DE3317538A1

DE3317538A1 - Optisches abtastsystem

Info

Publication number: DE3317538A1
Application number: DE19833317538
Authority: DE
Inventors: Yoshifumi Hitachi Homma; Keiji Kawagoe Kataoka; Yoshifumi Katsuta Ono; Kimio Kobunji Tatsuno
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1983-05-13
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE3317538C2; US4620768A; JPS58200214A

Description

O ö O Q O OA Φ

· α ο ο * ο » ·

CO & 0 O P 0

»ο oft« oo to

Hitachi, Ltd, 13. Mai 1983

6, Kanda Surugadai 4-chome A 4624 Al

Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Hitachi Koki Co., Ltd.
6-2, Ohtemachi-2-chome,
Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Beschreibung

Optisches Abtastsystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastsystem und insbesondere ein optisches System, welches in Laserstrahldruckern und Laserstrahlafetastern verwendet werden kann..

Bei der Erzeugung eines Abtastlichtstrahls mit Hilfe eines Äbtastspiegels wie z.B. eines Polygonspiegels und Galvanometerspiegels wird die Unebenheit der Abtaststeigung aufgrund der Neigung des Abtastspiegels herkömmlicherweise durch Anordnung einer Zylinderlinse, welche längs in Äbtastrichtung geformt ist, in einem Abstand von den besonderen Abtastpunkten oder der besonderen Äbtastfläche, welche der Brennweite der Linse entspricht, korrigiert, so daß die Strahlverschiebung von der normalen abzutastenden Zeile verringert wird.

³^ Diese Methode verursacht jedoch die "Bildfeldwölbung", bei welcher der Punkt bzw. Fleck scharf fokussiert ist, wenn der Strahl an der mittleren Position der Abtastfläche ist, an den Rändern besteht jedoch ein unterschiedlicher Abstand zwischen der Abtastoberfläche und den Endteilen der Zylinderlinse. Wenn der Abtaststrahl einen kleinen Punktdurchmesser aufweist, um das Auflösungsvermögen zu erhöhen, wird die Tiefenschärfe geringer und die Veränderung des Punktdurchmessers auf der Abtastoberfläche erhöht sich. Dies verursacht

•'•z.B. ein Phänomen, das, wenn der Punkt im Mittelpunkt der Abtastfläche genau fokussiert ist, aber in den Endteilen auf der gleichen Abtastzeile nicht fokussiert ist/ in nachteiliger Weise eine mangelnde Gleichförmigkeit des Auflösungsvermögens ergibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Abtastsystem zu schaffen, welches die Unzulänglichkeiten des bekannten optischen Abtastsystems vermeidet und eignen einheitlichen Abtastpunkt in dem gesamten Abtastbereich erzielt.

Dies wird erfindungsgemäß durch eine gekrümmte Zylinderlinse erreicht, so daß die Brennpunkte der Abtaststrahlen"längs einer Geraden ausgerichtet sind, wodurch die Bildfeldwölbung, welche durch die konventionelle'Zylinderlinse erzeugt würde, korrigiert wird und wodurch eine konstante Punktgröße im gesamten Abtastbereich erzielt werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine Darstellung zur Erläuterung der Anordnung des bekannten optischen Abtastsystems,

Fig. 2

bis 5 graphische Darstellungen zur Erläuterung einiger vorbereitender Arbeiten für die vorliegende Erfindung, insbesondere

Fig.2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des durch die Zylinderlinse beeinflußten Abtaststrahls,

Fig.3 eine Seitenansicht der Linsen/Strahlenbeziehung, gezeigt in Fig.2,

Fig. 4

und 5 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Bildfeld-

iO e O » O OO O

ο σ α β β ο ® σο ο

O ©GO Q O G G » O

OO O O O β . 1 OO 4

»Ο« ΟΛ OO 6OC Oo ββ

OO «β

wölbung im Falle einer großen und einer kleinen Schärfentiefe,

Fig_o6 eine graphische Darstellung der Anordnung des erfindungsgemäßen optischen Abtastsystems, und

Fig.7 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer

gewünschten Krümmung der erfxndungsgemäßen Zylinderlinse.
10

Zunächst werden einige optische Systeme unter Bezugnahme auf die Fig.1 bis 5 beschrieben. In Fig.1 ist kurz die Anordnung konventioneller Laserdrucker gezeigt. Eine Laserquelle 1 erzeugt einen Laserstrahl, der durch einen Polygonspiegel 2 (der sich in Richtung des Pfeiles dreht) reflektiert und durch eine Abtastlinse 3 fokussiert wird, um auf der Oberfläche einer Trommel 4 einen Lichtpunkt oder Lichtfleck zu bilden. Zwischen der Abtästlinse 3 und der Trommel 4 ist eine Zylinderlinse 5_f die längs in Abtastrichtung angeordnet ist, vorgesehen, welche dazu dient, die Unebenheit der Abtastzeilensteigung auf der Trommeloberfläche, welche durch die Neigung einer jeden Facette des Polygonspiegels , wie oben erwähnt, verursacht wird, zu korrigieren.

^5 Eine solche Anordnung einer Zylinderlinse verursacht jedoch ein neues Problem, d.h. die Bildfeldwölbung. Dieses Phänomen wird nunmehr in Verbindung mit Fig.2 beschrieben.

Die normalerweise verwendete Zylinderlinse ist gerade geformt. Wenn der Abtastwinkel $ des Strahles vom Mittelpunkt einer Abtastung ansteigt, erhöht sich daher der Abstand zwischen der Zylinderlinse 5 längs der Strahlenachse und Trommeloberfläche 4, d.h. von r auf r +Δ wie in Fig.2 gezeigt. Andererseits hat, von seitlicher Richtung aus gesehen, der Abtaststrahl auf der Zylinderlinse einen konstanten Einfallswinkel φ (normalerweise φ = O) für die Abtastoperation in einer Ebene senkrecht zur Abtastoberfläche, wie in Fig.3 gezeigt ist. Der optimale Brennpunkt

~ - fr*

ist daher für einen großen Abtastwinkel θ aus der Abtastfläche in Richtung zur Zylinderlinse hin verschoben. Im allgemeinen wird die Bildfläche durch Aufzeichnen der optimalen Brennpunkte gebildet. Die Verschiebung der Brennpunkte ergibt daher die Krümmung der Bildfläche.

Diese nachteiligen Wirkungen der gekrümmten Bildfläche werden im einzelnen beschrieben. In Fig.4 ist der Fall gezeigt, in welchem der Abtaststrahl einen relativ großen Punkt bzw. Fleck ergibt. Die Schärfentiefe ist hierbei groß, nämlich

ο ... Wenn die Abtastlinie auf eine Stellung A eingestellt ist, sind alle Brennpunkte, welche durch zufällige Abtastwinkel erzeugt werden, im Bereich der Schärfentiefe angeordnet und die Variation in der Punktgröße im Abtastbereich ist klein. Selbst in diesem Falle erlaubt jedoch die gekrümmte Bildfläche eine geringere mechanische Toleranz in der Abweichung der Abtastlinie in Richtung der optischen Achse. Eine sehr genaue Positionierung der Trommel ist erforderlich.

:

In Fig.5 ist der Fall gezeigt, in welchem der Strahlenpunkt zur Erhöhung des Auflösungsvermögens kleiner gemacht ist. In diesem Falle ist die Schärfentiefe klein, d.h. O ^i woraus sich eine erhebliche Wirkung der gekrümmten Bildfläche ergibt. Ein konstanter Strahlenpunkt auf der gesamten Abtastlinie kann durch Auswahl irgendeiner Abtastlinie A nicht • mehr erreicht werden.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird ein Strahlenpunkt

konstanten Durchmessers über den gesamten Abtastbereich erreicht mit Hilfe einer gekrümmten Zylinderlinse, so daß die Bildfläche, d.h. die Bahn der optimalen Brennpunkte eine Gerade bildet. Die Zylinderlinse gemäß einer Ausführungsform

der Erfindung ist kurvenmäßig derart geformt, daß die Strecke 35

r.. auf einer beliebigen Strahlenachse zwischen der Zylinderlinse und der Trommeloberfläche im wesentlichen konstant ist, wie in Fig.6 gezeigt ist.

0 «5 0 oft

« ί-'ββ "β
oS ο ο ο β

6** Λ β O

Wie in Fig.2 gezeigt ist, ergibt sich die Verschiebung im Brennpunktbild durch folgende Gleichung:

ttfobei θ der Abtastwinkel ist.

Wie in Fig.7 gezeigt ist, erhält man durch Krümmung der Zylinderlinse gemäß Gleichung (1) eine gerade Abtastlinie. ¹^ Das heißt, die Position der Hauptebene H der Zylinderlinse wird von der gestrichelten Linie 1 in Richtung auf die Trommeloberflache 4 um einen Abstand Δ verschoben, welcher längs j edes Strahlenweges durch die Gleichung (1) bestimmt ist. Die Linie 1 verläuft senkrecht zur zentralen Strahlen-

achse B im Mittelpunkt des Abtastbereichs. Wenn z.B. r., = mm und Θ =13° sind, ergibt sich ein maximaler Verschiebungswert von Δ = 1.,6 mm.

Die durch Gleichung (1) gegebene Kurve ist nicht kreisförmig.

Sie kann durch Bearbeitung eines metallischen, z.B. aus Aluminium bestehenden Trägers unter numerischer Steuerung unter Bezugnahme auf Gleichung (1) und durch Aufpressen einer Kunststoffzylinderlinse auf den Träger hergestellt werden. Zur Erleichterung der numerischen Steuerung ist es auch möglich, die Krümmungs- bzw. Kreisradien zu berechnen, welche die durch Gleichung (1) gegebene Kurve annähern.

Wie oben beschrieben, kann eine Abtastfläche ohne Bildfeldwölbung erzielt werden und ein konstanter Punktdurchmesser

in beliebiger Abtastrichtung, selbst für eine kleine Schärfentiefe in einem optischen Abtastsystem hoher Auflösung. Durch die vorliegende Erfindung kann ein Laserstrahldrucker Drucke höherer Qualität ausführen und ein Laserstrahlabtaster ein Abtasten auf der Abtastfläche mit höherer Auf-

lösung durchführen.

Claims

BARDEHLE, PAGENBERG, DÖST, ALTEfKfBURG & PARTNER

O 6 O 'JQ ö Q

RECHTSANWÄLTE

JOCHEN PAGENBERG dr jur. u μ harvaho--BERNHARD FROHWITTER dipl inc · GÜNTER FRHR. ν. GRAVENREU ΓΗ dipi inc-, κμι·

PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS HEINZ BARDEHLE dipl ing
WOLFGANG A. DOST uh . nun chi m UDO W. ALTENBURG oiru -ρηυξ

PATENT- UND RECHTSANWÄLTE. POSTFACH 860G20. BOOO MUNCHtN

POSTFACH 860620, 8000 MlINCHtN 8ü

TELEFON (089)980361

TELEX 522 791 pad d

CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN

BÜRO: GALILEIPLATZ 1, 8 MÜNCHEN 80

Datum 13. Mai 1983 Ä 4624 Al

Patentansprüche

1 „ Optisches Äbtastsystem mit einer Einrichtung zum Reflektieren eines Lichtstrahls durch einen Polygondrehspiegel zur Erzeugung eines Abtastlichtstrahls, einer Einrichtung zur Fokussierung des Lichtstrahls auf einer Abtastfläche und einer Zylinderlinse, welche zwischen der Abtastfläche und einer fokussierenden Linse angeordnet ist, wobei die Unebenheit der Abtaststeigung aufgrund einer Neigung jeder Spiegelfacette des Polygonspiegels durch die Zylinderlinse korrigiert wird, dadurch gekennzeichnety daß die Zylinderlinse (5) eine Krümmung in Äbtastrichtung des Lichtstrahls aufweist, so daß die Bildfeldwölbung, welche durch die Zylinderlinse verursacht wird, korrigiert wird«
2. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (5) eine Krümmung aufweist, welche für eine Positionsverschiebung Δ des Bildes die Gleichung

^ro cos

erfüllt, wobei r einen Abstand zwischen der Zylinderlinse und

ο ^J

der Abtastfläche darstellt=

ILASSUNG: * LG MÜNCHEN I UND II, ** ZUSÄTZLICH OLG MÜNCHEN UND BAYER. OBERSTES LANDESGERICHT

1
3. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderlinse (5) aus Kunststoff besteht.