelt, und er fällt auf den Abtastspiegel 4 mit einer Laser strahl-Reflexionsfläche, der durch die Abtasteinrichtung 3 mit einer vorgegebenen Drehzahl angetrieben wird. Der vom Abtastspiegel 4 reflektierte Laserstrahl wird in einen Abtaststrahl umgesetzt, der durch eine Ebene abgeta stet wird. Der Abtaststrahl fällt auf den Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Laserstrahl-Reflexionsfläche. Der am Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche reflektierte Laserstrahl erreicht eine Laserstrahl-Abtastzeile 6 auf dem Photoleiter 34, um diesen abzutasten.

Im allgemeinen verfügt die Laserdiode 1 über eine astigmatische 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 konvergier ter Laserstrahl in der Richtung entlang der Chipschicht und in der Richtung rechtwinklig dazu verschiedene Brennpunktspositionen aufweist. Wenn die Astigmatismusdifferenz z. B. 10 µm beträgt und das optische System einen Konvergenzskalierungsfaktor 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 Abtastrichtung und der dazu rechtwinkligen Richtung ausgebildet ist. Demgemäß kann festgelegt werden, daß der Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche den Brennpunkt richtig auf die Abtastzeile 6 fokussieren kann und er für konstante Abtastgeschwindigkeit des Laserstrahls auf der Abtastzeile 6 sorgen kann.

Wenn z. B. angenommen wird, daß der Abstand L₁ vom Abtastspiegel 4 zum Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche im Abtastzentrum 147 mm beträgt, der Abstand L₂ vom Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche zur Abtastzeile 6 153 mm beträgt, der Radius R₁ der Reflexionsfläche des Reflexionsspiegels 5 mit gekrümmter Oberfläche in der Hauptachsenrichtung 470 mm beträgt, der Radius R₂ in der Nebenachsenrichtung 463 mm beträgt und die Drehmittelachse der Radius R₁ in Längsrichtung ist, beschreibt der Brennpunkts-Positionsfehler in Abtastrichtung eine in Fig. 8(a) gezeigte Kurve 101 und eine ebenfalls in dieser Figur dargestellte Kurve 102 in der Richtung rechtwinklig zur Abtastrichtung. Die Abszisse kennzeichnet den Winkel zwischen der Richtung des Laserstrahls und dem Abtastzentrum 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 Reflexionsfläche des Reflexionsspiegels 5 mit gekrümmter Oberfläche in der Längsrichtung 543 mm beträgt, der Radius R₂ in der Querrichtung 537 mm beträgt und die Drehmittelachse der Längsra dius R₁ ist, beschreibt der Brennpunkts-Positionsfehler in der Abtastrichtung eine Kurve 103, wie sie in Fig. 9(a) dargestellt ist und eine in derselben Figur dargestellte Kurve 104 in der Richtung rechtwinklig zur Abtastrichtung. Die Abszisse kennzeichnet wiederum den Winkel zwischen der Richtung des Laserstrahls und dem Abtastzentrum in Radian. Der Linearitätsfehler ist dergestalt, wie es in Fig. 9(b) dargestellt ist, wobei die Abweichung von einer Idealposition angegeben ist. Bei den vorstehenden zwei Beispielen befinden sich der Linearitätsfehler und der Brennpunkts-Positionsfehler 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) dargestellt ist, die den Fall eines Reflexionsspiegels mit gekrümmter Oberfläche mit denselben Krümmungen in der Primär- und Sekun därabtastrichtung veranschaulicht, ändert sich der Brennpunkts- Positionsfehler in der Abtastrichtung so, wie es durch eine Kurve 21 angegeben ist, der Linearitätsfehler 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 astigmatischen Differenz vorliegen, liegt der Brennpunkts-Positionsfehler in vertikaler Richtung in einem durch B gekennzeichneten Bereich. Andererseits zeigt Fig. 10(b) einen Reflexionsspiegel mit gekrümmter Oberfläche mit Krümmungen gemäß der Erfindung. Da der Wert von D durch Ändern des Kreisverlaufs geändert werden kann, im Unterschied zu Fig. 10(a), kann der Gesamtfehler kleiner als A in Fig. 10(a) gemacht werden, so daß der Scanner höhere Auflösung aufweisen kann.

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

Wenn die Einfallswinkel des Laserstrahls auf den Spiegel 4 α = 90° und β = 0° sind, ergibt sich für den Laserstrahl eine Abtastkrümmung, wie sie durch eine gestrichelte Linie 6a angezeigt ist. Die Abtastkrümmung 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 Sekundärabtastrichtung mit dem Winkel β zur Übereinstimmung gebracht sind, besteht für den am Abtastspiegel reflektierten Laserstrahl für Komponenten in der Abtastrichtung und der Richtung normal zur Chipschicht der Laserdiode 1 keine Übereinstimmung, was eine Verzerrung des Laserstrahls hervorruft, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist. Dann können die Komponenten des durch den Abtastspiegel 4 reflektierten Laserstrahls dadurch im wesentlichen in der Richtung rechtwinklig zur Chipschicht der Laserdiode 1 und in der Abta strichtung zur Übereinstimmung gebracht werden, daß die Richtung entlang der Chipschicht der Laserdiode 1 und der Sekundärabtastrichtung so ausge richtet wird, daß ein im wesentlichen β entsprechender Winkel vorliegt, wodurch die Verzerrung des Laserstrahls verringert werden kann.

D. h., wenn die Chipschichtrichtung der den auf den Abtastspiegel 4 treffenden Laserstrahl emittierenden Laserdiode 1 entlang einer Linie 113 bezogen auf die Drehachse 112 des Abtastmotors 52 ausgerichtet ist, wie in Fig. 13 dargestellt, die Richtung einer Komponente des Laserstrahls, die in der Richtung 111 auf das Abtastzentrum, rechtwinklig zur Chipschicht der Laserdiode reflektiert wird, im wesentlichen mit der Abtastrichtung zur Übereinstimmung gebracht werden kann, so daß die Verzerrung des Laserstrahls auf dem minimalen Wert gehalten wird. Beim vorstehend genannten Ausführungsbeispiel betrug für Θ = 3,3° die Abtastkrümmung 2 mm bei β = 0°, und sie konnte durch Einstellen 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 Abtastbereichs des Reflexionsspiegels 5 mit gekrümmter Oberfläche 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 Laserstrahls 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 ge krümmten Form der Reflexionsfläche 60 frei eingestellt werden.

Demgemäß durchläuft der von der Laserdiode 1 abgestrahlte Laserstrahl, während sich der Abtastspiegel 4 mit konstanter Geschwindigkeit in der Richtung des Pfeils dreht, die Kondensorlinse 2, wird in einen konvergenten Strahl umgewandelt, fällt auf den Abtastspiegel 4 und reflektiert. Der reflektierte Laserstrahl wird in den Abtaststrahl umgesetzt und von rechts nach links in der Figur bewegt. Der Laserstrahl trifft zunächst auf den Bereich 60 des Reflexionsspiegels 5 mit gekrümmter Oberfläche, wird reflektiert und trifft auf das Lichtempfangselement 7 als Laserstrahlpositions-Erfassungsele ment. Das Lichtempfangselement 7 erzeugt ein Erfassungssignal, wenn es den Laserstrahl empfängt, das an die CPU 42 geliefert wird. Die CPU 42 unterbricht den Laserstrahl einmal sofort nach der Positionserfassung. Dann wird der Laserstrahl auf Grundlage der Druckdaten, wie sie von einer externen Vorrichtung über die Schnittstelle 56 geliefert werden, ein- und ausgeschaltet. Der am Reflexionsspiegel 5 mit gekrümmter Oberfläche reflektierte Laserstrahl tastet die Aufzeichnungszeile 6 ab, während er aufleuchtet, während sich der Abtastspiegel 4 zum Ausführen eines Schreibvorgangs dreht.

Nun wird die Verbindung zwischen der Kondensorlinsenfassung 8 und der Füll fassung 10 beschrieben.

Wie genannt, wird ein durch Ultraviolettstrahlung härtbarer Kleber durch die Einspritzöffnung 13 eingespritzt, um die Kondensorlinsenfassung 8 an der Füllfassung 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 beträgt, ändert sich der Abstand zwischen der Laserdiode 1 und der Kondensorlinse 2, wenn eine Temperaturänderung auftritt, um ein vorgegebenes Ausmaß ΔL, da die Linsen fassung 8 und die Füllfassung 10 im Bereich der Klebereinspritzöffnung 13 fest aneinander angebracht sind. ΔL ergibt sich aus der folgenden 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 ΔL unabhängig von der Temperaturänderung T auf Null zu bringen, wenn der Abstand L₃ doppelt so groß wie der Abstand L₄ gemacht 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 dasselbe Material für die Linsenfassung 8 und die Füllfassung 10 verwendet wird. D. h., daß dann, wenn der lineare Expansionskoeffizient des Materials für die Füllfassung 10 kleiner als der des Materials für die Linsenfassung 8 ist, ΔL wirkungsvoll verringert werden kann, wenn L₃ < L₄ gilt. Gemäß der bisherigen Beschreibung wird Eisen für die Füllfassung 10 verwendet, jedoch kann es ein Kunststoff mit einem kleineren linearen Expansionskoeffizienten sein.

Gemäß der bisherigen Beschreibung ist der Schlitz 20 zum Begrenzen des Laserstrahls und zum Einstellen des Laserstrahlflecks am Vorderende der Füll fassung 10 als gesondertes Teil vorhanden, jedoch kann ein Schlitz 21 einstüc kig an der Kondensorlinsenfassung 8 ausgebildet sein, wie in Fig. 15 darge stellt.

Claims

1. Laserscanner mit:
einer Laseroszillatoreinrichtung (1) zum Abstrahlen eines Laserstrahls und einer Kondensorlinseneinrichtung (2) zum Bündeln des von der Laseroszil latoreinrichtung (1) abgestrahlten Laserstrahls;
einer Laserabtasteinrichtung (3, 4) mit einem Abtastspiegel (4) zum Ab lenken des durch die Kondensorlinseneinrichtung (2) gebündelten Laserstrahls in einer Primärabtastrichtung;
einer Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit gekrümmter Oberfläche zum Reflektieren des vom Abtastspiegel (4) abgelenkten Laserstrahls, wobei die Re flexionsspiegeleinrichtung (5) in der Primärabtastrichtung des Laserstrahls eine Kugelfläche und in einer Sekundärabtastrichtung, die rechtwinklig zur Primärabtastrichtung verläuft, eine Ellipsoidfläche aufweist, und der Einfalls winkel (α) des Laserstrahls auf den Abtastspiegel (4)

- in Primärabtastrichtung bezüglich eines von dem Abtastspiegel (4) auf die Mittenposition auf die Reflexionsspiegeleinrichtung (5) einfallenden La serstrahls rechtwinklig ist und der Einfallswinkel (β) des Laserstrahls auf den Abtastspiegel (4)
- in Sekundärabtastrichtung dem Einfallswinkel (Θ) des Laserstrahls auf der Reflexionsspiegeleinrichtung (5) in Sekundärabtastrich tung entspricht; und
- einem Photoleiter (34) zum Empfangen des von der Reflexionsspie geleinrichtung (5) reflektierten Laserstrahls, wobei der Abstand vom Photoleiter (34) zur Reflexionsspiegeleinrichtung (5) dem Abstand der Reflexions spiegeleinrichtung (5) zum Abtastspiegel (4) entspricht.

2. Laserscanner nach Anspruch 1, mit
einer Halteeinrichtung (11) zum Halten der Laseroszillatoreinrichtung (1)
einer Kondensorlinsenfassung (8) zum Halten der Kondesorlinseneinrich tung (2);
einer Füllfassung (10), um die Kondensorlinsenfassung (8) in axialer Richtung verschiebbar zu halten, aus einem Material mit einem linearen Ex pansionskoeffizienten, der größer als der der Kondensorlinsenfassung (8) ist; und
einer Klebereinspritzöffnung (13) an der Füllfassung (10) an der Seite, die der Halteeinrichtung (11) gegenüberliegt, wobei die Kondensorlinsenfassung (8) durch Einspritzen von Kleber durch die Klebereinspritzöffnung (13) an der Füllfassung (10) fixiert ist.

3. Laserscanner nach Anspruch 1, wobei der Abtastspiegel (4) aus einer rechteckigen Glasplatte besteht, deren eine Fläche verspiegelt ist, während die andere Fläche so bearbeitet ist, daß sie unregelmäßig reflektiert.

4. Laserscanner nach Anspruch 1, wobei außerhalb des wirksamen Abtast bereichs der Reflexionsspiegeleinrichtung (5) eine Reflexionsfläche (60) einstüc kig angrenzend an die Reflexionsspiegeleinrichtung (5) mit anderer Krümmung, als sie diese aufweist, vorhanden ist.

5. Laserscanner nach Anspruch 1, wobei die Reflexionsspiegeleinrichtung (5) aus Kunststoff gegossen ist.

6. Laserscanner nach Anspruch 1, wobei die Laseroszillatoreinrichtung (1) aus einer Laserdiode mit einer Chipschicht besteht, und die Chipschicht unter einem Winkel schräg ausgerichtet ist, der dem Einfallswinkel (β) des Laser strahls auf dem Abtastspiegel (4) in Sekundärabtastrichtung entspricht.

7. Laserscanner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtempfangselement (7) im optischen Reflexionspfad des auf die Reflexionsfläche (60) der Reflexionsspiegeleinrichtung (5) projizierten Laser strahls angeordnet ist.

8. Laserscanner nach Anspruch 7, wobei der an der Reflexionsspiegelfläche (60) der Reflexionsspiegeleinrichtung (5) reflektierte Laserstrahl in die Nähe des Lichtempfangselements (7) fokussiert ist.

9. Laserscanner nach Anspruch 7, wobei ein Schlitz (21) mit rechteckiger Öffnung einstückig an der Laserabstrahlöffnung der Kondensorlinsenfassung (8) angebracht ist.

10. Laserscanner nach Anspruch 6, wobei der von der Laserdiode (1) abge strahlte Laserstrahl nach dem Durchlaufen der Kondensorlinseneinrichtung (2) konvergent ist.