DE3445751C3 - Einrichtung zum Halten mehrerer Lichtstrahlen bezüglich einer vorgegebenen optischen Bezugsachse - Google Patents

Einrichtung zum Halten mehrerer Lichtstrahlen bezüglich einer vorgegebenen optischen Bezugsachse

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Halten mehrerer Lichtstrahlen bezüglich einer vorgegebenen opti­ schen Bezugsachse in einem Laserdrucker bei dem gleichzeitig mehrere Abtastzeilen mit mehreren Lichtstrahlen abgetastet werden.gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Stand der Technik sind mehrere Möglichkeiten zur Erzie­ lung einer hohen Lichtausgangsleistung unter Ausrichtung mehrerer Laserstrahlen bezüglich einer optischen Achse und Fokussierung derselben auf einen Punkt in einem Aufzeich­ nungsträger bekannt, z. B. aus der Monographie, Technische Optik kurz und bündig, Seite 41 (G. Schröder, Vogel-Verlag Copyright 1974), die Anwendung eines Polarisationsprismas 3, das für p-polarisiertes Licht 1 durchlässig ist, während es s-polarisiertes Licht 2 reflektiert (Fig. 1), wobei die Polarisations-Eigenschaften eines Laserstrahls genutzt werden; die Anwendung eines Spiegelfilters 6, dessen mehrere Schichten so ausgelegt sind, daß ein Laserstrahl 4 von zwei verschiedene Wellenlängen aufweisenden Laserstrahlen durchgelassen und der andere Laserstrahl 5 reflektiert wird (Fig. 2); und schließlich die Anwendung eines Beugungsgitters 7 (Fig. 3) oder die Anwendung eines Hologramms 8 (Fig. 4). Bei jeder der vorgenannten Einrichtungen ist es jedoch schwie­ rig, Lichtpunkte auf dem Aufzeichnungsträger in Deckung zu bringen, und externe Störungen wie Vibrationen oder Temperatur­ änderungen wirken sich aus, so daß selbst dann, wenn durch eine Justierung Deckungsgleichheit hergestellt werden könnte, die den Einrichtungen innewohnenden Nachteile in bezug auf Deck­ ungsgleichheit nur unbefriedigend überwunden werden könnten. Somit läßt sich sagen, daß die beim Stand der Technik vorhan­ denen Möglichkeiten in der praktischen Anwendung unzureichend sind.
Bei einer Einrichtung wie etwa einem Laserdrucker oder einem mit Lichtabtastung arbeitenden Telekopierer erfolgt die opti­ sche Abtastung durch Bewegen eines umlaufenden Polygonalspie­ gels oder Galvanometerspiegels mit hoher Geschwindigkeit. Um hohe Geschwindigkeit und hohe Auflösung zu erzielen ist eine starke Beschleunigung bis zu einer hohen Winkelgeschwindigkeit nötig, aber dieser Beschleunigung sind Grenzen gesetzt.
Um diese Beschränkungen zu umgehen, ist es üblich, die eigent­ lich notwendige hohe Betriebsgeschwindigkeit der optischen Ablenkvorrichtung eines umlaufenden Polygonalspiegels dadurch zu vermindern, daß mit Hilfe mehrerer Lichtpunkte, die von mehreren Lichtquellen erzeugt werden, gleichzeitige Abtastvor­ gänge durchgeführt werden.
Dabei gibt es im wesentlichen zwei Arten von Lichtquellen:
  • (1) eine Halbleiterlaser- oder Laserdiodenanordnung und
  • (2) mehrere Lichtquellenelemente.
Wenn diese Lichtquellenelemente verwendet werden, müssen sie in Bezug aufeinander sehr genau positioniert sein. Es geschieht jedoch manchmal, daß benachbarte Lichtpunkte sich überlappen oder zu weit voneinander beabstandet sind, und in beiden Fällen sind die Ergebnisse unbefriedigend.
Aus DE-GM 66 08 565 ist eine Lichtquelle für einen Farb­ kopierer bekannt, der mehrere Lichtquellen, mehrere Linsen, die den Lichtquellen zugeordnet sind und mehrere Spiegel, die die Lichtstrahlen, die von den Lichtquellen kommen, reflektieren und zu einem einzigen Strahl vereinigen, auf­ weist. Die Justierung der Elemente erfolgt jedoch von Hand.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum genauen Halten mehrerer Lichtstrahlen bezüglich einer vorgegebenen optischen Bezugsachse so zu ermöglichen, daß eine Abweichung eines oder mehrerer Lichtstrahlen von der vorgegebenen opti­ schen Bezugsachse schnell automatisch erfaßt und ausge­ glichen werden kann. Diese Einrichtung soll bei einer Einrichtung zum Zusammensetzen mehrerer Lichtstrahlen zu einem einzigen Lichtstrahl, bei der mehrere Lichtstrahlen auf einen gemeinsamen Punkt auf einem Aufzeichnungsmedium in Deckung gebracht werden, ohne daß sich äußere Störungen nachteilig auswirken und ferner bei einer Einrichtung zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer Abtastzeilen mit mehreren gleichgerichteten Lichtstrahlen unter Erzielung guter Abtastergebnisse verwenden lassen.
Eine Einrichtung, die die obige Aufgabe löst, ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen jeweils vorteilhafte Ausbildungen davon.
Erfindungsgemäß kann zum Halten der Lichtstrahlen mehrerer Lichtquellen in vorgegebener Lage bezüglich einer optischen Achse der Abstand zwischen den Lichtquellen automatisch und schnell justiert werden, so daß für die Anordnung der jeweiligen Lichtquellen keine hohe Präzision verlangt werden muß. Damit läßt sich z. B. ein optisches Abtastsystem mit mehreren Lichtquellen mit sehr gutem Wirkungsgrad reali­ sieren.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 bis Fig. 4 konventionelle Beispiele von Einrichtungen zur Strahlenzusammensetzung;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 den Aufbau eines bei der Ausführungsform nach Fig. 5 verwendeten Lichtdetektors; und
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel.
Dabei sind die Polarisationsrichtungen von zwei linear polari­ sierten Lichtquellen 41 und 42 unter einem rechten Winkel orientiert (d. h. die Lichtquellen sind p- und s-polarisiert).
Ein Polarisationsprisma 43 läßt den p-polarisierten Strahl durch und reflektiert den s-polarisierten Strahl rechtwinklig dazu. Die aus den jeweiligen Lichtquellen austretenden Licht­ strahlen werden nach Durchsetzen des Polarisationsprismas 43 in genau dieselbe Richtung abgestrahlt, und die beiden Strahlen werden gleichzeitig von einem Lichtumlenkelement 44 umgelenkt. Diese Strahlen werden als Lichtpunkte 46 und 47, die einen bestimmten von den Stelleinheiten 55 und 56 justierbaren gegenseitigen Abstand haben, von einer Abtastlinse 45 auf eine Abtastebene fokussiert. Somit erfolgt eine gleichzeitige Abtastung mit den beiden Lichtpunkten 46 und 47. Pfeile 48 und 49 bezeichnen die Abtastzeile bzw. die Abtastrichtung durch die Punkte 46 bzw. 47. Es ist jedoch erforderlich, die Durchmesser der Lichtpunkte und deren Abstände zwischen ihnen auf der Abtastebene in eine geeignete Beziehung zu bringen.
Ein vier Segmente aufweisender Lichtdetektor 50 besteht aus den Segmenten 61, 62, 63 und 64 (Fig. 6). Diese Segmente sind so angeordnet, daß der p-polarisierte Lichtpunkt auf die Segmente 61 und 62 auftrifft, wogegen der s-polarisierte Lichtpunkt auf die Segmente 63 und 64 auftrifft. Nachdem der Lichtstrahl das Polarisationsprisma 43 durchsetzt hat, wird er von einem Halb­ spiegel 51 durch eine Linse 52 zum Teil auf den Lichtdetektor 50 gerichtet.
Wenn die Lagen der Lichtquellen 41 und 42 oder der Kopplungs­ linsen 53 und 54 durch eine Servoeinheit so geregelt werden, daß sowohl die Ausgangsdifferenz zwischen den Segmenten 61 und 62 als auch die Ausgangsdifferenz zwischen den Segmenten 63 und 64 auf Null reduziert werden kann, wird die Lagebeziehung der jeweiligen Lichtpunkte auf der Abtastebene ebenfalls aufrecht­ erhalten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Kopplungslinsen 53 und 54 von den Stelleinheiten 55 bzw. 56 gehaltert. Die Differenz zwischen dem Ausgang des Segments 61 und demjenigen des Seg­ ments 62 wird zur Stelleinheit 55 von einer Steuerschaltung 57 rückgekoppelt, und die Stelleinheit 55 wird so gesteuert, daß die Differenz zwischen diesen Ausgängen Null ist. Genauso wird die Differenz zwischen den Ausgängen der Segmente 63 und 64 von einer Steuerschaltung 58 zur Stellein­ heit 56 rückgekoppelt, und die Stelleinheit 56 wird so gesteuert, daß die Differenz zwischen diesen Ausgängen Null ist.
Der Abstand zwischen den Lichtpunkten kann willkürlich einge­ stellt werden durch willkürliche Wahl des Abstands d zwischen den Segmenten 62 und 63.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Halten mehrerer Lichtstrahlen bezüglich einer vorgegebenen optischen Bezugsachse in einem Laserdrucker, bei dem zwei Abtastlinien gleichzeitig mit zwei Lichtstrahlen abgetastet werden, mit:
  • - zwei Laserdioden (41, 42), die jeweils ein Lichtbündel aussenden,
  • - zwei Linsen (53, 54), die jeweils den Laserdioden zugeordnet und in der optischen Achse der jeweiligen Lichtstrahlen angeordnet sind, um die von den Laserdioden kommenden Lichtbündel zu übertragen,
  • - einem optischen Detektor (50) zur Erfassung der zwei Lichtflecken der Lichtbündel, und mehrere Regler (57, 58) zum Einstellen der Relativlagen der Lichtpunkte auf der abzutastenden Oberfläche zueinander durch Änderung der Fortpflanzungswege der von den Lichtquellen ausgesandten Lichtbündel auf der Grundlage der Ausgangssignale des optischen Detektors,
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der optische Detektor (50)aus vier Segmenten (61, 62, 63, 64) besteht, die so angeordnet sind, daß der eine Lichtpunkt auf die Segmente (61) und (62) trifft und der andere Lichtpunkt auf die Segmente (63) und (64) auftrifft,
  • - die Segemente eine Mehrzahl von Ausgangssignalen ausgeben, die die jeweiligen Werte der Lageabweichung der Lichtpunkte von den durch die Lagen der Segmente vorgegebenen Lagen angeben, und
  • - die Stelleinheiten für die relativen Lagen der Lichtflecken auf der abzutastenden Oberfläche auf die Lagen eingestellt werden, die durch die relativen Lagen der Segmente zueinander vorgegeben sind, auf der Grundlage der von den Segmenten ausgegebenen Abweichungswerte.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquellen (41, 42), die auf der abzutastenden Oberfläche auftreffenden Lichtpunkte (46, 47) und die Detektor-Segmente (61, 62; 63, 64) einander zugeordnet angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zweiten Richtung verlaufenden Lichtbündel auf die in derselben Ebene angeordneten entsprechenden Lichtdetektorsegemente fokussiert sind.
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