DE2951435C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur zeilenweisen Abtastung eines Photorezeptors mittels eines Laserabtaststrahls, mit einem im Strahlengang angeordneten Polygondrehspiegel, bei dessen Drehung der Laserabtaststrahl durch Reflexion an aufeinanderfolgenden Polygonflächen längs einer vorgegebenen Abtastzeile über den Photorezeptor geführt wird, einem im Strahlengang vor dem Polygondrehspiegel angeordneten und zur Strahlablenkung dienenden Lichtmodulator, und einer vom Laserabtaststrahl bestrichenen Detektoreinrichtung zur Erzeugung eines eine Abweichung des Laserabtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile anzeigenden Signals, das den Lichtmodulator zur Einstellung einer den Laserabtaststrahl auf die vorgegebene Abtastzeile zurückführenden Strahlablenkung steuert.

Eine derartige bekannte Vorrichtung (DE-OS 24 43 379), bei der lediglich statt des Photorezeptors ein mit gespeicherter Information versehener Aufzeichnungsträger vorgesehen ist, dient zum Auslesen der gespeicherten Information, beispielsweise auf Filmen oder Bildplatten gespeicherten Fernsehsignale, oder zum sequentiellen Aufeinanderschreiben von Farbauszügen bei Farbkopiergeräten. Zu diesem Zweck weist die Detektoreinrichtung einen einzigen Photodetektor auf, der die Intensität des von der voraufgezeichneten Information modulierten Laserabtaststrahls erfaßt, wobei das die Abweichung des Laserabtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile anzeigende Signal dadurch gebildet wird, daß die maximale erfaßte Laserabtaststrahlintensität die Sollage des Laserabtaststrahls auf der vorgegebenen Abtastzeile darstellt, während Abweichungen vom Maximum einer Abweichung des Laserabtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile entsprechen. Dabei ist es für die Zurückführung des Laserabtaststrahls auf die vorgegebene Abtastzeile also erforderlich, daß letztere mit einer geeigneten Aufzeichnung versehen ist, während im Falle eines unbespurten Photorezeptors als Aufzeichnungsträger jedenfalls nicht in kontinuierlicher Weise ein die Relativlage des Laserabtaststrahls anzeigendes Signal gebildet werden kann. Auch läßt die bekannte Vorrichtung keine Maßnahme erkennen, die eine hinreichende Genauigkeit bei der Korrektur der durch kleine Parallelabweichungen der Polygonflächen von der Drehachse hervorgerufenen Abweichungen des Laserabtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile sicherstellt.

Es ist auch bekannt (DE-OS 22 50 763), eine Kompensation des strahlablenkenden Einflusses von Parallelitätsfehlern des Polygondrehspiegels durch eine spezielle optische Gestaltung des Abtaststrahlquerschnittes mittels zweier zylindrischer Linsen anzustreben. Ein einfacher Photodetektor wird dabei lediglich dazu verwendet, jeweils den Zeitpunkt des Beginns einer neuen Abtastzeile zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem einfachen Aufbau und mit hoher Genauigkeit eine Korrektur der durch Parallelitätsfehler des Polygondrehspiegels hervorgerufenen Abweichungen des Abtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile ermöglicht, ohne daß eine Bezugnahme auf den Aufzeichnungszustand des Photorezeptors erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Detektoreinrichtung angrenzend an den Photorezeptor eine reflektierende Fläche und eine transparente Fläche aufweist, die sich über wenigstens einen Teil des Abweichungsbereichs des Laserabtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile erstrecken und deren Trennlinie in Verlängerung der vorgegebenen Abtastzeile so verläuft, daß der Laserabtaststrahl bei Übereinstimmung mit der vorgegebenen Abtastzeile auf die beiden Flächen gleichzeitig auftrifft, und daß eine in einem Abstand von der reflektierenden Fläche angeordnete und das von ihr reflektierte Licht empfangende erste lichtempfindliche Einrichtung ein das Auftreffen des Abtaststrahls auf die reflektierende Fläche anzeigendes erstes Signal sowie eine im Abstand von der transparenten Fläche angeordnete und das von ihr durchgelassene Licht empfangende zweite lichtempfindliche Einrichtung ein das Auftreffen des Abtaststrahls auf die transparente Fläche anzeigendes zweites Signal erzeugen, durch die der Abtaststrahl mittels des Lichtmodulators auf ein gleichzeitiges Auftreffen auf den beiden Flächen eingeregelt wird.

Da bei der Erfindung die Detektoreinrichtung angrenzend an den Photorezeptor angeordnet ist und sich die Trennlinie zwischen der reflektierenden Fläche und der transparenten Fläche in Verlängerung der vorgegebenen Abtastzeile erstreckt, kommt es auf den Aufzeichnungszustand des Photorezeptors nicht an. Vielmehr wird die Übereinstimmung des Laserabtaststrahls mit der vorgegebenen Abtastzeile am Beginn jedes Durchlaufs des Laserabtaststrahls über den Photorezeptor dadurch festgestellt, daß der Abtaststrahl gleichzeitig auf die beiden an der Trennlinie aneinandergrenzenden Flächen auftritt. Wenn der Abtaststrahl von der vorgegebenen Abtastzeile abweicht, wird dies sofort durch einen ungleichmäßigen Lichteinfall auf die beiden Flächen erkannt und somit die Strahlabweichung mit hoher Genauigkeit erfaßt. Fehler, die durch eine nicht vollständige Parallelität zwischen den Polygonflächen und der Drehachse des Polygondrehspiegels bedingt sind, werden also durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zuverlässig kompensiert.

In der folgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht einer Vorrichtung zur zahlenweisen Abtastung eines Photorezeptors mittels eines Laserabtaststrahls, wobei allerdings der Reflexionswinkel des Laserabtaststrahls zur übersichtlicheren Darstellung verzerrt dargestellt ist;

Fig. 2 eine in einem größeren Maßstab gehaltene perspektivische Ansicht einer in Fig. 1 vorgesehenen Detektoreinrichtung;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig. 2, wobei der Laserabtaststrahl hier jedoch in einer anderen Lage gezeigt ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Fortpflanzung des modulierten Laserabtaststrahls in der Längsrichtung bei Annäherung an und Überstreichen der Detektoreinrichtung und eines Photorezeptors;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Korrekturlogik;

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Verschiebung des Abtaststrahls bei der Korrekturmodulation; und

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung der Lage des Abtaststrahls beim Einfall in die Detektoreinrichtung.

Gemäß Fig. 1, in der eine Vorrichtung zur zeilenweisen Abtastung eines Photorezeptors 32 in einer Gesamtansicht gezeigt ist, erzeugt eine Laserlichtquelle 10, bei der es sich um einen Helium-Neon-Laser niederer Leistung handeln kann, einen Laserabtaststrahl 12 in Form eines Parallelstrahlenbündels von monochromatischem Licht, das zur Lichtstärkeregelung auf ein veränderliches Neutralfilter 14 gerichtet wird. Der Laserabtaststrahl 12 durchläuft dann einen Lichtmodulator 16, beispielsweise einen akustisch-optischen Modulator. Hierauf wird der Laserabtaststrahl 12 auf eine erste Linse 20 gerichtet und mit einer Schneide 22 angeschnitten, die am Brennpunkt der ersten Linse 20 angeordnet ist. Die Schneide 22 dient zum Abfangen des Braggschen Strahls nullter Ordnung. Der Strahl erster Ordnung ist nach der Ausführung also abgetrennt und passiert die Schneide 22 ungeschwächt. Als Beispiel eines handelsüblichen akustisch-optischen Modulators sei das Modell 1209 der Isomet Corporation in Springfield, Virginia erwähnt, bei dem ein eingebauter Bragg-Winkelabgleich vorgesehen ist. Der Lichtmodulator 16 kann im typischen Fall von einem Digitaltreiber betätigt werden, beispielsweise von dem von der Isomet Corporation Modell Nr. 220, bei dem eine mit einer Transistor-Transistorlogik kompatible Digitaleingabe einen HF-Schalter zum Ein-Ausschaltanschnitt des Lichtmodulators 16 steuert. Ein anderer handelsüblicher akustisch-optischer Modulator ist das von der Firma Coherent Associates in Danbury, Connecticut hergestellte Modell 304.

Es ist erwünscht, zur Erzeugung eines Lichtflecks oder Punktes den Strahl erster Ordnung zu verwenden, da dieser Punkt in seiner Lage entsprechend der Frequenzmodulation versetzt werden kann, die auf den Lichtmodulator 16 gegeben wird, der den Laserabtaststrahl 12 selektiv in einer gewünschten Richtung ablenkt, wie dies durch die Pfeile a und b angedeutet ist. Der Laserabtaststrahl 12, bei dem es sich um einen Strahl erster Ordnung handelt, wird dann auf eine zweite Linse 24 gerichtet, die ein konvergierendes Strahlenbündel auf eine reflektierende Fläche oder Facette 26 eines Polygondrehspiegels richtet, im folgenden kurz als Polygon 28 bezeichnet. Das Polygon 28 wird ständig von einem Motorantrieb 30 angetrieben und hierbei vorzugsweise auf einer gleichbleibenden Geschwindigkeit gehalten. Bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist das Polygon 28 dreißig Facetten 26 auf und ist so ausgelegt, daß pro Sekunde ungefähr 240 Abtastzeilen erzeugt werden. Für den Aufbau der Schaltungsanordnung zur Lichtfleckerfassung und zur Vornahme der Rückführkorrektur im geschlossenen Regelkreis wird eine mäßige Lichtfleckgeschwindigkeit bevorzugt.

Der Laserabtaststrahl 12 wird somit nacheinander von jeder der Facetten 26 des rotierenden Polygons 28 zurückgeworfen und auf den Photorezeptor 32 reflektiert. Die Reflexion des Laserabtaststrahls 12 an dem Polygon 28 ist hier in der zeichnerischen Darstellung aus Gründen der Veranschaulichung verzerrt, da es auf der Hand liegt, daß der Einfallsstrahl und der reflektierte Strahl in der gleichen Ebene liegen und keineswegs den in Fig. 1 dargestellten Winkel miteinander bilden. Der modulierte Laserabtaststrahl 12 kann als Folge von Leuchtpunkten 34 erscheinen, die eine Abtastzeile unter Bildung eines den bewegten Photorezeptor 32 überspannenden Rasters erzeugen. Der Photorezeptor 32 kann in einer beliebigen Bildebene liegen und kann auf eine Drehtrommel aufgespannt sein, wie sie etwa bei einem elektrophotographischen Kopiergerät vorgesehen ist.

Daraus ist ersichtlich, daß die Abtastvorrichtung beispielsweise an ein elektrophotographisches Kopiergerät mit panchromatischen Photorezeptoren angegliedert werden und mithin auch als hochwertiger anschlagfreier Drucker dienen kann.

Hinsichtlich der geometrischen Exaktheit eines handelsüblichen Polygondrehspiegels ist bekannt, daß mit dem Auftreten von Fehlern verschiedener Art zu rechnen ist. Insbesondere kommt es, bedingt durch eine Parallelitätsabweichung einer jeden Facette 26 in bezug auf die Rotationsachse, zum Auftreten eines Fehlers Facette gegen Achse, und die resultierenden Abtastzeilen enthalten demgemäß dann diese Ungenauigkeiten, die sich als Fluchtabweichungen von einem erwünschten Verlauf der Abtastzeile äußern, d. h. es treten Zeilenabstandsschwankungen auf. Bei der Erfindung ist daher eine Detektoreinrichtung 36 zur optischen Feststellung und Korrektur dieser Fehler Facette gegen Achse geschaffen. Die zur Korrektur der Lichtpunkte dienende Detektoreinrichtung 36 ist bei der bevorzugten Ausführungsform mit einem Lichtfühler in Form eines geteilten Organs 38 versehen, das optisch in die Abtastformatebene gelegt ist und das unter Bildung einer reflektierenden Fläche 40 und einer transparenten Fläche 42 unterteilt ist. Das geteilte Organ 38 ist unter Zuhilfenahme einer Klammer 46 in einem Winkel von ungefähr 45° zur Horizontalen auf einem Gehäuse 44 gelagert. Oberhalb des geteilten Organs 38 ist eine allgemein L-förmige Öffnung 48 vorgesehen, die allgemein mit der Trennlinie 64 zwischen der reflektierenden Fläche 40 und der transparenten Fläche 42 fluchtet. In diese Öffnung 48 sind eine Linse 50 und ein Spiegel 52 aufgenommen. Es ist ferner eine erste lichtempfindliche Einrichtung in Form einer Photozelle 54 in die Öffnung 48 aufgenommen und in bezug auf den Spiegel 52 so angeordnet, daß ihr der Abtaststrahl 12 zugeht, wenn er von diesem reflektiert wird. Eine zweite allgemein L-förmige Öffnung 56 ist in horizotaler Fluchtung mit dem geteilten Organ 38 angeordnet. In die zweite Öffnung 56 sind eine Linse 58 und ein Spiegel 60 aufgenommen. Auch ist eine zweite lichtempfindliche Einrichtung in Form einer Photozelle 62 in die Öffnung 56 aufgenommen und in bezug auf den Spiegel 60 so angeordnet, daß ein von diesem reflektierter Abtaststrahl 12 darauf auftrifft.

Es sei nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wobei festzustellen ist, daß ein größtzulässiger unkorrigierter Winkelfehler Facette gegen Achse bewirken kann, daß der Leuchtpunkt 34 auf eine beliebige Stelle einer Querzone D₁ innerhalb des lichtempfindlichen Bereichs des geteilten Organs 38 fällt. Zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen, wie sie durch die Umlaufbewegung des Polygons 28 bedingt sind, liegt ein Abstand D, der größer ist als D′ + D₃. Es ist demnach wohl klar, daß die Korrektur für jeden der aneinandergereihten Leuchtpunkte 34 während einer "Totzeit" erfolgt, d. h. während der Bewegungszeitspanne vor dem Überstreichen des Photorezeptors 32.

Eine typische Logikschaltung zur Steuerung des vom Lichtmodulator 16 gebildeten akustisch-optischen Ablenkers unter Hervorrufung einer ausgleichenden Ablenkung des Abtaststrahls 12 in dem Sinne, daß der Leuchtpunkt 34 die Detektoreinrichtung 36 in Deckungsgleichheit mit der Trennlinie 64 zwischen der reflektierenden Fläche 40 und der transparenten Fläche 42 des geteilten Organs 38 verläßt, ist in Fig. 5 gezeigt. Wenn ein unkorrigierter Leuchtpunkt 34 des Laserabtaststrahls 12 in die Detektoreinrichtung 36 eintritt, vergleicht ein Komparator 66 das an einer der Photozellen 54 oder 62 erzeugte erste bzw. zweite Signal mit einer Bezugsspannung V_r und gibt ein niederes Ausgangssignal auf einen Inverter 68, wodurch ein hohes Freigabesignal erzeugt wird, das einem UND-Tor 72 zugeht. Als zweite Eingabe, die auf das UND-Tor 72 gegeben wird, liefert ein Systemtaktgeber 70 außerdem Korrekturzählimpulse. Das Erscheinen des Leuchtpunktes 34 auf der reflektierenden Fläche 40 oder auch auf der transparenten Fläche 42 bewirkt, daß dem UND-Tor 72 ein hohes Signal zugeht, so daß die Zählimpulse von dem UND-Tor 72 durchgelassen werden und in einem Zähler 74 registriert werden können. Mit dem Augenblickszählwert des Zählers 74 wird ein Digital-Analog-Umsetzer 76 angesteuert, der seinerseits ein Analogkorrektursignal liefert, das über einen spannungsgesteuerten Oszillator 78, einen Amplitudenregler 80 und einen Verstärker 82 dem akustisch-optischen Ablenker 84 zugeht, der in den Modulator 16 einbezogen ist. Abtaststrahl 12 wird dann in der entsprechenden Richtung a oder b versetzt. Der Amplitudenregler 80 ist mit einem Summierer 88 verbunden, der die Menge des auf die reflektierende Fläche 40 und die transparente Fläche 42 des geteilten Organs 38 einfallenden Lichts mißt, damit die dem akustisch-optischen Ablenker 84 zugehende Lichtausgangsleistung konstant gehalten wird.

Es sei bemerkt, daß die Zählrichtung des Zählers 74 die Richtung der von dem akustisch-optischen Ablenker 84 vermittelten korrigierenden Ablenkung bestimmt. Zur Steuerung der Zählrichtung wird das Ausgangssignal der reflektierenden Fläche 40 von einem zweiten Komparator 86 zum Ausgangssignal der transparenten Fläche 42 in Beziehung gesetzt. Wenn der abschließende Leuchtpunkt 34 des Laserabtaststrahls 12 auf die reflektierende Fläche 40 fällt und in die Photozelle 54 eintritt, überschreitet deren das erste Signal bildende Ausgangssignal das der Photozelle 62 und der Komparator 86 liefert ein niederes Ausgangssignal. Das niedere Ausgangssignal des Komparators 86 bestimmt die Zählrichtung des Zählers 74. Im Zuge der Ablenkkorrektur rückt nun der Leuchtpunkt 34 gegen die transparente Fläche 42 vor, indem er sich über das geteilte Organ 38 fortbewegt.

Sobald der Leuchtpunkt 34 auf die transparente Fläche 42 übergeht, wird das von der Photozelle 62 herrührende zweite Signal stärker als das erste Signal der Photozelle 54, was zur Folge hat, daß der Komparator 86 auf ein hohes Ausgangssignal umschaltet. Durch das hohe Ausgangssignal des Komparators 86 wird die Zählrichtung des Zählers 74 umgekehrt, und die Korrekturablenkung des Laserabtaststrahls 12 geht somit jetzt in Gegenrichtung, so daß der Laserabtaststrahl 12 also in Richtung der reflektierenden Fläche 40 fortschreitet. Der Leuchtpunkt 34 folgt daher der Trennlinie 64, bis er aus der Detektoreinrichtung 36 austritt, wobei der Systemtaktgeber 70 zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet wird und der Korrekturwert für die jeweilige Facette 26 bis zum Eintritt des nächsten unkorrigierten Leuchtpunktes 34 in die Detektoreinrichtung 36 in dem Zähler 74 digital gespeichert ist.

Der Steuervorgang ist in Fig. 6 und 7 weiter detailliert. Der Leuchtpunkt 34 tritt in der Darstellung der Fig. 6 von rechts an der reflektierenden Fläche 40 in das geteilte Organ 38 ein. Die aus einer schrittweisen Änderung in dem Zähler 74 resultierende Versetzung des Leuchtpunkts 34 entspricht in der Regelschaltung einer Ablenkung in dieser oder jener Richtung. Die durch die Digitalisierung des Signals bedingte Unbestimmtheit des Austrittspunktes des Leuchtpunktes 34 ist ± D_s. Die Größe von D_s verbleibt unter der Größe des zulässigen Fehlers. Bei gegebenem spannungsgesteuerten Oszillator 78 und akustisch-optischem Modulator 84 kann D_s durch Änderung des Maßstabsfaktors des Digital-Analog-Umsetzers 76 geändert werden. Da der extremste Fehler D₁/2 entsprechen würde, beläuft sich die Zahl der zum Heranführen des Leuchtpunkts 34 an die Trennlinie 64 erforderlichen Korrekturschritte maximal auf

Geht man davon aus, daß es zur Ausführung eines Korrekturschritts einer gegebenen Zeitspanne (t_s) bedarf, so ist die Gesamtzeit

Falls die Lichtfleckgeschwindigkeit V_s ist, so ist die erforderliche Mindestlänge der Detektoreinrichtung 36

Ein typischer Wert für V_s ist 55,9 m/sec. In Fig. 7 ist das Ausgangssignal der Photozellen 54 und 62 gezeigt, wobei der Abtaststrahl 12 vom vollständigen Einfall auf die reflektierende Fläche 40 zum vollständigen Einfall auf die transparente Fläche 42 übergeht. Der Schnittpunkt der beiden Kurven in der graphischen Darstellung gibt den Fall wieder, daß der Leuchtpunkt 34 auf die Trennlinie 64 des geteilten Organs 38 fällt. Wenn sich der Leuchtpunkt 34 auf der Trennlinie 64 befindet, sind die Ausgangssignale der beiden Photozellen 54, 62 gleich, und in dem Maß wie sich der Leuchtpunkt 34 in der einen oder in der anderen Richtung verschiebt, werden die Ausgangssignale der Photozellen 54 und 62 ungleich. Natürlich ist es aber erwünscht, die Abtastung beim Austritt aus der Detektoreinrichtung 36 in Übereinstimmung mit der Trennlinie 64 zu halten. Eine solche Trennlinie 64 bietet die Gewähr, daß stets die volle Lichtstärke des Abtaststrahls 12 genutzt wird, so daß eine zwangsläufige Regelung sichergestellt wird.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur zeilenweisen Abtastung eines Photorezeptors mittels eines Laserabtaststrahls, mit einem im Strahlengang angeordneten Polygondrehspiegel, bei dessen Drehung der Laserabtaststrahl durch Reflexion an aufeinanderfolgenden Polygonflächen längs einer vorgegebenen Abtastzeile über den Photorezeptor geführt wird, einem im Strahlengang vor dem Polygondrehspiegel angeordneten und zur Strahlablenkung dienenden Lichtmodulator, und einer vom Laserabtaststrahl bestrichenen Detektoreinrichtung zur Erzeugung eines eine Abweichung des Laserabtaststrahls von der vorgegebenen Abtastzeile anzeigenden Signals, das den Lichtmodulator zur Einstellung einer den Laserabtaststrahl auf die vorgegebene Abtastzeile zurückführenden Strahlablenkung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (36) angrenzend an den Photorezeptor (32) eine reflektierende Fläche (40) und eine transparente Fläche (42) aufweist, die sich über wenigstens einen Teil des Abweichungsbereichs des Laserabtaststrahls (12) von der vorgegebenen Abtastzeile erstrecken und deren Trennlinie (64) in Verlängerung der vorgegebenen Abtastzeile so verläuft, daß der Laserabtaststrahl bei Übereinstimmung mit der vorgegebenen Abtastzeile auf die beiden Flächen (40, 42) gleichzeitig auftrifft, und daß eine in einem Abstand von der reflektierenden Fläche (40) angeordnete und das von ihr reflektierte Licht empfangende erste lichtempfindliche Einrichtung (54) ein das Auftreffen des Abtaststrahls (12) auf die reflektierende Fläche (40) anzeigendes erstes Signal sowie eine im Abstand von der transparenten Fläche (42) angeordnete und das von ihr durchgelassene Licht empfangende zweite lichtempfindliche Einrichtung (62) ein das Auftreffen des Abtaststrahls auf die transparente Fläche (42) anzeigendes zweites Signal erzeugen, durch die der Abtaststrahl (12) mittels des Lichtmodulators (16; 84) auf ein gleichzeitiges Auftreffen auf den beiden Flächen (40, 42) eingeregelt wird.