DE19737170A1 - Optisches Kaskade-Abtastsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Kaskade-Abtastsystem mit mehreren optischen Laser-Abtastsystemen, die längs der Hauptabtastrichtung angeordnet sind und synchron arbeiten, so daß eine breite Abtastzeile erzeugt wird.

Abtastsysteme dieser Art sind bereits bekannt und beispiels­ weise in der JP-A-61-11720 beschrieben. Es handelt sich dabei um ein optisches Kaskade-Abtastsystem mit zwei Laser-Ab­ tastsystemen jeweils mit einem Laserstrahlgenerator, einem als Ablenkvorrichtung dienenden Polygonspiegel, einer fθ-Op­ tik usw. Die beiden Laser-Abtastsysteme werden synchron ge­ steuert und richten jeweils einen Abtaststrahl auf die Ober­ fläche einer fotoleitfähigen Trommel längs einer gemeinsamen Linie, die in Trommellängsrichtung verläuft. Die beiden Ab­ taststrahlen laufen über nebeneinanderliegende Abschnitte der gemeinsamen Linie auf der Trommeloberfläche in Hauptab­ tastrichtung, wodurch ein breiter Abtastbereich entsteht.

Bei derartigen Kaskade-Systemen tritt ein grundsätzliches Problem auf. Dabei handelt es sich um die genaue Kombination einer auf der fotoleitfähigen Trommel mit dem einen Laser-Ab­ tastsystem erzeugten Abtastlinie mit einer weiteren Abtastli­ nie, die das andere Abtastsystem erzeugt. Beide Abtastlinien sollen nicht voneinander getrennt sein und sich auch nicht in Hauptabtastrichtung oder Hilfsabtastrichtung überlappen, d. h. es soll eine gerade, kontinuierliche Abtastzeile mit den se­ paraten Abtastlinien erzeugt werden.

Ist jedes Laser-Abtastsystem des Kaskade-Abtastsystems als nicht telezentrisches System aufgebaut, bei dem sich der Ein­ fallswinkel eines abtastenden Laserstrahls relativ zur foto­ leitfähigen Trommeloberfläche abhängig von der Positionsände­ rung eines Abtastpunktes in Hauptabtastrichtung ändert, so wird eine mit dem einen Laser-Abtastsystem erzeugte Abtast­ linie nicht genau mit der von dem anderen Laser-Abtastsystem erzeugten Abtastlinie kombiniert, d. h. die Abtastlinien wer­ den einen Abstand zueinander haben oder einander mit einem bestimmten Betrag in Hauptabtastrichtung überlappen, wenn die fotoleitfähige Trommeloberfläche auch nur geringfügig ihre Position ändert.

Ist jedes Abtastsystem des Kaskade-Abtastsystems als telezen­ trisches System aufgebaut, bei dem der Laser-Abtaststrahl ei­ nes jeden Laser-Abtastsystems immer senkrecht zur Längsrich­ tung auf die fotoleitfähige Trommel auftrifft, insbesondere orthogonal zu einer Erzeugenden der Trommeloberfläche, so tritt das vor stehend beschriebene Problem des nicht telezen­ trischen Systems nicht auf, jedoch müssen die Laser-Ab­ tastsysteme in Hilfsabtastrichtung unterschiedliche Positio­ nen einnehmen, um den Winkel des jeweiligen Laser-Abtast­ strahls an der fotoleitfähigen Fläche zu differenzieren und eine gegenseitige Störung der Laser-Abtaststrahlen zu verhin­ dern. Ändert die fotoleitfähige Trommeloberfläche bei diesem Aufbau jedoch ihre Originalposition auch nur geringfügig, so haben die Abtastlinien zweier Laser-Abtastsysteme auf der Trommeloberfläche in Hilfsabtastrichtung unterschiedliche Po­ sitionen, so daß sie in Hauptabtastrichtung nicht ineinander übergehen und eine zusammengesetzte Abtastzeile in Hauptab­ tastrichtung nicht erzeugt werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Kas­ kade-Abtastsystem mit zwei Laser-Abtastsystemen anzugeben, die jeweils ein nicht telezentrisches System sind und bei dem eine mit beiden Laser-Abtastsystemen erzeugte Abtastzeile keinen Abstand und kein Überlappen der Teillinien in Hauptab­ tastrichtung zeigt, auch wenn die abzutastende Fläche ihre Position gegenüber einer Originalposition ändert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem Abtastsystem nach der Erfindung ist der Startein­ fallswinkel größer festgelegt als der Endeinfallswinkel, und deshalb ändert sich der Starteinfallswinkel nicht so stark wie die Positionsänderung der abzutastenden Fläche gegenüber der Originalposition. Die von den beiden Laser-Abtastsystemen erzeugten Abtastlinien werden deshalb keinen großen Abstand zueinander haben und sich auch nicht in Hauptabtastrichtung überlappen, auch wenn eine Positionsänderung eintritt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines optischen Kaskade-Abtastsystems als Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Abtastsystems nach Fig. 1, und

Fig. 3 den Querschnitt einer Laserstrahl-Kollimatoreinheit in dem Abtastsystem nach Fig. 1.

Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines optischen Kaskade-Abtastsystems zum Abtasten der fotoleitfähigen Ober­ fläche einer Trommel 10 in einem Laserstrahldrucker. Das Ab­ tastsystem enthält zwei Laser-Abtastsysteme 20A und 20B. Beide Abtastsysteme 20A und 20B sind nicht telezentrische Sy­ steme, so daß der Einfallswinkel eines Laser-Abtaststrahls in jedem Laser-Abtastsystem 20A und 20B relativ zur fotoleitfä­ higen Oberfläche der Trommel 10 sich mit einer Änderung der Position des Abtastpunktes auf der Trommeloberfläche in Hauptabtastrichtung verändert. Die beiden Laser-Abtastsysteme 20A und 20B haben übereinstimmende optische Elemente oder Teile, d. h. das erste Laser-Abtastsystem 20A hat eine Laserkollimatoreinheit 21A als Laserstrahlgenerator, eine zy­ lindrische Linse 23A, einen Polygonspiegel 24A, eine fθ-Lin­ sengruppe 25A, eine Hilfslinse 26A und einen Spiegel 27A, während das zweite Abtastsystem 20B eine Laserkollimatorein­ heit 21B als Laserstrahlgenerator, eine zylindrische Linse 23B, einen Polygonspiegel 24B, eine fθ-Linsengruppe 25B, eine Hilfslinse 26B und einen Spiegel 27B enthält. Jede fθ-Lin­ sengruppe 25A und 25B besteht aus zwei Linsenelementen, wie Fig. 1 zeigt. Die Abtastsysteme 20A und 20B sind nebeneinan­ der parallel zur Längsachse der Trommel 10 angeordnet und werden an der flachen Innenwand eines gemeinsamen Gehäuses 35 gehalten.

Die Laserkollimatoreinheiten 21A und 21B sind einander gleich. Fig. 3 zeigt die Einheit 21A (21B). Jede Einheit 21A bzw. 21B enthält eine Laserdiode LD und eine Kollimatorlin­ sengruppe 22A, 22B mit zwei Linsenelementen.

In jedem Laser-Abtastsystem 20A und 20B wird der von der La­ serdiode LD abgegebene Laser-Abtaststrahl mit der Kollimator­ linsengruppe 22A bzw. 22B kollimiert. Dann wird dieser kolli­ mierte Laser-Abtaststrahl auf die zylindrische Linse 23A bzw. 23B gerichtet, die sich vor der jeweiligen Laserkollimator­ einheit 21A bzw. 21B befindet. Die Linse 23A bzw. 23B hat eine Brechkraft in Hilfsabtastrichtung, so daß der Punkt des auftreffenden Laserstrahls in derselben Richtung verlängert wird und so auf den entsprechenden Polygonspiegel 24A bzw. 24B fällt. Die Polygonspiegel 24A, 24B werden jeweils ge­ dreht, so daß die auftreffenden Laser-Abtaststrahlen in Hauptabtastrichtung abgelenkt werden und über die fθ-Linsen­ gruppen 25A, 25B sowie die Hilfslinsen 26A, 26B auf die Spiegel 27A, 27B treffen. An diesen werden sie zur fotoleit­ fähigen Trommel 10 hin reflektiert, so daß diese in Hauptab­ tastrichtung abgetastet wird.

Jede Hilfslinse 26A, 26B hat eine Brechkraft hauptsächlich in Hilfsabtastrichtung. Um die Größe des gesamten optischen Sy­ stems zu verringern, können die Hilfslinsen 26A und 26B auch fehlen. In diesem Fall sind die fθ-Linsengruppen 25A, 25B so ausgebildet, daß sie eine Brechkraft ähnlich der Brechkraft der Hilfslinsen 26A, 26B haben. In Fig. 2 sind die Hilfslin­ sen 26A, 26B nicht dargestellt.

Der Polygonspiegel 24A dreht sich im Uhrzeigersinn, während sich der Polygonspiegel 24B im Gegenuhrzeigersinn dreht, wie Fig. 2 zeigt. Die Polygonspiegel 24A und 24B drehen sich also zueinander entgegengesetzt und tasten die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 ausgehend von ihrer ungefähren Mitte zum jeweiligen Ende hin in zueinander entgegengesetzten Richtungen ab. Ein Spiegel 28A ist im Gehäuse 35 ortsfest an einer Stelle angeordnet, an der er den Laser-Abtaststrahl der fθ-Linsengruppe 25A empfängt, bevor dieser über die Hilfslinse 26A und den Spiegel 27A bei jeder durch den rotie­ renden Polygonspiegel 24A erzeugten Abtastbewegung auf die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 fällt. Der an dem Spiegel 28A reflektierte Laser-Abtaststrahl fällt auf einen Laserstrahldetektor 29A, der im Gehäuse 35 ortsfest dem Spiegel 28A gegenüber angeordnet ist. Ähnlich ist ein Spiegel 28B im Gehäuse 35 ortsfest an einer Stelle angeordnet, an der er den von der fθ-Linsengruppe 25B abgegebenen Laser-Ab­ taststrahl empfängt, bevor dieser über die Hilfslinse 26B und den Spiegel 27B bei jeder mit dem rotierenden Spiegel 24B er­ zeugten Abtastbewegung auf die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 fällt. Der an dem Spiegel 28B reflektierte Laser-Abtaststrahl fällt auf einen Laserstrahldetektor 29B, der im Gehäuse 35 ortsfest gegenüber dem Spiegel 28B angeordnet ist.

Die Laserdioden LD der Laserkollimatoreinheiten 21A und 21B werden jeweils so gesteuert, daß sie den Laser-Abtaststrahl entsprechend vorgegebenen Bilddaten ein- oder ausschalten, so daß ein entsprechendes Bild (latentes Ladungsbild) auf der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 erzeugt wird. Da­ nach kann dieses Bild von der Trommeloberfläche nach einem konventionellen elektrofotografischen Verfahren auf Normalpa­ pier übertragen werden.

Die Polygonspiegel 24A und 24B werden synchron durch die La­ serstrahldetektoren 29A und 29B so gesteuert, daß auf der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 der Abtast-start­ punkt des Laser-Abtaststrahls des ersten Laser-Abtastsystems 20A genau neben dem Abtast-Startpunkt des Laser-Abtaststrahls des zweiten Laser-Abtastsystems 20B liegt. Beide Startpunkte entfernen sich dann in Hauptabtastrichtung voneinander und erzeugen auf diese Weise in einem breiten Bereich eine lange Abtastzeile auf der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10. Mit der Drehbewegung der Trommel 10 synchron mit der Drehbewegung der Polygonspiegel 24A und 24B werden mehrere lange Abtastzeilen auf der fotoleitfähigen Oberfläche er­ zeugt, wodurch ein latentes Ladungsbild darauf aufgebaut wird.

In beiden Laser-Abtastsystemen 20A und 20B wird der Einfalls­ winkel des Laser-Abtaststrahls an der fotoleitfähigen Ober­ fläche der Trommel 10 folgendermaßen vorbestimmt. Der Ein­ fallswinkel θ relativ zur fotoleitfähigen Oberfläche liegt theoretisch im Bereich von mehr als 0° und weniger als 180°. Zur übersichtlichen Beschreibung wird er jedoch mit 90° oder weniger angegeben.

Wie Fig. 2 zeigt, sind zwei fächerförmige Bereiche der beiden Laser-Abtaststrahlen von den rotierenden Polygonspiegeln 24A und 24B zur fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 symme­ trisch in Hauptabtastrichtung relativ zu einer Grenzlinie zwischen ihnen angeordnet, die über den Punkt läuft, an denen die beiden Enden zweier Abtastlinien auf der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel zusammenfallen, welche durch die beiden Laser-Abtaststrahlen erzeugt werden.

Wenn der Einfallswinkel eines jeden Laser-Abtaststrahls an der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 an dem vorste­ hend genannten Kontaktpunkt θ und der Einfallswinkel an jedem Ende der langen Abtastzeile β ist, so ist θ größer als β für das vorliegende Ausführungsbeispiel festzulegen. In diesem Fall, bei dem der Einfallswinkel θ vorzugsweise nahe 90° liegt, ändert er sich nicht so stark wie es der Positionsän­ derung der Trommel 10 gegenüber ihrer Originalposition ent­ sprechen würde. Die mit den beiden Abtastsystemen erzeugten Abtastlinien haben dann keinen großen Abstand zueinander und überlappen einander auch nicht in der Hauptabtastrichtung an dem vorstehend genannten Kontaktpunkt, auch wenn die Trommel 10 ihre Position verändert. Der Einfallswinkel β ändert sich hingegen stärker als der Einfallswinkel θ, wenn die Trommel 10 gegenüber ihrer Originalposition verstellt wird, da er kleiner als der Einfallswinkel θ vorgegeben ist. Dies bedeu­ tet aber nur, daß die Positionen der Leuchtpunkte der beiden Laser-Abtaststrahlen auf der fotoleitfähigen Fläche an oder nahe dem jeweiligen Trommelende stärker variieren als die Po­ sitionen der Leuchtpunkte an oder nahe dem oben genannten Kontaktpunkt. Dies ist aber kein schwerwiegendes Problem.

Der Einfallswinkel θ erfüllt vorzugsweise die folgende For­ mel:

(a/2)tanθ<(b+c)/2 (1)

Darin ist
a der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Punkten der Laser-Abtaststrahlen an dem Kontaktpunkt auf der fotoleitfähigen Oberfläche (a ist gleich oder kleiner als der Durchmesser eines Laser-Abtast­ strahls);
b die Amplitude in mm der Trommel 10 in optischer Rich­ tung X (Fig. 2) der Laser-Abtaststrahlen infolge ei­ ner Abweichung der Trommel 10 gegenüber ihrer Origi­ nalposition durch einen Einbaufehler o. ä.;
c die Amplitude in mm der Trommel in optischer Richtung X infolge allgemeiner Unterschiede der Umfangsfläche (zylindrische Fläche) der Trommel 10. Die optische Richtung X liegt senkrecht zur Hauptabtastrichtung.

Im folgenden wird die vorstehend genannte Formel (1) erläu­ tert.

In Fig. 2 ist die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 in der Originalposition (Idealposition) als Originalfläche S dargestellt, wobei zwei Abtastlinien mit den beiden Laser-Ab­ taststrahlen erzeugt und genau an der Kontaktstelle kombi­ niert werden. Wenn die Trommel 10 z. B. durch einen Fehler die Position der Originalfläche S in optischer Richtung X um ei­ nen Betrag b verändert und in derselben Richtung von der Ide­ alposition um die allgemeine Differenz c abweicht, so ist die größte Abweichung (Verschiebebetrag)

(b+c)/2

Diese größte Abweichung wird auch durch die folgende Formel angegeben:

(a/2)tanθ

Darin ist
a wie oben angegeben, der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Lichtpunkten zweier Laser-Abtast­ strahlen an dem vorstehend genannten Kontaktpunkt auf der fotoleitfähigen Oberfläche (a ist gleich oder kleiner als der Durchmesser des Laserstrahls), und
θ wie oben angegeben, der Einfallswinkel eines jeden Laser-Abtaststrahls an der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 an dem oben genannten Kontaktpunkt.

Somit ergibt sich die folgende Gleichung

(a/2)tanθ=(b+c)/2

Damit der größte Abweichungsbetrag (b+c)/2 in den zulässigen Bereich fällt, muß die obige Formel

(a/2)tanθ<(b+c)/2

erfüllt sein.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden nur zwei Laser-Abtastsysteme 20A und 20B zum Erzeugen einer gemeinsamen Abtastzeile verwendet. Es können aber auch mehr als zwei Abtastsysteme in Hauptabtastrichtung nebeneinander angeordnet sein, um eine noch längere Abtastzeile zu erzeu­ gen.

Claims (6)

1. Optisches Kaskade-Abtastsystem mit einem ersten Laser-Ab­ tastsystem zum Abtasten einer Fläche und Erzeugen einer ersten Abtastlinie mit einem ersten Laserstrahl, mit ei­ nem zweiten Laser-Abtastsystem zum Abtasten der Fläche und Erzeugen einer zweiten Abtastlinie mit einem zweiten Laserstrahl, wobei die beiden Abtastlinien an einem Kon­ taktpunkt in Hauptabtastrichtung zu einer gemeinsamen Ab­ tastzeile zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Abtastsysteme nicht telezentrische Systeme sind, in denen sich der Einfallswinkel des jeweiligen La­ serstrahls an der abzutastenden Fläche mit einer Positi­ onsänderung eines Abtastpunktes des Laserstrahls auf die­ ser Fläche in Hauptabtastrichtung ändert, und daß der Einfallswinkel eines jeden Laserstrahls an der abzuta­ stenden Fläche im Bereich des Kontaktpunktes größer als der Einfallswinkel im Bereich der beiden Enden der ge­ meinsamen Abtastzeile festgelegt ist.

2. Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abzutastende Fläche eine Trommeloberfläche ist.

3. Abtastsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Formel erfüllt ist: (a/2)tanθ<(b+c)/2wobei
θ der Einfallswinkel des jeweiligen Laserstrahls an der abzutastenden Fläche im Bereich des Kontaktpunktes ist,
a der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Abtastpunkten der Laserstrahlen an dem Kontaktpunkt ist,
b die Amplitude in mm der Trommelverstellung senkrecht zur Trommellängsachse gegenüber der Originalposition ist, und
c die Amplitude in mm senkrecht zur Trommellängsachse infolge einer allgemeinen Differenz der Trommelum­ fangsfläche ist.

4. Abtastsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Laser-Abtastsysteme gleichartige opti­ sche Elemente enthalten.

5. Abtastsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den optischen Elementen ein Laserstrahlgenerator, ein Polygonspiegel und eine fθ-Linse gehören.

6. Abtastsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Laser-Abtastsysteme symmetrisch angeordnet sind.