DE19703693A1 - Abtastvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung, die u. a. in einem Laserstrahldrucker verwendet wird.

Eine bekannte Abtastvorrichtung enthält eine Laserstrahl­ quelle, wie z. B. einen Halbleiter-Laser, einen Polygonspiegel zum Ablenken eines von der Laserstrahlquelle abgestrahlten Laserstrahls und ein fθ-Linsensystem, welches den Laserstrahl auf einer Abbildungsfläche, wie z. B. einer Fotoleitertrommel, bündelt, wobei Abtastzeilen entstehen.

Die Lage des durch den Laserstrahl auf der Abbildungsfläche erzeugten Strahlpunktes muß genau gesteuert werden, um eine genaue Abbildung auf der Abbildungsfläche zu erzeugen.

Da jedoch jedes optische Element in der Abtastvorrichtung Herstellungsfehler haben kann, und weiterhin die Drehung des Polygonspiegels und/oder der fotoleitenden Trommel unstabil sein können, kann die Lage des Strahlpunktes von der idealen Lage abweichen, und die Abbildung gestört werden.

Obwohl die Abweichungen des Strahlpunktes durch Erhöhen der Herstellungsgenauigkeit der optischen Elemente und durch Er­ höhen der Genauigkeit des Antriebs für den Polygonspiegel und die fotoleitende Trommel reduziert werden können, sind die dabei entstehenden Kosten, Herstellungszeiten und die Komple­ xität für kommerzielle optische Abtastvorrichtungen nicht akzeptabel.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Abtastvorrichtung anzuge­ ben, in der Abweichungen des Strahlpunktes aufgrund von Form­ fehlern des Polygonspiegels verringert sind, ohne die Her­ stellungsgenauigkeit der optischen Elemente zu erhöhen oder kompliziertere Antriebe zu benötigen.

Diese Aufgabe wird durch eine Abtastvorrichtung mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung enthält die folgenden Elemente: eine Strahlungsquelle, die einen Strahl abstrahlt, einen Polygonspiegel zum Ablenken des Strahls, ein Abtastob­ jektiv zum Bündeln des vom Polygonspiegel abgelenkten Licht­ strahls derart, daß auf einer Abbildungsfläche ein Strahl­ punkt entsteht, ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Polygonspiegel drehbar angeordnetes dynamisches Prisma zum Beeinflussen der Richtung des Strahls, eine Antriebseinheit zum Drehen des dynamischen Prismas derart, daß sich der Ab­ lenkwinkel des dynamischen Prismas ändert und eine Steuer­ einheit zum Steuern der Antriebseinheit derart, daß sich die Lage des Strahlpunktes während der Abtastbewegung ändert.

Mit dieser Anordnung kann die Antriebseinheit so gesteuert werden, daß die Drehung des dynamischen Prismas verschiedene Fehler ausgleicht, welche die Lage des Strahlpunktes auf der Abbildungsfläche beeinflussen. Das dynamische Prisma kann so angesteuert werden, das es die mit der Zeit veränderliche Fehler und/oder die zufällig während des Abtastvorgangs auf­ tretenden Fehler ausgleicht. Diese Fehler können z. B. Flä­ chenfehler oder Formfehler der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels oder Antriebsfehler sein, die eine ungleich­ mäßige Bewegung der Abbildungsfläche zur Folge haben.

In einem speziellen Fall ist das Prisma in einem brennpunkt­ losen (afokalen) optischen Weg angeordnet.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Abta­ stvorrichtung außerdem einen Prismensensor zum Erfassen der Position des dynamischen Prismas, so daß die Steuereinheit die Antriebseinheit in einem geschlossenen Regelkreis auf­ grund des Ausgangssignals des Prismensensors steuern kann.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Prismensensor einen Lichtsender zum Abstrahlen eines Lichtstrahls in Richtung einer Fläche des dynamischen Prismas und einen Lichtempfänger zum Empfangen des von der Fläche reflektierten Lichtstrahls. Der Lichtempfänger enthält vor­ zugsweise ein lichtempfindliches Element mit zwei lichtemp­ findlichen Bereichen, die durch einen Grenzbereich voneinan­ der getrennt sind, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Lichtstrahls aufgrund einer durch die Antriebseinheit erzwun­ genen Drehung des dynamischen Prismas liegt. Wenn der Licht­ empfänger zwei lichtempfindliche Bereiche hat, kann der Pris­ mensensor die Bewegung des Prismas genauer erfassen, welche die Lage des Strahlpunktes beeinflußt.

Die lichtempfindlichen Bereiche sind in einem weiteren Aus­ führungsbeispiel rechteckig und haben Längsseiten, die paral­ lel zum Grenzbereich liegen.

Zweckmäßig kann das dynamische Prisma mit einem elastischen Element gelagert werden, wie z. B. einer Blattfeder.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das dynamische Prisma mit einem Prismenhalter gehalten, der in einem Rahmen drehbar gelagert ist, und die Antriebseinheit enthält einen Magneten, der am Rahmen derart befestigt ist, daß ein Magnetkreis entsteht, sowie eine den Prismenhalter umgebende Spule zum Erzeugen eines magnetischen Moments bezo­ gen auf den Magnetkreis. In diesem Fall wird vorzugsweise an Stelle des Prismas der Prismenhalter mit einer metallischen Blattfeder im Rahmen gelagert, und der elektrische Strom kann zur Spule über die metallische Blattfeder fließen.

Das dynamische Prisma beeinflußt in einem weiteren Ausfüh­ rungsbeispiel die Richtung des Strahls in der Nebenabtast­ richtung. In diesem Fall steuert die Steuereinheit die An­ triebseinheit so, daß Abweichungen des Strahlpunktes aufgrund der Neigungsfehler der reflektierenden Flächen des Poly­ gonspiegels ausgeglichen werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Abtastvorrichtung einen Signalerzeuger, der mindestens einmal pro Drehung des Polygonspiegels ein Indexsignal er­ zeugt, und einen Speicher zum Speichern von den Formfehlern der reflektierenden Flächen entsprechenden Daten. In diesem Fall steuert die Steuereinheit die Antriebseinheit so, daß Abweichungen des Strahlpunktes aufgrund der Formfehler für jede einzelne reflektierende Fläche des Polygonspiegels aus­ geglichen werden. Dabei bestimmt die Steuereinheit aufgrund des Indexsignals, welche reflektierende Fläche den Strahl momentan ablenkt, und steuert die Antriebseinheit in Überein­ stimmung mit den für die momentan genutzte reflektierende Fläche aus dem Speicher gelesenen Daten.

In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Abbildungsfläche eine Fotoleitertrommel, und die Steuereinheit steuert die Antriebseinheit derart, daß Abweichungen des Strahlpunktes aufgrund einer unstabilen Drehung der Fotoleitertrommel aus­ geglichen werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer optischen Abtastvor­ richtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die optische Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1 in der Hauptabtastrichtung,

Fig. 3 eine Schnittansicht der optischen Abtastvorrichtung gemäß Fig. 1 in der Nebenabtastrichtung,

Fig. 4 den optischen Aufbau der optischen Abtastvorrich­ tung gemäß Fig. 1 in der Hauptabtastrichtung,

Fig. 5 eine räumliche Ansicht eines Basisblocks und eines dynamischen Prismas,

Fig. 6 eine Vorderansicht des Basisblocks und des dynami­ schen Prismas aus Fig. 5,

Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII der Fig. 6,

Fig. 8 eine Rückansicht des Basisblocks und des dynami­ schen Prismas aus Fig. 5,

Fig. 9 eine Vorderansicht des dynamischen Prismas,

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Prismensensor,

Fig. 11 eine erläuternde Darstellung, die den Lichtweg ei­ nes Meßlichtstrahls zeigt, wenn das dynamische Prisma in einer Anfangsstellung ist,

Fig. 12 eine erläuternde Darstellung, die den Lichtweg des Meßlichtstrahls zeigt, nachdem das dynamische Pris­ ma gedreht wurde,

Fig. 13 eine erläuternde Darstellung, die den Lichtweg des Meßlichtstrahls zeigt, nachdem das dynamische Pris­ ma lateral bewegt wurde,

Fig. 14 eine Blockdarstellung eines Teils des Steuersystems der optischen Abtastvorrichtung, und

Fig. 15 eine erläuternde Darstellung, die die Anordnung des Synchronisations-Lichtsensors zeigt.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel betrifft eine optische Mehrstrahl-Abtastvorrichtung, die eine Abtastbewegung mehre­ rer Laserstrahlen über einen vorgegebenen Winkel durchführt, wobei acht Abtastzeilen pro Abtastbewegung auf einer Oberflä­ che erzeugt werden, zum Beispiel auf der Oberfläche eines fotoleitenden Elementes. Unter dem Begriff "Licht" ist im folgenden ein Strahlungsspektrum zu verstehen, das im sicht­ baren und im unsichtbaren Bereich liegt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, enthält die Abtastvorrich­ tung eine Lichtübertragungseinheit 100, einen Polygonspiegel 180 und ein fθ-Linsensystem 190 (Abtastoptik). Im Betrieb werden acht Laserstrahlen von der Lichtübertragungseinheit 100 abgestrahlt, vom Polygonspiegel abgelenkt (abtastend) und durch das fθ-Linsensystem 190 geleitet, um acht Abtastzeilen auf einer fotoleitenden Oberfläche zu erzeugen, zum Beispiel auf einer Fotoleitertrommel 210.

In dieser Beschreibung ist eine "Hauptabtastrichtung" als ei­ ne Richtung definiert, in welcher ein Laserstrahl eine Ab­ tastbewegung über die Oberfläche eines fotoleitenden Elements ausführt, und eine "Nebenabtastrichtung" ist eine Richtung, in welcher das fotoleitende Element bewegt oder gedreht wird, um es für eine folgende Hauptabtastbewegung zu positionieren. Die Hauptabtastrichtung und die Nebenabtastrichtung sind senkrecht zueinander, und beide sind senkrecht zur optischen Achse der die Laserstrahlen übertragenden Linsen. Da ein La­ serstrahl gewöhnlich mehrere Male bei der Übertragung von der Lichtquelle zu einem fotoleitenden Element reflektiert oder "gefaltet" wird, sind die Hauptabtastrichtung und die Neben­ abtastrichtung nicht absolut, sondern bezogen auf die opti­ sche Achse an einem speziellen Punkt des optischen Weges.

In dieser Beschreibung ist in der Fig. 1 bis 4 ein XYZ-Koor­ dinatensystem definiert. Die X-Achse ist eine Achse parallel zur optischen Achse des fθ-Linsensystem 190, und die Y- und die Z-Achsen liegen rechtwinklig zueinander in der Ebene senkrecht zur X-Achse. Die Y-Achse liegt parallel zur Hauptabtastrichtung, und die Z-Achse liegt parallel zur Ne­ benabtastrichtung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Abtastvorrichtung weiter­ hin ein offenes Gehäuse 1. Im Betriebszustand ist die obere Öffnung des Gehäuses 1 durch einen Gehäusedeckel 2 verschlos­ sen.

Wie in Fig. 4 gezeigt, enthält die Lichtübertragungseinheit 100 acht Halbleiterlaser 101 bis 108, acht Laserblöcke 310a bis 310h (jeder auf einem Träger 300 befestigt), die jeweils einem der Laser 101 bis 108 zugeordnet sind, acht optische Lichtwellenleiter (z. B. Lichtleitfaserbündel) 121 bis 128 aus Hartglas (Silikaglas), die jeweils einem der Laser 101 bis 108 zugeordnet sind, und einen Lichtwellenleiter-Ausricht­ block 130. Jeder Laser 101 bis 108 ist in dem zugehörigen Laserblock 310a bis 310h so befestigt, daß sein Laserstrahl in den jeweils zugehörigen Lichtwellenleiter 121 bis 138 ein­ tritt. Außerdem werden die Eintrittsendabschnitte der opti­ schen Lichtwellenleiter 121 bis 128 von Lichtwellenleiter- Halteelementen 319a bis 319h an den jeweiligen Laserblöcken 310a bis 310h festgehalten. Der Lichtwellenleiter-Ausricht­ block 130 hält die Austrittsendabschnitte der optischen Lichtwellenleiter 121 bis 128 zum Ausrichten derart, daß acht Punktlichtquellen auf einer Geraden erzeugt werden.

Ein vom Lichtwellenleiter-Ausrichtblock 130 abgestrahltes di­ vergierendes Lichtbündel wird mit Hilfe einer Sammellinse 140 gebündelt, die durch einen zylindrischen Sammellinsentubus 340 gehalten wird, und durch eine Blende 142 hindurchgerich­ tet. Die Blende 142 hat eine rechteckige Durchtrittsöffnung, die in der Hauptabtastrichtung länger ist und in der Hauptab­ tastrichtung und der Nebenabtastrichtung das aus der Sammel­ linse 140 austretende Lichtbündel begrenzt.

Das durch die Blende 142 hindurchtretende Lichtbündel wird auf einen Strahlteiler 144 gerichtet. Der Strahlteiler 144 teilt die Strahlung in einen Steuerstrahl und in einen Haupt­ strahl, der reflektiert wird. Die Durchlässigkeit des Strahl­ teilers 144 (d. h. die Menge des als Steuerstrahl hindurchge­ lassenen Lichtes) beträgt zum Beispiel zwischen 5 und 10 Pro­ zent als Mittelwert des S-polarisierten Lichtes und des P- polarisierten Lichtes.

Der Steuerstrahl wird in ein automatisches Leistungssteue­ rungs-Sensorsystem (ALS-Sensorsystem) 150 gerichtet. Dieses enthält eine Sammellinse 151 zum Bündeln des Steuerstrahls, einen Polarisationsstrahlteiler 153, der den Steuerstrahl in zwei linear polarisierte Komponenten aufteilt, die ortogonal zueinander sind, einen ersten ALS-Lichtsensor 155 und einen zweiten ALS-Lichtsensor 157.

Der erste und der zweite ALS-Lichtsensor 155 und 157 erfassen die Lichtenergie der entsprechenden linearen Polarisations­ komponente, und die Ausgangssignale der Lichtsensoren 155 und 157 werden für eine Regelung der Ausgangsleistung der Halb­ leiterlaser 101 bis 108 genutzt.

Der am Strahlteiler 144 reflektierte Hauptstrahl tritt durch ein dynamisches Prisma 160 hindurch. Das dynamische Prisma 160 ist in Richtung einer zur optischen Achse rechtwinkligen Achse drehbar gelagert, um die Lage des Auftreffpunktes in der Nebenabtastrichtung auf der Bildebene zu steuern. Das dynamische Prisma 160 ist vorzugsweise ein Keilprisma, das um die Hauptabtastrichtung drehbar gelagert ist, um den Haupt­ strahl in Richtung der Nebenabtastrichtung abzulenken. Das dynamische Prisma 160 berichtigt Änderungen der Lage der Bildpunkte (in der Nebenabtastrichtung) auf der Abtastebene, welche durch Neigungsfehler der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 180 und/oder durch eine ungleichmäßige Dre­ hung der Fotoleitertrommel 210 entstehen (vgl. Fig. 3 und die später folgenden Erläuterungen).

Der durch das dynamische Prisma 160 hindurchtretende Haupt­ strahl bildet mit Hilfe einer Zylinderlinse 170 ein lineares Bild in der Umgebung der Spiegeloberfläche des Polygonspiege­ ls 180. Die Zylinderlinse 170 hat nur in der Nebenabtastrich­ tung eine positive Brechkraft. Wie in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigt, wird die Zylinderlinse 170 durch einen zylindrischen Linsentubus 361 gehalten und besteht aus zwei Linsen 171, 173 mit positiver bzw. negativer Brechkraft in der Nebenabta­ strichtung.

Der Polygonspiegel 180 wird, wie in Fig. 3 gezeigt, durch ei­ nen Spiegelmotor 371 angetrieben (befestigt im Gehäuse 1) und rotiert im Uhrzeigersinn in der Darstellung der Fig. 2 (dargestellt durch einen Pfeil). Außerdem ist der Poly­ gonspiegel 180, wie in Fig. 1 gezeigt, von der Umgebung durch eine haubenartige Polygonabdeckung 373 getrennt, um Drehge­ räusche zu dämpfen und um Beschädigungen der Spiegeloberflä­ che durch Staub oder Schmutz in der Luft zu vermeiden.

Eine Lichtweg-Durchtrittsöffnung 373e befindet sich an der Seite der Polygonabdeckung 373, und ein Abdeckglas 375 ist in die Lichtweg-Durchtrittsöffnung 373e eingepaßt. Der durch die Zylinderlinse 170 hindurchtretende Hauptstrahl tritt in die Polygonabdeckung 373 durch das Abdeckglas 375 ein, wird durch den Polygonspiegel 180 abgelenkt und nach außen gerichtet, wobei er wieder durch das Abdeckglas 375 hindurchtritt. Auf der Oberseite des Polygonspiegels 180 ist weiterhin ein Kenn­ zeichen M befestigt oder einmarkiert, und ein Sensorblock 376 an der Oberseite der Polygonabdeckung 373 enthält einen Sen­ sor zum Erfassen des Kennzeichens M.

Ein Polygonspiegel kann Flächenfehler (Formfehler) auf den reflektierenden Flächen haben, die während der Herstellung entstanden sind. Diese Herstellungsfehler sind meist für die verschiedenen reflektierenden Flächen unterschiedlich (d. h. für die Seiten des Polygonspiegels). Um diese Flächenfehler auszugleichen, kann der Fehlerbetrag jeder Fläche des Polygo­ nspiegels 180 gemessen und in einem Speicher (nicht darge­ stellt) während der Herstellung der Abtastvorrichtung gespei­ chert werden. Durch Unterscheiden, welche Reflexionsfläche des Polygonspiegels 180 gerade für die Abtastbewegung verwen­ det wird, zum Beispiel mit dem Ausgangssignal des Sensors im Sensorblock 376, kann zumindest die Strahlposition und die Strahlintensität abhängig von dem Fehlerbetrag korrigiert werden, welcher jeder reflektierenden Fläche des Polygonspie­ gels 180 eigen ist.

Wie in Fig. 3 gezeigt, tritt der am den Polygonspiegel 180 reflektierte Hauptstrahl durch das fθ-Linsensystem 190 hin­ durch (ein optisches System zur Bilderzeugung) und wird an einem Faltungsspiegel 200 zur Fotoleitertrommel 210 reflek­ tiert, wobei acht Strahlpunkte entstehen. Die Strahlpunkte führen eine Abtastbewegung gemäß der Drehung des Polygonspie­ gel 180 aus, wobei acht Abtastzeilen pro Abtastbewegung auf der Fotoleitertrommel 210 entstehen. Die Fotoleitertrommel 210 wird angetrieben und rotiert in der Richtung eines Pfei­ les R synchron mit der Abtastbewegung der Strahlpunkte, um ein elektrostatisches latentes Bild auf der Fotoleitertrommel 210 zu erzeugen. Das latente Bild wird dann mit Hilfe eines bekannten elektrofotographischen Verfahrens entwickelt und auf ein Papierblatt (nicht dargestellt) übertragen.

Das fθ-Linsensystem 190 enthält eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Linse 191, 193, 194, 197, die in die­ ser Reihenfolge von der dem Polygonspiegel 180 zugewandten Seite zu der dem Faltungsspiegel 200 zugewandten Seite nega­ tive, positive, positive und negative Brechkraft sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der Nebenabtastrichtung haben. Sie sind auf einem Linsenträger 380 angeordnet. Ihre Kombination in dem fθ-Linsensystem 190 bewirkt, daß der Lichtstrahl, der als Bild eine lineare Form in der Nebenabta­ strichtung auf dem Polygonspiegel 180 hatte, auf der Foto­ leitertrommel 210 als Bild eine elliptische Form hat.

Die erste Linse 191 des fθ-Linsensystem 190 ist eine negative Linse mit einer konkaven sphärischen Oberfläche auf der dem Polygonspiegel 180 zugewandten Seite und einer zylindrischen Oberfläche mit negativer Brechkraft nur in der Nebenabta­ strichtung auf der dem Faltungsspiegel 200 zugewandten Seite. Die Oberflächen der Linse sind so entworfen, daß die erste Linse 191 eine vergleichsweise große negative (d. h. größere negative) Brechkraft in der Nebenabtastrichtung und eine ver­ gleichsweise geringe negative Brechkraft in der Hauptabta­ strichtung hat.

Die zweite Linse 193 des fθ-Linsensystem 190 ist eine menis­ kusförmige torische Linse mit einer konvexen sphärischen Oberfläche auf der dem Polygonspiegel 180 zugewandten Seite und einer konvexen torischen Oberfläche auf der dem Faltungs­ spiegel 200 zugewandten Seite. Die Oberflächen der Linse sind so gestaltet, daß die zweite Linse 193 eine vergleichsweise große positive (d. h. größere positive) Brechkraft in der Ne­ benabtastrichtung und eine vergleichsweise kleine positive Brechkraft in der Hauptabtastrichtung hat.

Die dritte Linse 195 ist eine positive Meniskuslinse mit zwei sphärischen Oberflächen.

Die vierte Linse 197 ist eine negative Meniskuslinse mit zwei sphärischen Oberflächen.

Der durch das fθ-Linsensystem 190 übertragene Hauptlichtfluß wird durch ein Synchronisations-Sensorsystem 220 bei jeder Abtastbewegung erfaßt (d. h. für jede Fläche des Polygonspieg­ els 180). Das Synchronisations-Sensorsystem 220 ist im opti­ schen Weg zwischen der vierten Linse 197 des fθ-Linsensystems 190 und dem Faltungsspiegel 200 angeordnet. Das Synchronisa­ tions-Sensorsystem 220 enthält einen ersten, einen zweiten und einen dritten Spiegel 221, 223, 225 und einen Synchroni­ sations-Lichtsensor 230, der die an den Spiegeln 221, 223, 225 reflektierte Strahlen empfängt. Der erste Spiegel 221 ist im optischen Weg vom Polygonspiegel 180 zum Faltungsspiegel 200 an einem Rand des Hauptabtastbereichs angeordnet, jedoch außerhalb des vorgegebenen Bilderzeugungsbereichs (nicht dar­ gestellt). Der zweite und der dritte Spiegel 223 und 225 sind außerhalb des optischen Weges auf der dem ersten Spiegel 221 abgewandten Seite angeordnet. Der Synchronisations-Lichtsen­ sor 230 ist in einer Position angeordnet, die der Position auf der Oberfläche der Fotoleitertrommel 210 optisch äquiva­ lent ist, auf der die Abtastung erfolgt. Somit werden die acht Lichtstrahlen bei jeder Hauptabtastbewegung nacheinander am ersten, zweiten und dritten Spiegel 221, 223, 225 reflek­ tiert und treffen auf den Synchronisations-Lichtsensor 230. Ein Ausgangssignal oder Ausgangssignale des Synchronisations- Lichtsensors 230 werden dann zur Synchronisation der Übertra­ gung der Bilddaten für eine Abtastbewegung von einer Steuer­ schaltung (nicht dargestellt) zum Ansteuern der Halbleiterla­ ser 101 bis 108 mit den Bilddaten verwendet.

Eine Abbildungsöffnung 11 im Gehäuse 1 ermöglicht, den am Faltungsspiegel 200 reflektierten Hauptstrahl (einschließlich der acht einzelnen Lichtstrahlen) zur Fotoleitertrommel 210 zu übertragen. Ein Abdeckglas 201 ist an der Abbildungsöff­ nung 11 befestigt.

Eine Inspektionsöffnung 12 ist hinter dem Faltungsspiegel 200 angeordnet. Diese wird beim Einstellen der optischen Elemente verwendet, nachdem (ausschließlich des Faltungsspiegels 200) die montiert sind. Wie in Fig. 3 gezeigt ist die Inspektions­ öffnung 12 durch eine Abdeckplatte 13 beim normalen Gebrauch abgedeckt.

Der Aufbau des dynamischen Prismas 160 wird nun im einzelnen mit Bezug auf die Fig. 5 bis 8 erläutert. Fig. 5(A) zeigt eine räumliche Ansicht eines Basisblocks 350 zum Halten des dynamischen Prismas 160, und Fig. 5(B) zeigt eine sogenannte Explosionsansicht des Basisblocks 350. Der Pfeil L in Fig. 5(A) verdeutlicht die Ausbreitungsrichtung des Hauptstrahls vom Strahlteiler 144.

Wie in Fig. 5(B) gezeigt, hat der Rahmen 160 eine mittlere Durchgangsöffnung 161a, eine obere Durchgangsöffnung 161b oberhalb der mittleren Durchgangsöffnung 161a und eine untere Durchgangsöffnung 161c, die unterhalb der mittleren Durch­ gangsöffnung 161a angeordnet ist, wobei jede Durchgangsöff­ nung 161a, 161b und 161c durch den Rahmen 161 in Richtung der optischen Achse verläuft. Das dynamische Prisma 160 wird so im Rahmen 161 gelagert, daß es in der mittleren Durchgangs­ öffnung 161a angeordnet ist. Eine als Antriebseinheit wirken­ de Spule 163 ist um den Rahmen 161 gewickelt. Zwei Befesti­ gungen 165 zum Halten des Rahmens 161 und der Spule 163 sind an den Seiten des Rahmens 161 in einer Richtung befestigt, die der Hauptabtastrichtung entspricht. Die Befestigungen 165 haben nach außen abstehende Blattfedern 167.

Der Rahmen 161 zum Halten des dynamischen Prismas 160 wird mit den Blattfedern 167 im Basisblock 350 gelagert, und der Basisblock wird am Gehäuse 1 befestigt. Wie genauer in den Fig. 6 und 7 gezeigt, werden die Enden der Blattfedern 167 durch zwei Führungselemente 353 geführt, die an zwei U-förmi­ gen Seitenteilen 350a des Basisblocks 350 angeschraubt sind.

Der Rahmen 161 (und damit auch das dynamische Prisma 160) ist somit federnd am Basisblock 350 gelagert.

Der Basisblock 350 enthält die beiden U-förmigen Seitenteile 350a, welche die Blattfedern 167 aufnehmen, ein Befestigungs­ teil 350b zum Befestigen des Basisblocks 350 am Gehäuse 1 und ein Wandteil 350c, das vom Befestigungsteil 350b absteht und, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, mit den Seitenteilen 350a eine Einheit bildet.

Zwei aus einer Eisenplatte hergestellte Joche 351 sind an den Endflächen (in der Nebenabtastrichtung) der Seitenteile 350a befestigt. Jedes Joch 351 hat einen flachen Auflageteil 351a, welcher die Seitenteile 350a verbindet, und einen abstehenden Flachteil 351b, der am mittleren Teil des Auflageteils 351a beginnt und so abgekantet ist, das er eine Fläche bildet, die in einem vorgegebenen Abstand parallel zum Auflageteil 351a liegt. Die abstehenden Flachteile 351b sind U-förmig derart geformt, daß sie durch die Durchgangsöffnungen 161b und 161c des Rahmens 161 verlaufen. Ein Permanentmagnet 354 ist auf der dem abstehenden Flachteil 351b zugewandten Seite jedes Auflageteils 351a befestigt, und ein magnetischer Kreis wird in dem Raum zwischen dem Permanentmagneten 354 und dem abste­ henden Flachteil 351b erzeugt. Die Spule 163 ist somit inner­ halb dieses magnetischen Kreises angeordnet. Der untere und der obere Permanentmagnet 354 sind so angeordnet, daß jeweils ein anderer Pol dem Rahmen 161 zugewandt ist und ein Magnet­ kreis in vertikaler Richtung der Fig. 6 entsteht.

Wenn ein Strom durch die Spule 163 fließt, entstehen an den unteren und oberen Teilen des Rahmens 161 magnetische Momente in Richtung der optischen Achse. Da weiterhin die Stromfluß­ richtung relativ zu den Magnetkreisen am oberen und unteren Teil entgegengesetzt ist, sind die hervorgerufenen Momente am unteren und am oberen Teil des Rahmens 161 ebenfalls entge­ gengesetzt. Somit wirkt auf den Rahmen 161 eine Kraft, die das dynamische Prisma 160 um eine Drehachse dreht, die paral­ lel zur Hauptabtastrichtung liegt. Das dynamische Prisma 160 dreht sich somit abhängig von der Größe des magnetischen Mo­ ments, die ihrerseits von der Größe des durch die Spule 163 fließenden Stromes abhängt.

In der oben erläuterten Anordnung gewährleistet die Lagerung des dynamischen Prismas 160 mit Hilfe der Blattfedern 167, daß bei der Drehbewegung im Gegensatz zu einer Lagerung mit einem Wälzlager oder einem Gleitlager geringere Nichtlineari­ täten auftreten. Somit wird die Steuerung erleichtert und die Genauigkeit der Steuerung erhöht. Werden die Blattfedern 167 außerdem aus einer leitenden Metallplatte angefertigt, so können die Blattfedern 167 auch zum Heranführen des Stromes an die Spule 163 dienen. Durch das Verwenden einer Anordnung, in der der Strom durch die Blattfedern 167 herangeführt wird, kann auf zusätzliche elektrische Verbindungen verzichtet wer­ den, welche die Arbeitskennlinien beeinflussen.

Obwohl in den Fig. 5 und 6 nicht gezeigt, sind die Seitentei­ le 350a, zwischen denen der Laserstrahl bzw. das Laserstrahl­ bündel hindurchtritt, mit einer Abdeckplatte 352 und einem Wandteil 350c abgedeckt (vgl. Fig. 7). Die Abdeckplatte 352 hat eine Lichtweg-Durchtrittsöffnung 352a, durch die der La­ serstrahl hindurchtritt. Das Wandteil 350c hat auch eine Lichtweg-Durchtrittsöffnung 350d, durch die der Strahl in das Prisma eintritt. Das Wandteil 350c hat eine erste Aussparung 350e und eine zweite Aussparung 350f, die als Lichtweg für das optische Erfassen der Drehlage des dynamischen Prismas 160 dienen.

Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, wird die Drehlage des dyna­ mischen Prismas 160 mit Hilfe eines Prismendrehsensors er­ faßt, der eine Leuchtdiode 355, eine Abbildungslinse 356, einen Spiegel 357 und einen Prismensensor 359 enthält. Die Leuchtdiode 355 und die Abbildungslinse 356 sind in der er­ sten Aussparung 350e angeordnet. Der Spiegel 357 ist so ange­ ordnet, daß er den Meßstrahl von der Leuchtdiode 355 auf das dynamische Prisma 160 reflektiert. Der Prismensensor 359 ist an einer in der zweiten Aussparung 350f angeordneten Platte 358 befestigt und empfängt den vom dynamischen Prisma 160 reflektierten Meßstrahl.

Wie in Fig. 9 gezeigt, enthält das dynamische Prisma 160 ei­ nen verspiegelten Teil 160a, der sich an einer Position be­ findet, auf der der Meßstrahl einfällt, so daß der Meßstrahl reflektiert wird. Der verspiegelte Teil 160a befindet sich an einem Randbereich des dynamischen Prismas 160, der außerhalb des Bereichs liegt, in welchen der Hauptstrahl eintritt. In der Fig. 9 verdeutlicht das Symbol Df die Richtung, in der die Laserstrahlen mit Hilfe des dynamischen Prismas 160 ge­ brochen werden, wobei diese Richtung parallel zur Nebenabta­ strichtung ist.

Wie in Fig. 10 gezeigt, enthält der Prismensensor 359 zwei rechtwinklige Lichtempfangsbereiche 359a und 359b, die längs in einer Richtung senkrecht zur Richtung Df angeordnet sind. Durch Bestimmen der Differenz der Ausgangssignale der Lich­ tempfangsbereiche 359a und 359b kann die Bewegung des Meß­ strahlpunktes in vertikaler Richtung, also die Drehung des dynamischen Prismas 160, erfaßt werden. Wenn kein Strom durch die Spule 163 fließt, befindet sich das dynamische Prisma 160 in einer Anfangslage und der Meßstrahlpunkt liegt im Zentrum des Prismensensors 359, wie in Fig. 10 gezeigt. Unter dieser Bedingung sind die Ausgangssignale der lichtempfangenen Be­ reiche 359a und 359b gleich, und somit hat das Differenzsi­ gnal den Wert "0".

Wenn Strom durch die Spule 163 fließt, ändert sich der Winkel des dynamischen Prismas 160 und der Meßstrahlpunkt bewegt sich in einer Richtung, die rechtwinklig zu dem Grenzbereich zwischen den Lichtempfangsbereichen 359a und 359b liegt; vgl. die Strichlinienpfeile in Fig. 10. Ein Unterschied in den Ausgangssignalen der Lichtempfangsbereiche 359a und 359b hat ein Differenzsignal zur Folge, dessen Größe von dem Drehwin­ kel des dynamischen Prismas 160 abhängt. Deshalb gibt das Differenzsignal den sich einstellenden Winkel des dynamischen Prismas an.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel der verspiegelte Teil 160a des dynamischen Prismas 160 außerhalb der Drehachse des dyna­ mischen Prismas 160 liegt, verändert sich die Länge des opti­ schen Weges von der Leuchtdiode 355 zum Prismensensor 359 abhängig vom Drehwinkel des dynamischen Prismas 160. Die Brechkraft der Abbildungslinse 356 ist so gewählt, daß das von der Abbildungslinse 356 abgestrahlte Licht im wesentli­ chen parallel ist. Als Ergebnis dieser Maßnahme kann eine feste Größe des Meßstrahlpunktes auf dem Prismensensor 359 eingehalten werden, obwohl eine Änderung der Länge des Licht­ weges aufgrund der Drehung auftritt.

Die Fig. 11 bis 13 verdeutlichen die Abhängigkeiten zwischen der Lage des dynamischen Prismas 160 und verschiedenen Arten von Veränderungen im Lichtweg des Meßstrahls. Zur Vereinfa­ chung wurde der Spiegel 357 weggelassen, und der begradigte Lichtweg dargestellt.

Wenn kein Strom durch die Spule 163 fließt, befindet sich das dynamischen Prisma 160, wie in Fig. 11 gezeigt, in einer An­ fangslage und der Meßstrahl trifft auf das Zentrum des Pris­ mensensors 359 auf. Wenn eine nicht beabsichtigte Resonanz auftritt, könnte sich das dynamische Prisma 160 um eine Achse in der Nebenabtastrichtung drehen, (d. h. eine Achse senkrecht zur Fläche des Papiers) wie in Fig. 12 gezeigt, oder das dy­ namische Prisma 160 könnte sich parallel zur Ausbreitungs­ richtung des Laserstrahls bewegen, wie in Fig. 13 gezeigt. In diesen Fällen wird der Meßstrahlpunkt auf dem Prismensensor 359 entlang des Grenzbereichs der Lichtempfangsbereiche 359a und 359b bewegt. Somit wird sich das Differenzsignal des Prismensensors 359 nicht ändern, so daß der Drehwinkel des Prismas weiterhin genau erfaßt wird.

Das bedeutet, daß der Prismensensor 359 nur eine Drehung des dynamischen Prismas 160 in eine Richtung erfaßt, in der der Strahlpunkt auf der Fotoleitertrommel 210 in der Nebenabta­ strichtung verschoben wird. Insbesondere verändern andere Bewegungen des dynamischen Prismas 160, z. B. aufgrund nicht beabsichtigter Resonanz, das Ausgangssignal des Prismensensor 359 nicht, so daß die Winkelstellung des dynamischen Prismas 160 genau erfaßt wird.

Um nur die erzwungene Drehung des dynamischen Prismas 160 zu erfassen, ohne daß die nicht beabsichtigte Bewegung, z. B. aufgrund der irregulären Resonanz einen Einfluß hat, wird vorzugsweise ein Sensor verwendet, wie der oben erwähnte Prismensensor 359, der nur die Bewegung des Meßstrahls emp­ fängt, die aufgrund der beabsichtigten Drehung des dynami­ schen Prismas 160 auftritt. Anstelle des Prismensensors 359 des obigen Ausführungsbeispiels werden u. a. auch eindimensio­ nale Positionserfassungseinheiten verwendet.

Die Größe der nicht beabsichtigten Bewegung aufgrund von Re­ sonanz kann weiterhin durch Optimieren der Gewichtsverteilung der beweglichen Elemente verringert werden, einschließlich des dynamischen Prismas 160 (vgl. Fig. 5(B)), sowie durch die Verringerung des Gesamtgewichts jedes beweglichen Teils oder durch Erhöhen der Biegesteife der Blattfedern 167.

Die Steuerung des dynamischen Prismas 160 wird nun an Hand der Fig. 14 erläutert.

Fig. 14 zeigt eine Blockdarstellung verschiedener Teile des Steuersystems der optische Abtastvorrichtung des Ausführungs­ beispiels. Die Steuereinheit steuert das dynamische Prisma 160 zum Verändern der Position des Strahlpunktes auf der Fo­ toleitertrommel 210 in der Nebenabtastrichtung derart, daß die Verschiebung des Strahlpunktes aufgrund der Neigungsfeh­ ler der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 180, die periodisch auftreten und deren Größe von vornherein bekannt ist, und/oder Ungleichmäßigkeiten der Drehung der Fotoleiter­ trommel 210, die während des Antriebs der Fotoleitertrommel 210 zufällig auftreten, ausgeglichen werden.

Eine Recheneinheit 461 zum Berechnen einer Flächenfehlerver­ schiebung bestimmt aufgrund des Ausgangssignals eines Poly­ gonsensors 374 im Sensorloch 376 und aufgrund des Synchroni­ sationssignals des Synchronisations-Lichtsensors 230, welche der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 180 momentan die Abtastbewegung des Laserstrahls durchführt, und gibt an­ schließend die aus einem Speicher 401 ausgelesene Größe der Verschiebung des Strahlpunkts aufgrund des Neigungsfehlers der jeweiligen reflektierenden Fläche des Polygonspiegels 180 aus.

Der Polygonsensor 374 kann z. B. eine Leuchtdiode enthalten, die Licht auf den Polygonspiegel 180 richtet, sowie ein lich­ tempfangendes Element, welches das Licht empfängt, das vom Polygonspiegel 180 reflektiert wird. In dem vorliegenden Aus­ führungsbeispiel wurde das Kennzeichen M mit schwarzer Tinte auf Ölbasis aufgebracht, welche das Reflexionsvermögen des gekennzeichneten Teils im Vergleich zu anderen Teilen herab­ setzt, so daß das Ausgangssignal des lichtempfangenden Ele­ ments jedesmal verringert wird, wenn das Kennzeichen M unter­ halb des Polygonsensors 374 vorbei bewegt wird. Der Polygon­ sensor 374 gibt demzufolge immer dann ein Indexsignal ab, wenn das Kennzeichen M unterhalb des Polygonsensors 374 vor­ bei bewegt wird. Die Recheneinheit 461 zum Berechnen der Flä­ chenfehlerverschiebung bestimmt auf der Basis des Indexsi­ gnals des Polygonsensors 374 und eines horizontalen Synchro­ nisationsimpulses (HS), der für jede Abtastbewegung durch Erfassen eines Ausgangssignals des Synchronisations-Lichtsen­ sors 230 erzeugt wird, welche reflektierende Fläche des Poly­ gonspiegels 180 momentan die Abtastbewegung des Laserstrahls durchführt. In diesem Fall wird aufgrund einer einzigen Mar­ kierung M auf dem Polygonspiegel 180 zuerst eine reflektie­ rende Fläche bestimmt, die dem Kennzeichen M zugeordnet ist, wenn das Kennzeichen M erfaßt wird. Anschließend werden die reflektierenden Flächen durch zyklisches Zählen der Anzahl von horizontalen Synchronimpulsen bestimmt, die zwischen dem Erfassen des Kennzeichens M empfangen werden.

Alternativ kann die zentrale Steuereinheit 400, die den La­ serstrahl momentan reflektierende Fläche auch dadurch bestim­ men, daß das Zeitintervall zwischen den Indexsignalen durch die Anzahl der reflektierende Flächen geteilt wird.

Die Größe der Verschiebung eines Strahlpunktes auf der Foto­ leitertrommel 210 aufgrund des Neigungsfehlers jeder reflek­ tierende Fläche des Polygonspiegels 180 kann durch Berechnung bestimmt werden, nachdem entweder der Neigungswinkel jeder reflektierenden Fläche gemessen wurde oder nachdem die Unter­ schiede der verschiedenen reflektierenden Flächen für einen Strahlpunkt an einer vorgegebenen Position auf der Fotolei­ tertrommel 210 oder auf einer optisch gleichwertigen Fläche gemessen wurde. Die ermittelten Korrekturdaten werden in den Speicher 401 mit Hilfe der Recheneinheit 461 zum Berechnen des Flächenfehlerverschiebung eingegeben, wobei eine Korrek­ turgrößen-Eingabeeinheit 460 verwendet wird.

Da dagegen die Ungleichmäßigkeit in der Drehung der Fotolei­ tertrommel 210 kein periodischer Fehler ist, sondern zufällig erzeugt wird, berechnet eine Recheneinheit 463 zum Berechnen einer Drehungsverschiebung aufgrund der ungleichmäßigen Dre­ hung die Verschiebung der Strahlpunkte (durch die Ungleichmä­ ßigkeit der Drehung hervorgerufen) ausgehend vom Ausgangssi­ gnal eines Trommelsensors 213 und einer Druckersteuerung 465. Die Kompensation der Abweichung bzw. Verschiebung des Strahl­ punkts aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Drehung der foto­ leitenden Trommel 210 ist wirkungsvoll, wenn die mittlere Drehgeschwindigkeit konstant ist. D.h., wenn die Drehge­ schwindigkeit während einer vorgegebenen Zeit geringer als eine Referenzgeschwindigkeit ist, muß die Drehgeschwindigkeit während einer anderen Periode höher als die Referenzgeschwin­ digkeit sein. Diese Forderung bezüglich der mittleren Drehge­ schwindigkeit ist notwendig, da der Stellbereich des dynami­ schen Prismas 160 begrenzt ist. Wenn die Gesamtabweichung ständig zunehmen wurde, würde ein Punkt erreicht, an dem die Abweichung nicht mehr durch die Einstellung des dynamischen Prismas 160 ausgeglichen werden könnte.

Da der Zusammenhang zwischen dem Einstellwinkel des dynami­ schen Prismas 160 und der Bewegung des Strahlpunktes nichtli­ near ist, ist es unmöglich, unabhängig voneinander einen er­ sten Einstellwinkel zum Korrigieren der Verschiebung aufgrund des Flächenfehlers und einen anderen Einstellwinkel zum Kor­ rigieren der Verschiebung aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Drehung zu berechnen. Deshalb berechnet eine Addiereinheit 467 die Strahlpunktverschiebung durch Addition der Verschie­ bung des Strahlpunktes aufgrund der Neigungsfehler auf der entsprechenden reflektierenden Fläche und aus der Verschie­ bung des Strahlpunktes aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Drehung.

Die Addiereinheit 467 gibt den Einstellwinkel des dynamischen Prismas 160 zum Kompensieren der berechneten Verschiebung des Strahlpunktes aus, und eine Steuereinheit 469 zum Steuern des dynamischen Prismas steuert den durch die Spule 163 fließen­ den Strom so, daß sich das dynamische Prisma 160 in eine Stellung dreht, in der die berechnete Verschiebung ausgegli­ chen (kompensiert) wird. Der Drehwinkel des dynamischen Pris­ mas 160 wird vom Prismensensor 359 erfaßt, um eine Rückkopp­ lung für einen geschlossenen Regelkreis zu erzeugen, der von der Steuereinheit 469 gesteuert wird.

Obwohl die Lage der Abtastzeilen in der Nebenabtastrichtung nicht vollständig mit einer Kombination der Zylinderlinse 170 und des fθ-Linsensystems 190 korrigiert werden kann, und ob­ wohl eine Ungleichmäßigkeit der Drehung der Fotoleitertrommel 210 auftritt, kann somit mit der obigen Steuerung eine genaue Steuerung der Lage der Abtastzeilen in der Nebenabtastrich­ tung erreicht werden. Die obige Korrektur kann auch durchge­ führt werden, wenn die durch die Zylinderlinse 170 erzeugte lineare Abbildung einen Abstand zur reflektierenden Fläche des Polygonspiegels 180 hat, um den Einfluß von Schlieren oder Staub auf der reflektierenden Fläche des Polygonspiegels 180 zu vermeiden.

Das dynamische Prisma 160 wird durch die Steuereinheit 469 zum Steuern des dynamischen Prismas zwischen dem Ende einer vorangegangenen Abtastbewegung und dem Beginn der Bilderzeu­ gung gedreht. Um ausreichend Zeit zur Einstellung des Dreh­ winkels zu haben, wird der Abtastdurchsatz, mit anderen Wor­ ten der Zeitanteil zur Bilderzeugung bezogen auf die Um­ schaltintervalle der reflektierenden Flächen, auf einen ange­ messenen Wert gesetzt.

Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur Verschiebungen in Richtung der Nebenabtastrichtung korrigiert wurden, können auch Veränderungen in der Abtastgeschwindigkeit des Strahl­ punktes aufgrund der Krümmung der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels 180 in Richtung der Hauptabtastrichtung kor­ rigiert werden. Bei einer solchen Anordnung wird das dynami­ sche Prisma 160 so angeordnet, daß es sich um eine Achse par­ allel zur Nebenabtastrichtung dreht und somit die Lage des Strahlpunktes in der Hauptabtastrichtung steuert.

Eine solche Anordnung kann erforderlich sein, da die Krümmung einer reflektierenden Fläche in der Hauptabtastrichtung im allgemeinen auch für jede reflektierende Fläche unterschied­ lich ist. Ähnlich wie oben für die Nebenabtastrichtung erläu­ tert, ändert sich die Verschiebung des Strahlpunktes aufgrund der Krümmung abhängig von der Abtastposition in der Hauptab­ tastrichtung. Somit wird die Korrekturgröße (Korrekturdatum) für jede Abtastposition der Hauptabtastung im Speicher 401 für jede der reflektierenden Flächen gespeichert. Zur Korrek­ tur werden anschließend die den Laserstrahl momentan ablen­ kende reflektierende Fläche an Hand des Indexsignals des Po­ lygonsensors 374 und des bei jeder Abtastbewegung vom Syn­ chronisations-Lichtsensor 230 erzeugten Synchronisationssi­ gnals, und die Abtastposition entsprechend der seit dem Auf­ treten des Synchronisationssignals vergangenen Zeit bestimmt, die Korrekturgröße für die betroffene Abtastposition und re­ flektierende Fläche aus dem Speicher 401 ausgelesen, und das dynamische Prisma 160 so gedreht, daß die Lage des Strahl­ punktes in der Hauptabtastrichtung korrigiert ist.

Weiterhin wird in dem Fall, in dem die Kennlinie der die Kennlinien des fθ-Linsensystems 190, z. B. die Kennlinie der Abtastgeschwindigkeit, nicht zufriedenstellend ist, der Strahlpunkt auf der Fläche der fotoleitenden Trommel 210 in der Hauptabtastrichtung durch das dynamische Prisma 160, auf die gleiche Art wie oben erläutert, verschoben, um entweder die fθ-Kennlinie alleine oder die fθ-Kennlinie gleichzeitig mit dem Flächenfehler der reflektierenden Flächen des Poly­ gonspiegels 180 zu korrigieren.

Letztlich soll der Synchronisations-Lichtsensor 230 genau beschrieben werden. Wie in Fig. 15 gezeigt, hat der Synchro­ nisations-Lichtsensor 230 eine Hauptabtastpositions-Erfas­ sungseinheit 231 zum Erfassen eines horizontalen Synchronisa­ tionssignals und eine Nebenabtastpositions-Erfassungseinheit 232 zum Erfassen einer Position des Strahlbündels in der Ne­ benabtastrichtung, durch die der vordere Strahlpunkt bewegt wird. Die Hauptabtastpositions-Erfassungseinheit 231 enthält einen ersten und einen zweiten lichtempfangenden Bereich 231a und 231b, die entlang der Hauptabtastrichtung voneinander beabstandet sind, und die Nebenabtastpositions-Erfassungsein­ heit 232 enthält einen ersten und einen zweiten Lichtemp­ fangsbereich 232a und 232b, die entlang der Nebenabtastrich­ tung voneinander beabstandet sind.

Eine Signalerzeugungseinheit (nicht dargestellt) erzeugt ein horizontales Synchronisationssignal, wenn die Ausgangssignale des ersten und des zweiten lichtempfindlichen Bereichs 231a und 231b der Erfassungseinheit 231 beim Vorbeibewegen eines Strahlbündels über die beiden Bereiche gleich sind. Der Ge­ brauch von zwei Bereichen gestattet es, ein Signal mit stei­ lerer Anstiegsflanke zu erzeugen, als es der Fall wäre, wenn das Synchronisationssignal aus dem Ausgangssignal eines ein­ zigen lichtempfindlichen Bereichs erzeugt würde. Außerdem werden Zeitverschiebungen beim Erzeugen des Synchronisati­ onssignals aufgrund von Veränderungen in der empfangenen Lichtmenge verhindert.

Da acht Laserstrahlen, die voneinander um ein vorgegebenes Intervall in der Hauptabtastrichtung beabstandet sind, eine Abtastbewegung über den Synchronisations-Lichtsensor 230 aus­ führen, werden in der speziellen optischen Abtastvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels acht horizontale Syn­ chronisationssignale mit einem vorgegebenen Intervall zuein­ ander abgegeben.

Die Erfassungseinheit 232 wird zum Positionieren des Synchro­ nisations-Lichtsensors 230 im Gehäuse 1 verwendet. Um alle acht Laserstrahlen zu erfassen, muß die Höhe des ersten und des zweiten lichtempfangenden Bereichs 231a und 231b in Rich­ tung der Nebenabtastrichtung den Verteilungsbereich der La­ serstrahlen in der Nebenabtastrichtung abdecken. Da jedoch die Empfindlichkeit der Lichtempfangsbereiche 231a und 231b abnimmt, wenn sich die Bereiche vergrößern, ist es wichtig, die Höhe der Lichtempfangsbereiche 231a und 231b der Hauptab­ tastpositions-Empfangseinheit 231 in der Nebenabtastrichtung auf eine minimale Höhe hs festzulegen. Bei Verwenden von Lichtempfangsbereichen 231a und 231b mit der minimalen Höhe hs muß der Synchronisations-Lichtsensor 230 sehr genau ausge­ richtet werden.

Das Verfahren zum Ausrichten des Synchronisations-Lichtsensor 230 wird im folgenden erläutert. Zuerst wird der Synchronisa­ tions-Lichtsensor 230 an einer vorgegebenen Stelle des Gehäu­ ses 1 provisorisch befestigt. Danach wird ein einzelner vor­ gegebener Halbleiter-Laser, im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel der Halbleiter-Laser, welcher den vordersten Strahlpunkt erzeugt, eingeschaltet, und der Drehwinkel des Poly­ gonspiegels 180 wird derart justiert, daß der Laserstrahl auf die Nebenabtastpositions-Erfassungseinheit 232 auftrifft. Die Lage des Synchronisations-Lichtsensors 230 in Nebenabta­ strichtung wird anschließend justiert, wobei die Ausgangssi­ gnale des ersten und des zweiten Lichtempfangsbereich 232a und 232b der Erfassungseinheit 232 beobachtet werden, bis die Position erreicht ist, an der diese Ausgangssignale gleich sind. Weiterhin wird die räumliche Beziehung zwischen der Hauptabtastpositions-Erfassungseinheit 231 und der Nebenabtast­ positions-Erfassungseinheit 232 so festgelegt, daß die Er­ fassungseinheit 231 den Verteilungsbereich der Strahlpunkte (in der Nebenabtastrichtung) bedeckt, wenn der Lichtstrahl des vorgegebenen Halbleiter-Lasers auf das Zentrum der Erfas­ sungseinheit 232 auftrifft.

Durch die Nebenabtastpositions-Erfassungseinheit 232 kann der Synchronisations-Lichtsensor 230 bezogen auf die Strahlpunkte genau ausgerichtet werden, und mehrere Laserstrahlen (in die­ sem Fall acht) können ohne Fehler erfaßt werden, auch wenn die Höhe in Nebenabtastrichtung der lichtempfangenen Bereiche zum Erfassen des Synchronisationssignals eine minimale Höhe hs in Bezug auf den Verteilungsbereich der Laserstrahlen ist, um die Empfindlichkeit bzw. Ansprechbarkeit zu erhöhen.

Wie oben beschrieben werden mit der vorliegenden Erfindung zeitveränderliche Verschiebungen der Lage des bzw. der Strahlpunkte auf einer abzutastenden Fläche mit Hilfe einer geeigneten Drehwinkelsteuerung eines zwischen einer Strah­ lungsquelle und einem Polygonspiegel (Ablenkeinheit) angeord­ neten dynamischen Prismas korrigiert, wobei die Verschiebun­ gen u. a. aufgrund von Flächenfehlern des optischen Systems und ungleichmäßiger Drehung der Antriebseinheit entstehen.

Das Verwenden eines Prismas zum Steuern der Lage eines Strahlpunktes auf der abzutastenden Fläche ist besser als der Gebrauch eines Spiegels, da durch das Verwenden eines Prismas die Empfindlichkeit der Änderung des Ablenkwinkels bezogen auf die Größe des Drehwinkels im Gegensatz zu einem Spiegel verringert ist. Insbesondere kann die Empfindlichkeit mit Hilfe des Apex-Winkels des Prismas passend gewählt werden. Da mit einem Prisma der Ablenkwinkel über eine verhältnismäßig grobe Einstellung des Prismas genau gesteuert werden kann, sinken die Anforderungen an die Antriebseinheit und die Er­ fassungseinheit.

Claims (16)

1. Abtastvorrichtung mit:
mindestens einer Strahlungsquelle (101 bis 108) zum Abstrahlen eines Strahls,
einem Polygonspiegel (180) zum Ablenken des von der Strahlungsquelle (101 bis 108) abgestrahlten Strahls,
einem Abtastobjektiv (190) zum Bündeln des von dem Po­ lygonspiegel (180) abgelenkten Strahls derart, daß ein Strahlpunkt auf einer Abbildungsfläche (210) entsteht,
einem zwischen der Strahlungsquelle (101 bis 108) und dem Polygonspiegel (180) drehbar angeordneten dynami­ schen Prisma (160), wobei das dynamische Prisma (160) die Richtung des Strahls steuert,
einer Antriebseinheit zum Drehen des dynamischen Pris­ mas (160) derart, daß sich der Ablenkwinkel des dynami­ schen Prismas (160) ändert, und
einer Steuereinheit (469) zum Steuern der Antriebsein­ heit derart, daß sich die Lage des Strahlpunktes wäh­ rend der Abtastbewegung ändert.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das dynamische Prisma (160) in einem brenn­ punktlosen (afokalen) optischen Weg angeordnet ist.

3. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch einen Prismensensor (359) zum Erfassen eines Drehwinkels des dynamischen Prismas (160), wobei die Steuereinheit (469) die Antriebsein­ heit in einem geschlossenen Regelkreis mit Hilfe des Ausgangssignals des Prismensensors (359) steuert.

4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Prismensensor (359) eine Lichtabstrahlein­ heit (355) zum Abstrahlen eines Lichtstrahls auf eine Fläche des dynamischen Prismas (169) und eine Lichtemp­ fangseinheit (359) zum Empfangen des von der Fläche re­ flektierten Lichtstrahls enthält, wobei die Lichtemp­ fangseinheit (359) ein Lichtempfangselement enthält, welches zwei Lichtempfangsbereiche (359a, 359b) hat, die durch einen Grenzbereich getrennt sind, der senk­ recht zur Bewegungsrichtung (Df) des Lichtstrahls auf­ grund einer durch die Antriebseinheit erzwungen Drehung des dynamischen Prismas (160) liegt.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtempfangsbereiche (359a, 359b) recht­ eckig sind und Längsseiten haben, die parallel zum Grenzbereich verlaufen.

6. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Prisma (160) mit einem elastischen Element gelagert ist.

7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das elastische Element eine Blattfeder (167) ist.

8. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Prisma (160) mit einem Prismenhalter (161) gehalten wird, der drehbar in einem Rahmen (350) gelagert ist, wobei die Antriebseinheit ein am Rahmen (350) befestigten Magne­ ten (354) zum Erzeugen eines Magnetkreises und eine den Prismenhalter (161) umgebende Spule (163) zum Erzeugen eines magnetischen Moments bezogen auf den Magnetkreis enthält.

9. Abtastvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Prismenhalter (161) mit einer metallischen Blattfeder (167) bezüglich des Rahmens (350) gehalten wird, und daß ein elektrischer Strom durch die metalli­ sche Blattfeder (167) hindurch zur Spule (163) fließen kann.

10. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Prisma (160) die Richtung des Strahls in Nebenabtastrichtung steuert.

11. Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinheit (469) die Antriebsein­ heit derart steuert, daß Abweichungen des Strahlpunktes aufgrund der Neigungsfehler der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels (180) ausgeglichen werden.

12. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (369) die Antriebseinheit derart steuert, daß Abwei­ chungen des Strahlpunktes aufgrund von Fehlern ausge­ glichen werden.

13. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch:
einen Signalgenerator (374) zum Erzeugen eines Indexsi­ gnals mindestens einmal pro Umdrehung des Polygonspie­ gels (180)
und einen Speicher (401) zum Speichern von Daten ent­ sprechend den Formfehlern der reflektierenden Flächen,
wobei die Steuereinheit (469) die Antriebseinheit der­ art steuert, daß Abweichungen des Strahlpunktes auf­ grund der Formfehler für jede einzelne reflektierende Fläche ausgeglichen werden, und
wobei die Steuereinheit (469) aufgrund des Indexsignals bestimmt, welche reflektierende Fläche den Strahl ab­ lenkt und die Antriebseinheit in Übereinstimmung mit den für die betreffende reflektierende Fläche aus dem Speicher (401) gelesenen Daten steuert.

14. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsfläche eine fotoleitende Trommel (210) enthält, und daß die Steuereinheit (469) die Antriebseinheit derart steuert, daß Abweichungen des Strahlpunktes aufgrund einer un­ gleichmäßigen Drehung der Fotoleitertrommel (210) aus­ geglichen werden.

15. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (469) die Antriebseinheit derart steuert, daß Abwei­ chungen des Strahlpunktes aufgrund von periodischen vorhersagbaren Fehlern ausgeglichen werden.

16. Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (469) die Antriebseinheit derart steuert, daß Abwei­ chungen des Strahlpunktes aufgrund von zufälligen Feh­ lern ausgeglichen werden.