DE3014476C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung zur schrittweisen Abtastung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie beispielsweise in einem Kopiergerät Verwendung finden kann.

Eine derartige optische Vorrichtung zur schrittweisen Abtastung, wie sie in der DE-OS 28 40 722 gezeigt ist, weist zwei im optischen Strahlengang bewegbar angeordnete Abtastspiegel auf, die translatorisch und geradlinig in unterschiedliche Richtungen bewegt werden können. Dabei tritt das Problem auf, daß der reflektierende Oberflächenab­ schnitt der Abtastspiegel relativ große Abmessungen aufweisen muß, da sich die Position der Reflektionspunkte der Hauptstrahlen an den Abtastspiegeln während eines Abtastvorgangs ständig ändert. Demzufolge benötigen die Abtastspiegel einen großen Bauraum und weisen ein relativ hohes Gewicht auf, wodurch ihr Antriebssystem stark dimensioniert sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung zum schlitzweisen Abtasten zu schaffen, deren Abtastspiegel trotz geringerer Abmessungen ein zuverlässiges Abtasten gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wenn die Abtastspiegel eine Bewegung entlang einer Kurve ausführen, die einer quadratischen Funktion entspricht, kann sichergestellt werden, daß die Reflexionspunkte der Hauptstrahlen jeder Abtastposition auf den Spiegelflächen der Abtastspiegel angeordnet sind. Die Abmessungen der Abtastspiegel können auf diese Weise gegenüber den Abmessungen der bekannten Abtastspiegel wesentlich verringert werden, wodurch auch ihr Gewicht vermindert ist. Demzufolge sind die zu bewegenden Massen verringert, so daß ein schwächer dimensionierter Antrieb verwendet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung zur schlitzweisen Abtastung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Aus der JP-OS 53 102 041 ist eine optische Vorrichtung zur schlitzweisen Abtastung bekannt, bei der die Abtastspiegel als eine Einheit bewegt werden und ebenfalls eine translatorische, geradlinige Bewegung ausführen. Somit treten bei der optischen Vorrichtung gemäß der JP-OS 53 102 041 wiederum die zuvor geschilderten Nachteile auf, die erfindungsgemäß überwunden werden sollen.

Aus der DE-OS 22 11 197 und dem JP-GM 43-10259 ist es jeweils bekannt, die Abtastspiegel geradlinig zu verschieben und sie gleichzeitig zu verdrehen. Die Abtastspiegel führen somit keine rein translatorische Bewegung aus, so daß die optische Vorrichtung gemäß der DE-OS 22 11 197 und dem JP-GM 43-10259 nicht unter den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 fallen. Darüber hinaus ist keiner der Druckschriften eine Anregung dazu zu entnehmen, die Abtastspiegeln entlang einer Kurve zu bewegen, die einer quadratischen Funktion entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 den allgemeinen Aufbau einer optischen Vorrichtung zur schlitzweisen Abtastung,

Fig. 2 die geometrischen Verhältnisse bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3A und 3B ein Kopiergerät mit der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung und

Fig. 4 einen Mechanismus zur Bewegung der Abtast­ spiegel und deren Halterungen.

Gemäß Fig. 1 ist im Strahlengang hinter einem Objektiv ein erster Abtastspiegel M₁ angeordnet, der in drei unterschiedlichen Positionen M₁A, M₁B und M₁C dargestellt ist. Entsprechend nimmt ein zweiter Abtastspiegel M₂ die Positionen M₂A, M₂B und M₂C ein. Zwischen der auf den ersten Abtastspiegel M₁ einfallenden optischen Achse des Strahlengangs und der von dem zweiten Abtast­ spiegel M₂ ausfallenden optischen Achse des Strahlenganges in ein Winkel R definiert und ein photoempfindliches Aufzeichnungsmedium wird mit einer Geschwindigkeit V₀ bewegt. Während eines Abtastvorganges werden die Abtastspiegel M₁ und M₂ translatorisch mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit V₀/2 cos R/2 in eine Richtung bewegt, die mit der auf den ersten Abtastspiegel M₁ einfallenden optischen Achse einen Winkel 90°+R/2 einschließt. Da die Abtastspiegel M₁ und M₂ rein translatorisch bewegt werden, ändert sich die Position eines Reflexionspunktes eines Hauptstrahls am ersten Abtastspiegel M₁ von A₁ in B₁ bzw. C₁ am zweiten Abtastspiegel M₂ von A₂ in B₂ bzw. C₂.

Im folgenden werden die Koordinaten der Reflexionspunkte des Hauptstrahles am ersten bzw. zweiten Abtastspiegel M₁ bzw. M₂ berechnet.

Hierzu soll angenommen werden, daß die optische Achse des Objektivs die y-Achse ist und die x-Achse in einer bei Nichtvorhandensein der Abtastspiegel M₁, M₂ sich einstellenden Bildebene verläuft. Bildpunkte in der fiktiven Bildebene seien A (h, O) B (O, O) und C (-h, O). Weiter soll die Pupille des Objektivs auf der Seite des photoempfindlichen Aufzeichnungsmediums in der Position (O, L) liegen. Durch die Abtastspiegel M₁ und M₂ wird bewirkt, daß die Bild­ punkte A, B und C mit einer Schlitzposition D über dem photo­ empfindlichen Aufzeichnungsmedium zusammenfallen. A₁ (x₁, y₁) sei der Reflexionspunkt des durch den Bildpunkt A hindurchgehenden Hauptstrahls an dem ersten Abtastspiegel M₁ in der Position M₁A, A₂ (x₂, y₂) der Reflexionspunkt dieses Hauptstrahles an dem zweiten Abtastspiegel M₂ in der Position M₂A. B₁ (O, l) seien die Reflexionspunkte des durch den Bildpunkt B hindurchgehenden Hauptstrahls an den Abtastspiegeln M₁, M₂ in deren Positionen M₁B bzw. M₂B und C₁ sowie C₂ seien die Reflexionspunkte des durch den Bildpunkt C hindurchgehenden Hauptstrahls an den Abtastspiegeln M₁, M₂ in deren Positionen M₁C bzw. M₂C. Ferner sei i₁ der Einfallswinkel der optischen Achse auf den ersten Abtastspiegel M₁, und i₂ der Einfallswinkel der optischen Achse auf den zweiten Abtastspiegel M₂. Dann gilt:

(180° - 2i₁) + (180 - 2i₂) + R = 180°.

Für die Abtaststrecke h vom Bildpunkt A zum Bildpunkt B ist die Distanz der Bewegung eines Schnittpunktes O (O _A, O _B, O _C) zwischen dem ersten Abtastspiegel und dem zweiten Abtastspiegel M₂ gegeben durch:

Der Schnittpunkt O bewegt sich in einer Richtung, die gegen die x-Achse um den Winkel R/2 geneigt ist. Aus

erhält man die Gleichung für den ersten Abtastspiegel M₁ in der Position M₁A:

Die Gleichung für den Hauptstrahl durch den Bildpunkt A lautet:

y = -L/h X + L

Dementsprechend ergeben sich die Koordinaten des Reflexionspunktes A₁ (X₁, y₁) zu:

Eliminiert man hieraus h, so erhält man

Y²₁ - (L + l + X₁ tan i₁) y₁ + L {1/2 (tan i₁ + tan R/2 X₁ + l} = 0

Aus dieser Gleichung sieht man, daß der Ort des Reflexionspunktes des Hauptstrahls an dem ersten Abtastspiegel M₁ während eines Abtastvorganges einer quadratischen Kurve, d. h. einer Kurve, die einer quadratischen Funktion entspricht, folgt.

Entsprechend folgt der Ort des Reflexionspunktes (X₂, y₂) des Hauptstrahls an dem zweiten Abtastspiegel M₂ einer quadra­ tischen Kurve.

Im folgenden sollen kleine Abtastspiegel N₁ und N₂, die wie in Fig. 2 gezeigt, Teilflächen der Abtastspiegel M₁ und M₂ bedecken, und ein System betrachtet werden, bei dem anstatt einer Bewegung der Abtastspiegel M₁ und M₂ in die Richtung gemäß Fig. 1 Halterungen der kleinen Abtastspiegel N₁ und N₂ in die Richtungen a₁ bzw. a₂ geradlinig bewegt werden. Während dieser geradlinigen Bewegung der Halterungen bewegen sich die kleinen Abtastspiegel N₁ und N₂ auf bestimmten quadratischen Kurven b₁ bzw. b₂.

Im folgenden werden die Bewegungsgeschwindigkeiten der Halterungen der kleinen Abtastspiegel N₁ und N₂ berechnet.

Ist β₁ der Winkel zwischen der Richtung a₁ und der y-Achse, β₂ der Winkel zwischen der Richtung a₂ und der y-Achse und V₀ die Geschwindigkeit des photoempfindlichen Aufzeichnungsmediums, so ist die Bewegungs­ geschwindigkeit V₁ des ersten kleinen Abtastspiegels N₁ in die Richtung a₁ konstant gegeben durch die Beziehung:

Die Beziehung

erhält man aus Fig. 1. Die Bewegungsgeschwindigkeit V₂ des zweiten kleinen Abtastspiegels N₂ in die Richtung a₂ ist ebenfalls konstant und ist gegeben durch:

Die Beziehung

erhält man ebenfalls aus Fig. 1.

Werden die kleinen Abtastspiegel N₁ und N₂ auf bestimmten quadratischen Kurven durch die Reflexionspunkte A₁, B₁, C₁ bzw. A₂, B₂, C₂ bewegt, so werden ihre Bewegungsgeschwindigkeiten unterschiedlich. Dies kann jedoch dadurch ausgeglichen werden, daß die Halterung des ersten kleinen Abtastspiegels N₁ mit einer konstanten Geschwindigkeit V₁ geradlinig in Richtung a₁ und die Halterung des zweiten kleinen Abtastspiegels N₂ mit einer konstanten Geschwindigkeit V₂ geradlinig in Richtung a₂ bewegt werden und daß die kleinen Abtastspiegel N₁ und N₂ den gewünschten quadratischen Kurven folgen. Somit können die notwendigen Abmessungen der Abtastspiegel N₁ und N₂ auf ein Minimum beschränkt werden. Ferner ändern sich einer Änderung eines Abbildungsmaßstabs im allgemeinen die quadratischen Kurven b₁ und b₂. Durch die Anordnung des Objektivs und der kleinen Abtastspiegel N₁, N₂ kann jedoch der durch die Änderung des Abbildungsmaßstabes hervorgerufene Unterschied minimiert werden.

Die Änderung der Positionen der Reflexionspunkte auf den Abtastspiegeln bei Änderung des Abbildungsmaßstabes kann auch durch eine entsprechende Vergrößerung der wirksamen Ab­ schnitte der Abtastspiegel kompensiert werden. Sogar wenn dies in Rechnung gestellt wird, kann die Größe der Abtastspiegel absolut gesehen klein gehalten werden.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine zu kopierende Vorlage 1, einen aus transparentem Material hergestellten Vorlagenträger 2, ein Projektionsobjektiv 3, einen ersten bewegbaren Abtastspiegel 4, eine Kurvenscheibe 5 zur Steuerung der Bewegung des ersten Abtastspiegels 4, einen zweiten Abtastspiegel 6, eine Kurvenscheibe 7 zur Steuerung der Bewegung des zweiten Abtastspiegels 6, einen Riemen 8 zum Antrieb des ersten Abtastspiegels 4, einen Riemen 9 zum Antrieb des zweiten Abtastspiegels 6, einen Motor 10 zum Antrieb der Riemen 8 und 9 über Riemenscheiben 11 und 12 und zum Antrieb eines photoempfindlichen Aufzeichnungs­ mediums 14, Führungsrollen 13 a, 13 b, 13 c, 13 d und 13 e, einen Koronalader 15, eine Entwicklungsvorrichtung 16, eine Papierversorgungskassette 19, eine Papierführungs­ walze 20, Fixierwalzen 21 a und 21 b, Papiertransport­ walzen 22 a, 22 b, 22 c und 22 d, ein Papierablagetisch 23, ein Kopiergerätgehäuse 24, Beleuchtungslampen 25 a und 25 b zur Beleuchtung der gesamten Oberfläche der Vorlage 1 und eine Reinigungsklinge 26. Wird der Motor 10 in Richtung des Pfeiles A₁ gedreht, so wird das photoempfindliche Aufzeichnungsmedium 14 in Richtung des Pfeiles A₂ gedreht und die Abtastspiegel 4 und 6 werden in Richtung der Pfeile A₃ bzw. A₄ bewegt, wodurch die Vorlage 1 in Richtung des Pfeiles A₅ abgetastet wird.

In Verbindung mit Fig. 4 wird im folgenden ein Mechanismus zur Bewegung der Abtastspiegel 4 bzw. 6 und ihrer Halterungen beschrieben. Ein mit dem Riemen 8 verbundener Halterungsblock 27 trägt den ersten Abtastspiegel 4. Führungsstäbe 28 und 29 definieren eine Bewegung des Halterungsblocks 27 über eine vorgeschriebene Strecke entlang einer geraden Nut 32, die in der Kurvenscheibe 5 ausge­ bildet ist. Eine Welle 34 ist an dem Halterungsblock 27 unter einem Neigungswinkel α angebracht. Der erste Abtastspiegel 4 ist relativ zu der Welle 34 mittels einer an ihm angebrachten Hülse 30 verschiebbar. Ein an der Hülse 30 be­ festigter Stift 31 greift in eine Steuerkurve 33 ein, die in der Kurvenscheibe 5 in Form einer vorbestimmten quadratischen Kurve ausgebildet ist. Somit kann der erste Abtastspiegel 4 entlang der vorbestimmten quadratischen Kurve trotz einer geradlinigen Verschiebung des Halterungsblocks 27 bewegt werden. Der Aufbau für den zweiten Abtastspiegel 6 entspricht dem Aufbau für den ersten Abtastspiegel 4.

Im folgenden wird der gesamte Kopiervorgang in Verbindung mit den Fig. 3A und 3B erläutert. Wird die Vor­ lage 1 auf den Vorlagenträger 2 gelegt und ein nicht gezeigter Kopierkopf gedrückt, so dreht sich der Motor 10 in Richtung des Pfeiles A₁. Hierdurch beginnt sich das photoempfindliche Aufzeichnungsmedium 14 in Richtung des Pfeiles A₂ zu drehen. Der erste Abtastspiegel 4 und der zweite Abtastspiegel 6 beginnen sich in Richtung der Pfeile A₃ bzw. A₄ zu bewegen. Der hierbei sich ergebende Winkel zwischen dem ersten Abtastspiegel 4 und dem zweiten Abtastspiegel 6 erfüllt die vorstehend be­ schriebenen Bedingungen für den Strahlengang. Die Geschwindigkeit V₁ des ersten Abtastspiegels 4 und die Geschwindigkeit V₂ des zweiten Abtastspiegels 6 können durch geeignete Auswahl der Durchmesser der Riemen­ scheiben 11 bzw. 12 erhalten werden. Die mittels des ersten Abtastspiegels 4 und des zweiten Abtastspiegels 6 erhaltenen Abtastbilder werden nacheinander auf das sich drehende photoempfindliche Aufzeichnungsmedium 14 projiziert. Dabei arbeiten der Koronalader 15, die Entwicklungs­ vorrichtung 16, der Bildübertragungslader 17 und die Reinigungsklinge 26, die um das photoempfindliche Aufzeichnungsmedium 14 angeordnet sind, wie bei einem üblichen Kopier­ vorgang. Nachdem eine bestimmte Zeit verstrichen ist, wird Papier aus der Kassette 19 mittels der Papierfüh­ rungswalze 20 synchron mit der Drehung des photoempfindlichen Aufzeichnungsmediums 14 aufgenommen und die Bild­ übertragung durchgeführt. Anschließend passiert das Papier die Trennungswalze 18, die Fixierwalze 21 a und 21 b und wird auf den Papierablagetisch 23 ausge­ stoßen.

Die Halterungen der Abtastspiegel 4 und 6 werden also mit gleichen Geschwindigkeiten in Richtung unterschied­ licher gerader Linien bewegt. Entlang dieser Linien werden die Abtastspiegel 4 und 6 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf bestimmten quadratischen Kurven bewegt.

Claims (4)

1. Optische Vorrichtung zur schlitzweisen Abtastung einer ortsfesten Vorlage, mit zwei Abtastspiegeln, die jeweils im optischen Weg zwischen einem feststehenden Objektiv und einem bewegbaren photo­ empfindlichen Aufzeichnungsmedium gelagert sind, wobei die Abtastspiegel jeweils eine rein translatorische Bewegung in unterschiedliche Richtungen ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspiegel (N₁, N₂) jeweils eine Be­ wegung entlang einer Kurve ausführen, die einer quadratischen Funktion entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quadratische Funktion der folgenden Gleichung genügt: wobei die y-Achse der optischen Achse des Objektivs entspricht und die x-Achse in einer sich bei Nichtvorhandensein der Abtastspiegel einstel­ lenden Bildebene verläuft und
wobei i₁ der Einfallswinkel der optischen Achse auf den ersten Abtast­ spiegel, R der Winkel zwischen der auf den ersten Abtastspiegel ein­ fallenden optischen Achse und der von dem zweiten Abtastspiegel aus­ fallenden optischen Achse; L der Abstand der Austrittspupille des Objek­ tivs von der x-Achse entlang der optischen Achse des Objektivs sowie l der Abstand zwischen der x-Achse und einem Reflexionspunkt eines ent­ lang der optischen Achse des Objektivs verlaufenden Hauptstrahls an dem ersten Abtastspiegel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Halterungen (27) der Abtastspiegel (N₁ bzw. N₂) jeweils eine geradlinige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit in eine vorbestimmte Richtung ausführen und daß die Bewegung der Abtastspiegel (N₁, N₂) mit­ tels einer Steuerkurve (33) der quadratischen Funktion folgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bewegung der Abtastspiegel (N₁, N₂) derart geführt ist, daß ein von einem Abtastschlitz durch das Objektiv verlaufender Hauptstrahl in jeder Abtastposition angenähert die Mitten der Oberflä­ chen der Abtastspiegel (N₁, N₂) trifft.