DE3889854T2

DE3889854T2 - Abtaster für einen elektrophotografischen Laserdrucker mit vielfachem Abtastfleck.

Info

Publication number: DE3889854T2
Application number: DE3889854T
Authority: DE
Inventors: Ravinder Prakash; Larry Lance Wolfe
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2008-10-08
Also published as: DE3889854D1; EP0315776B1; JPH0664250B2; US4884857A; AR246365A1; BR8805812A; CA1317996C; EP0315776A3; EP0315776A2; JPH01142705A

Description

Diese Erfindung betrifft elektrophotografische Laserdrucker und insbesondere eine Vorrichtung zur Bildabtastung, die mit Hilfe eines Druckkopfs mit Vielfachabtastfleck sowohl in Abtast- als auch in Verarbeitungsrichtung ein verbessertes Abbildungsverhalten bietet.
Elektrophotografische Drucker sind dazu ausgelegt, ein Bild zu erzeugen, indem sie eine Reihe von Bildpunkten auf ein das Bild aufnehmende Material aufbringen. Beispielsweise kann ein Bild durch eine Lichtquelle, z. B. ein oder mehrere Laser, erzeugt werden, die in aufeinanderfolgenden Abtastzeilen über die Oberfläche eines Photoleiters geführt wird. Der Lichtstrahl bzw. die Lichtstrahlen erzeugen auf der Oberfläche des Photoleiters eine Reihe von sich überlappenden Bildpunkten. Jeder Bildpunkt befindet sich auf einer Bildpunktfläche, und der Lichtstrahl wird so moduliert, daß einige Bildpunktflächen dem Licht ausgesetzt sind und einige nicht. Sobald ein einen Bildpunkt enthaltender Lichtstrahl auf die Oberfläche des Photoleiters trifft, wird die Oberfläche an der Position des Bildpunkts entladen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Oberfläche des Photoleiters ein Ladungsmuster trägt, das mit dem Abbild des wiederzugebenden Objekts übereinstimmt. Man erhält die gedruckte Kopie, indem das Ladungsmuster entwickelt und das entwickelte Abbild auf Druckmaterial - gewöhnlich Papier - übertragen wird.
Elektrophotografische Drucker sind in der Technik bekannt und beschrieben, z. B. in der US-Patentschrift Nr. 4 544 264, erteilt an Larry W. Bassetti, mit Datum 1. Oktober 1985 sowie in der US-Patentschrift Nr. 4 625 222, erteilt an Larry W. Bassetti et al., mit Datum 25. November 1986, die beide an den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
Die Auflösung der von elektrophotografischen Laserdruckern erzeugten Bilder wird im allgemeinen in Bildpunkten pro Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) angegeben. Ein normaler, handelsüblicher Drucker besitzt eine Auflösung von 480 Bildpunkten pro Zoll.
Die gestiegenen Anforderungen an die Leistungen beim elektrophotografischen Druck stellen hohe Ansprüche an die Druckköpfe. Höhere Geschwindigkeit, Bildpunktdichte und dergleichen erfordern größere Geschwindigkeiten des Polygon-Drehspiegels, mehr Facetten auf dem Polygon-Spiegel und geringere Zeiten pro Bildpunkt. Größere Geschwindigkeiten des Polygon-Drehspiegels führen im Gegenzug zu größeren Motoren und komplexeren Synchronisationsmechanismen.
Die Bildwiedergabe mit mehreren Abtastflecken bietet eine Gelegenheit, die gesuchte verbesserte Leistung zu liefern und gleichzeitig die oben genannten Punkte zu überwinden. Die Druckgeschwindigkeit wird erhöht, indem statt einer einzelnen Abtastzeile mehrere Abtastflecke bzw. Bildpunkte angesteuert werden. Vorzugsweise werden zwei bis sechs Laserstrahlen eingesetzt, um ein günstiges Verhältnis zwischen Geschwindigkeit, Bildpunktdichte und Laserleistung gegenüber dem Polygon-Rotor zu erzielen. Beispielsweise wird im Drucker IBM 3800 Modell III ein opto-akustischer Modulator eingesetzt, um den HeNe-Laserstrahl in zwei getrennt gesteuerte Laserstrahlen aufzuteilen.
Für die Bildwiedergabe mit mehreren Abtastflecken wurden ferner viele Systeme vorgeschlagen, die die Ausgaben von Halbleiterlasern optisch miteinander kombinieren. Mehrere Probleme, einige davon von grundlegender Natur, haben es verhindert, daß diese Systeme als gangbare Technologie in Erscheinung getreten sind.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0240002 offenbart eine Laserbelichtungsvorrichtung zum Abtasten und Aufzeichnen von Bildern mit einer Blende mit mehreren Löchern, die die Form der entsprechenden Strahlen festlegt, und umfaßt die im ersten Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Ferner wird in den Patent Abstracts of Japan, Bd. 6, Nr. 21 (E-93) (899) eine Bildabtast- Vorrichtung mit einer Blende mit einem Loch beschrieben, mit deren Hilfe jeder aus der Vielzahl der Laserstrahlen in Form und Größe festgelegt wird.
Eine Aufgabe von Druckern mit Vielfachabtastfleck besteht darin, ein Bild zu liefern, das in Verarbeitungsrichtung ein Abstand von einem Bildpunkt und in Abtastrichtung eine gleichmäßige Bildpunktverschiebung aufweist. Die vorliegende Erfindung erreicht das Ergebnis in zwei Schritten. Zuerst wird ein Abbild mit dem erforderlichen Abstand von einem Bildpunkt in Verarbeitungsrichtung und ohne Zwischenraum in der Abtastrichtung erzeugt. Anschließend wird ein Abbild mit gleichmäßiger Bildpunktverschiebung in der Abtastrichtung erzeugt.
Der Begriff "Abtastrichtung" bezeichnet die Richtung, in der der Lichtstrahl über die Oberfläche des Photoleiters geführt wird. Der Begriff "Verarbeitungsrichtung" bezeichnet die Richtung, in der sich die Oberfläche des Photoleiters, auf die das Abbild projiziert wird, bewegt. Vereinfacht kann man sich vorstellen, daß die Abtastrichtung von links nach rechts und die Verarbeitungsrichtung von oben nach unten verläuft. Natürlich können die Richtungen umgekehrt oder miteinander vertauscht werden, was vom Lichtführungssystem und vom Bewegungssystem des Photoleiters bestimmt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird jeder Abtastfleck des Vielfachfleck-Bilds auf der Oberfläche des Photoleiters durch einen separaten, unabhängigen Laserstrahl gebildet. Das optische System zum Steuern der Positionen der Abtastflecke in der Abbildbzw. Photoleiterebene läßt sich am besten beschreiben, indem man die optische Leistung in zwei Ebenen betrachtet. Die erste Ebene (Verarbeitungsebene) betrifft nur die Anordnung der Bildpunkte in Verarbeitungsrichtung, und die zweite Ebene (Abtastebene) betrifft nur die Anordnung der Bildpunkte in Abtastrichtung.
In der Verarbeitungsebene wird eine Lochblende mit einer Vielzahl von Löchern durch separate Laser angestrahlt, wobei jeder Laser ein zugehöriges Loch anstrahlt. Ein optische Elemente für die Vorabtastung und die Nachabtastung umfassendes optisches System bestrahlt die Löcher und bildet sie auf der Oberfläche des Photoleiters ab. Durch geeignete Auswahl der optischen Systeme für die Vorabtastung und die Nachabtastung werden die Abtastflecke bzw. Bildpunkte des Abbilds in Verarbeitungsrichtung mit kontrolliertem Abstand angeordnet. Durch das Abbilden einer Vielzahl von bestrahlten Löchern auf die Oberfläche des Photoleiters wird der relative Abstand zwischen benachbarten Laserabtastflecken durch den Lochabstand und nicht durch die Stellungen der Laser gesteuert.
In der Abtastebene befindet sich eine Lochblende mit einem einzelnen Loch in einer zur Oberfläche des Photoleiters konjugierten Ebene. Jeder einzelne Laserstrahl im System ist auf diese Abtastlochblende gebündelt und bestrahlt das einzelne Loch. Durch geeignete Auswahl der optischen Systeme für die Vorabtastung und die Nachabtastung wird eine gleichmäßige Anordnung der Bildpunkte in der Abtastrichtung erreicht. Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Verarbeitungsrichtung wird die relative Anordnung der Abtastflecke durch das Abbilden eines einzelnen Lochs, das von einer Vielzahl von Lasern bestrahlt wird, und nicht durch die Stellungen der einzelnen Laser selbst gesteuert.
Die Begriffe Vorabtastung bzw. Nachabtastung beziehen sich auf die optischen Systeme, durch die sich die Lichtstrahlen bewegen, bevor bzw. nachdem sie vom Polygon-Spiegel einer Abtastvorrichtung reflektiert werden.
Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen elektrophotografischen Laserdrucker mit Vielfachabtastfleck zur Verfügung zu stellen, bei dem die Bildpunkte sowohl in Abtast- als auch in Verarbeitungsrichtung gleichmäßige Abstände haben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Abbilden von Löchern in einem elektrophotografischen Drucker zur Verfügung zu stellen, die die Abstände der Bildpunkte voneinander in der Verarbeitungsrichtung steuert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Abbilden von Löchern in einem elektrophotografischen Drucker zur Verfügung zu stellen, die die Abstände der Bildpunkte voneinander in der Abtastrichtung steuert.
Diese und andere Aufgaben werden durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 vorteilhaft gelöst. Weitere vorteilhafte Erweiterungen der Grundlösung sind in den entsprechenden Unteransprüchen niedergelegt.
In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung näher beschrieben. Bei den Zeichnungen, die unterschiedliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, zeigen die Figuren - in Kurzbeschreibung - folgendes
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen elektrophotographischen Druckers;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Laser-Abtastsystems für den Einsatz in einem elektrophotographischen Drucker;
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Steuerung des Abtastfleckabstands in der Verarbeitungsrichtung;
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Loch-Beleuchtungssystems mit zwei Lichtquellen;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels der Anordnung in Fig. 4 und zeit ein Beleuchtungssystem mit vier Lichtquellen;
Fig. 6 ist eine detailliertere Darstellung des Ausführungsbeispiels in Fig. 3 und zeigt die Optik in der Ebene der Verarbeitungsrichtung näher;
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Ausleuchtung des Lochs in Abtastrichtung;
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der Ausleuchtung eines einzelnen Öffnungsschlitzes mit zwei Strahlen;
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Systems zur Erzeugung einer gleichmäßigen Anordnung der Abtastflecke in der Abtastrichtung; und
Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße schematische Darstellung eines Teils eines elektrophotografischen Laserdruckers mit Vielfachabtastfleck.
In den Figuren und insbesondere in Fig. 1 ist ein typischer elektrophotografischer Laserdrucker dargestellt. Eine elektrophotografische Trommel 10 wird von Motor 12 in Richtung des Pfeils 14 angetrieben. Die Trommel 10 trägt photoleitendes Material 16, die unter einem Koronaladungsgenerator 18 vorbeiläuft, um das photoleitende Material auf eine geeignete Spannung aufzuladen. Das photoleitende Material wird bei der Belichtungsstation 20 gemäß dem wiederzugebenden Bild entladen. Das Bild wird durch ein Abtastsystem 22 erzeugt, das aus einem Laserdruckkopf besteht, der modulierte Laserstrahlen 24 erzeugt. Das latente Bild wird in der Entwicklungsstation 26 entwickelt und vom Koronagenerator 28 auf das Bild aufnehmendes Material (normalerweise Kopierpapier) übertragen, das den Papierweg durchläuft. Bevor das photoleitende Material 16 ein neues Bild aufnehmen kann, gelangt es zu einer Reinigungsstation 32. Kopierpapier kann im Fach 34 oder im Fach 36 aufbewahrt werden und wird auf dem Papierweg 30 durch ein Tor 38, die Andrucksrollen 40 und die Übertragungsstation 28 zu den Aufbrennrollen 42 geführt. Der fertige Ausdruck wird dann zu einem Ausgabefach 44 oder zu einer Endstation 46 weitergeleitet.
Der Kasten 48 stellt die Steuerschaltung für die Steuerung des Druckerbetriebs dar und kann einen oder mehrere beliebige geeignete Mikroprozessoren enthalten.
Das Abtastsystem 22 wird näher in Fig. 2 gezeigt; darin befinden sich ein oder mehrere Festkörperlaserchips und der größte Teil des erfindungsgemäßen Mechanismus in der Baugruppe 50. Eine Vielzahl von Laserstrahlen 24, die von einer Vielzahl von Halbleiterlasern erzeugt werden, gelangen von der Baugruppe 50 zu einem Polygon-Drehspiegel 54 mit einer Vielzahl von Facetten wie der Facette 56 auf seinem Umfang. Die Laserstrahlen 24 werden jeweils von einer einzelnen Facette so reflektiert, daß sie einen Winkel 0 überstreichen. Beim Drehen des Spiegels lenkt jede Facette die Strahlen unter einem Winkel 0 ab. Nach der Ablenkung durch eine Facette des Drehspiegels gelangen die Strahlen durch die optische Baugruppe 58, um den Strahl zu formen und ihn auf die Oberfläche 16 des photoleitenden Materials zu bündeln. Ein Strahlen-Umlenkspiegel 60 stellt den letzten Umlenkmechanismus dar, der die Laserstrahlen durch die Linse 88 auf die Oberfläche 16 des Photoleiters lenkt. Der Motor 62 ist so angeschlossen, daß er den Drehspiegel 54 antreibt. Ein der Feststellung des Anfangs des Abtastvorgangs dienender Spiegel 64 richtet den Laserstrahl auf einen diesen Anfang feststellenden Detektor 66.
Auf der Oberfläche 16 des Photoleiters werden mehrere Abtastflecke von einer Vielzahl von Lasern durch die Reflektion der Laserstrahlen durch eine einzelne Facette 56 des Drehspiegels 54 erzeugt. Die Zahl der Abtastflecke auf einer Abtastzeile hängt von der Anzahl der Laser in der Baugruppe 50 ab. Mehrere vom Laser ausgegebene Strahlen werden optisch vereinigt, um mehrere Abtastflecke zu bilden.
In Fig. 3 wird nun eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für die Steuerung der Auflösung der Bildpunkte in der Verarbeitungsrichtung gezeigt, während eine Auftrennung in der Abtastrichtung nicht vorgesehen ist. Bei der Ausführung nach dem Stand der Technik wird der Laserresonator jedes Lasers auf der Oberfläche 16 des Photoleiters abgebildet. Diese Systeme weisen normalerweise eine Bildvergrößerung um einen Faktor in der Größenordnung von 20 auf. Es ist bekannt, daß sich der Laserpunkt aufgrund der sich ändernden thermischen Bedingungen verschiebt, was dazu führt, daß sich die Position des entsprechenden Abtastflecks auf der Oberfläche des Photoleiters verschiebt. Wenn beispielsweise zwei Laserabtastflecke in der Verarbeitungsrichtung durch drei Bildpunkte voneinander getrennt sein sollen, kann der thermische Drift dazu führen, daß der Abstand zwei oder vier Bildpunkte beträgt. Dieser Abstand ist im fertigen Dokument deutlich sichtbar und somit äußerst unerwünscht.
Die gleiche Situation trifft für die Abtastrichtung zu, in der die Abtaststrahlen beim Überfahren der Oberfläche des Photoleiters idealerweise auf einer Linie senkrecht zur Abtastrichtung liegen. Bei einem System mit einer typischen Vergrößerung um den Faktor 20 führen Verschiebungen der Laser untereinander zu 20mal größeren Verschiebungen des Bilds, wenn man in der Photoleiterebene mißt.
Bei der vorliegenden Anordnung, bei der mechanische Öffnungen beleuchtet und mit den zugehörigen optischen Systemen abgebildet werden, werden die Positionen der Abtastflecke von kleineren Positionsschwankungen des Lasers nicht beeinflußt. Bei der vorliegenden Erfindung sind in erster Linie die Öffnungen und nicht die Position des Lasers für die Position der Abtastflecke verantwortlich.
In Fig. 3 befinden sich N Halbleiterlaser und deren zugehörige optische Systeme in der Laserbaugruppe 70. Vor den aufgereihten Lasern in der Baugruppe 70 befindet sich eine undurchsichtige Lochblende 72 mit N rechteckigen Öffnungen 74. Die Öffnungen 74 sind so angeordnet, daß jede Öffnung von nur einem Laserstrahl der von N Lasern in der Baugruppe 70 erzeugten N Laserstrahlen beleuchtet wird. Die rechteckigen Öffnungen haben eine Breite W, eine Länge L, ein Seitenverhältnis R und einen Abstand P voneinander. Das Seitenverhältnis ist definiert als die Länge L geteilt durch die Breite W und wird so gewählt, daß sie in der Größenordnung von 10 oder größer liegt.
In der gezeigten Anordnung sorgt das optische System 76 für die Optik zum Abbilden der Öffnungen 74 auf die Oberfläche des Photoleiters unter unterschiedlichen Abtastwinkeln. Der optische Nachabtastungsteil des optischen Systems 76 sorgt auch für die Korrektur von prismatischen Fehlern der Polygonfacetten und vermindert dabei im wesentlichen die Auswirkungen von Störungen, die die Position der Abtastflecke in der Verarbeitungsrichtung von Abtastzeile zu Abtastzeile oder innerhalb einer Abtastzeile beeinflussen könnte.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist so gestaltet, daß die Lochblende 72 und die Bildebene, d. h. die Oberfläche 16' des Photoleiters in der Verarbeitungsrichtung in konjugierten Ebenen liegen.
Das optische System 76 ist so ausgelegt, daß das Objekt - die Öffnungen 74 - bei der Abbildung auf die Oberfläche 16' des Photoleiters verkleinert wird. Das optische System 76 bildet die N rechteckigen Öffnungen so ab, daß auf der Oberfläche des Photoleiters N Abtastflecke erzeugt werden. Die Verkleinerung M wird gewählt, um für die gewünschte Größe der Abtastflecke in Verarbeitungsrichtung zu sorgen. Außerdem werden die Abtastflecke 78 auf der Oberfläche des Photoleiters durch die geeignete Wahl des Lochabstands P um den gewünschten Wert voneinander getrennt.
Es gibt mehrere Ausgestaltungen, die sicherstellen, daß jede Öffnung durch nur einen Laser beleuchtet wird. Bei einem System mit zwei Abtastflecken ist eine Prismenanordnung wie die in Fig. 4 vorzuziehen, bei der Laser 90 und der Laser 92 jeweils einen Lichtstrahl durch eine zugehörige Kollimatorlinse 94 bzw. 96 sendet. Jeder parallelgerichtete Strahl wird dann auf die verspiegelte Oberfläche 98 bzw. 100 eines Prismas 102 gelenkt, von wo die Strahlen durch zwei Öffnungen 74 in der Lochblende 72 reflektiert werden. Nach dem Passieren der Öffnungen werden die Strahlen auf die Oberfläche 16 des Photoleiters gerichtet, um - wie oben beschrieben - die Abtastflecke zu bilden. Dem Fachmann wird einleuchten, daß das Prisma 102 durch zwei Planspiegel ersetzt werden kann und trotzdem das gleiche Resultat erzielt wird.
Es wird dem Fachmann ebenso einleuchten, daß bei Verwendung von geeignet gewählten Spiegeln und/oder optischen Systemen eine beliebige Anzahl N von Lasern verwendet werden kann, so daß jeder Laserstrahl nur eine von N Öffnungen in einer Lochblende beleuchtet.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in Fig. 5 gezeigt wird, ist eine Vielzahl von Halbleiterlasern 90' so angeordnet, daß jeder der Laserstrahle an ein Ende einer zugehörigen optischen Faserkabellitze 104 gekoppelt ist. Das andere Ende jeder Faserkabellitze 104 ist mit einer Trägerplatte 106 verbunden, die eine Vielzahl von Halterungen besitzt, die die Faserkabellitzen aufnimmt, so daß die Lichtstrahle in der Verarbeitungsrichtung einen Abstand P voneinander aufweisen, der gleich dem Abstand der Öffnungen 74 in der Lochblende 72 ist. Die beschriebene Anordnung bewirkt, daß jeder Lichtstrahl eine einzelne Öffnung beleuchtet. Im Lichtweg zwischen der Platte 106 und der Lochblende 72 befindet sich eine zylindrische Zerstreuungslinse 107, die die Strahlen in der Abtastrichtung aufweitet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Fig. 6 befindet sich die Lochblende 72 für die Verarbeitungsrichtung direkt vor der Baugruppe 70 mit mehreren Lasern. Der Abstand der Zylinderlinse 80 von der Lochblende 72 ist so groß wie ihre Brennweite. Nachdem die Strahlen die Öffnungen 74 für die Verarbeitungsrichtung passiert haben, gelangen sie durch die Zylinderlinsen 80 und 82 sowie die sphärische Linse 84. Die Zylinderlinse 80 und die sphärische Linse 84 haben die gleiche Brennweite und haben einen Abstand von zwei Brennweiten voneinander. Diese Elemente bilden die Öffnung 74 für die Verarbeitungsrichtung auf die Zwischenebene 56, eine Facette des Polygon-Spiegels, ab. Die Linsen 82 und 84 bilden einen Satz zur Aufweitung in Abtastrichtung.
Nach dem Passieren der Vorabtastoptik gelangt jeder Laserstrahl durch die Linsen 85, 86 und 88 eines Nachabtastfelds. Diese Nachabtastlinsen bilden das auf der Facette 56 gebildete Zwischenbild auf der Oberfläche 16 des Photoleiters neu ab. Das erneut abgebildete Endbild ist ein verkleinertes Abbild der ursprünglichen Öffnungen 74.
Nach der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele für die Steuerung der Abstände der Abtastflecke in der Verarbeitungsrichtung werden nun mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben, die die Abstände der Abtastflecke in der Abtastrichtung steuern.
Beim Vielfachabtastfleck-Laserdruck ist es günstig, wie oben beschrieben für einen Abstand von einem Bildpunkt in der Verarbeitungsrichtung und für keinen Abstand in der Abtastrichtung zu sorgen. Das in Fig. 7 gezeigte Lasermodul 108 liefert zwei Laserstrahlen 103 und 105, deren linearer Abstand d beträgt. Eine ähnliche Anordnung ist bei durch einen Winkel getrennten Strahlen möglich, die von einem Lasermodul ausgesendet werden. Der Einfachheit halber ist jedoch nur eine Anordnung mit linearem Abstand gezeigt. Um in Abtastrichtung keinen Abstand der Laserstrahlen und somit der Abtastflecke zu erreichen, muß der mittlere Strahl jedes Strahlenbündels, wie in Fig. 7 gezeigt, in der X-Z-Ebene oder parallel dazu liegen. Die X-Z-Ebene steht senkrecht zur Abtastrichtung. Die beiden Strahlen 103 und 105 gelangen durch die Linse 122 und werden auf die Lochblende 110 gebündelt.
Es gibt prinzipbedingte Probleme, die sich nach dem Aufbau des Moduls 108 ergeben. Aufgrund der thermischen Ausdehnung und durch mechanischen Nachgeben verändern sich die Positionen der einzelnen Laser zueinander und somit auch die ursprüngliche Ausrichtung. Der genaue Grad der Empfindlichkeit des Systems gegenüber Verschiebungen hängt von der Gestaltung des Lasermoduls ab. Bei einigen Systemen kann es eine große Verschiebung der Abtastflecke aufgrund thermischer Ausdehnung geben. Normalerweise möchte man bei einem abbildenden Druckkopfsystem die Abtastflecke mit einer Genauigkeit von ±10 Mikrometern setzen. Wenn das optische System eine typische Vergrößerung um den Faktor 20 aufweist, muß daher die Laserstellung innerhalb von ±0,5 Mikrometern gegenüber dem übrigen optischen System eingehalten werden. Nach dem endgültigen Aufbau und der endgültigen Justierung macht bei diesem System jegliche thermische Verschiebung, die eine relative Bewegung um einen halben Mikrometer oder mehr bewirkt, den Drucker unbrauchbar.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Lochblende 110 für die Abtastrichtung. Die Öffnung 112 ist so gewählt, daß ihre Breite im Brennpunkt kleiner als der Strahlendurchmesser in Abtastrichtung ist. Macht man den Strahl breiter als die Öffnung in der Lochblende, werden die mittleren Strahlen auf die Mitte der Öffnung neu ausgerichtet. Gegenseitige Verschiebungen der Strahlenmitten vor der Öffnung werden nun neu ausgerichtet, so daß sie gerade und parallel zum Öffnungsschlitz liegen.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung der Optik für die Abtastrichtung, die dazu führt, daß in Abtastrichtung kein Abstand auftritt, wenn es kleine Verschiebungen in der mechanischen Ausrichtung des Lasermoduls gibt. Jeder Laserstrahl 68 gelangt durch einen Aufweitungssatz aus einer ersten Zylinderlinse 82, Öffnung 112 ,in Lochblende 110 und einer Linse 84. Nach der Aufweitung werden die Strahlen von der Facette 56 des Polygon-Spiegels reflektiert und von dort durch die Nachabtastungsoptiken 85, 86 und 88 gelenkt.
Die Linsen und die Lochblende sind hinsichtlich ihrer Größe und räumlichen Anordnung so ausgelegt, daß folgende Ergebnisse erzielt werden: der durch die Öffnungsbreite festgelegte Strahlendurchmesser muß eine solche Größe haben, daß der Abtastfleck auf der Oberfläche des Photoleiters den gewünschten Durchmesser hat und die Laserstrahlen müssen in der Ebene der Blende 110 fokussiert sein.
Die Ebene der Öffnung und die Bildebene, d. h. die Ebene der Oberfläche des Photoleiters, sind konjugierte Ebenen. Man kann sich die abgebildeten Abtastflecke in der Ebene der Blende 110 als Lichtquellen vorstellen, die vom übrigen bekannten optischen System auf die Oberfläche des Photoleiters abgebildet sind. Das heißt, es wird der Lichtstrahl, der durch die Öffnung 112 gelangt, auf der Oberfläche des Photoleiters abgebildet.
In einem typischen Beispiel beträgt die Größe des Laserstrahlabtastflecks in der Ebene der Blende 110 22 Mikrometer. Der Öffnungsschlitz ist in der Abtastrichtung ungefähr 16 Mikrometer und mehrere Millimeter in der Verarbeitungsrichtung groß. Da die Lochblende 110 und die Oberfläche 16 des Photoleiters in konjugierten Ebenen liegen, wird somit die 16 Mikrometer große Öffnung auf die Oberfläche des Photoleiters abgebildet. So lange die Öffnung 112 in der Verarbeitungsrichtung liegt und eine minimale Neigung in der Abtastebene hat, liegen auch die abgebildeten Abtastflecke mit minimaler Neigung in der Abtastebene in der Verarbeitungsrichtung.
Die Optik hinter der Öffnung muß es ermöglichen, daß der Abtastfleck auf der Oberfläche des Photoleiters die richtige Größe besitzt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Linsen 82 und 84 des Aufweitungssatzes mit der richtigen Stärke ausgelegt sind. Bei der beschriebenen Anordnung könnte sich der eintreffende Strahl 68 um wenige Mikrometer - bei diesem Beispiel um ±3 Mikrometer verschieben, was zu praktisch keiner Verschiebung des Abbilds auf der Oberfläche des Photoleiters führt. Da der Laserstrahl auf der Blende 110 eine Fläche um die Öffnung 112 herum beleuchtet, beeinflußt eine kleine Verschiebung im Lichtweg des Lasers das aus mehreren Abtastflecken bestehende Abbild so lange nicht, wie die Öffnung im wesentlichen ausgeleuchtet bleibt. Es leuchtet daher ein, daß beim Zusammenbau der Abtastvorrichtung die mechanischen Toleranzen zwar wichtig aber nicht entscheidend sind, da sich kleine Schwankungen der Laserstellung nicht als solche auf der Oberfläche des Photoleiters äußern. Das gleiche gilt für beliebige Lochblendensysteme, bei denen nur ein Teil des gesamten Lichtstrahls durch eine Öffnung gelangt. Das resultierende Abtastsystem ist leichter herzustellen und zu warten und es ist hinsichtlich seiner Abmessungen stabil gegenüber thermischen Schwankungen und Verschiebungen der einzelnen Laserbaugruppen über eine lange Zeit.
Wenn sich der auf die Öffnung 112 einfallende Strahl verschiebt, ändert sich die durch die Öffnung 112 transportierte Energie. Durch die Verwendung eines bekannten Servosystems für die Laserleistung können Änderungen in der Energie der Abtastflecke ausgeglichen werden. Geringfügige Verschiebungen der Laserstellung führen zu Energieänderungen, die sich durch die Verwendung eines Servosystems für die Laserleistung leicht korrigieren lassen. Somit bleibt die räumliche Anordnung der Abtastflecke erhalten, selbst wenn sich die Stellungen der Laser verschieben.
Bei allen beschriebenen Anordnungen ist der Laserstrahl breiter als die jeweilige Öffnung, wodurch der Strahl verkleinert wird. Nicht der ursprüngliche Laserstrahl sondern die Öffnung wird abgebildet und steuert die Endposition des Strahls. Versuche haben ergeben, daß sich der Laser um plus oder minus 25 Prozent der Öffnungsbreite bewegen kann, ohne daß dabei Probleme beim Druckbild auftreten, wenn der Strahl um einen geeigneten Betrag zu groß ist.
Nach der Beschreibung von Anordnungen für die Steuerung der Abtastfleck- bzw. Bildpunktpositionierung in der Verarbeitungsrichtung und in der Abtastrichtung zeigt nun Fig. 10 schematisch eine Anordnung, die die beiden Prozesse für die Verwendung in einem elektrophotografischen Laserdrucker mit Vielfachabtastfleck miteinander kombiniert.
Das Lasersystem 120 in Fig. 10 enthält N Halbleiterlaser, eine Lochblende 110' mit N Öffnungen 112' und ein optisches System von der Art, wie es in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 gezeigt und beschrieben worden ist. Die Laserstrahlen aus der Baugruppe 120 gelangen durch eine Zylinderlinse 80', die dazu dient, die Positionierung in der Verarbeitungsrichtung zu steuern. Die Elemente in dem gestrichelten Kasten 114 stellen pauschal den in Verbindung mit Fig. 9 gezeigten und beschriebenen Aufweitungssatz dar. Die Zylinderlinse 82' dient dazu, die Positionierung der Abtastflecke in der Abtastrichtung zu steuern. Die Lochblende 110' mit der Öffnung 112' liegt in einer zur Bildebene der Oberfläche 16 des Photoleiters konjugierten Ebene. Die Sammellinse 84' vervollständigt den Aufweitungssatz und richtet den Strahl in der Abtastrichtung wieder parallel. Die Linsen 80' und 84' dienen dazu, die Abbilder der Öffnungen auf den Polygon-Drehspiegel 54' zu projizieren, wobei die Größe und die Position der Bildpunkte vom Lasersystem 120 in der Verarbeitungsrichtung eins zu eins abgebildet werden.
Nach der Reflektion von der Facette 56' des Polygon-Drehspiegels 54' im in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel passieren die abtastenden Laserstrahlen zuerst eine plankonvexe Zerstreuungslinse 85', eine plankonkave Sammellinse 86', ein Fenster 52 und eine Zylinderlinse 88' für die Verarbeitungsrichtung. Hinter der Linse 88' werden mehrere Bildpunkte auf die Oberfläche 16 des Photoleiters gedruckt, wobei der Abstand sowohl in der Abtastrichtung als auch in der Verarbeitungsrichtung kontrolliert wird. Der Druckkopf für mehrere Bildpunkte erzeugt bei jeder Drehung der Facette 56' des Polygon-Spiegels eine entsprechende einzelne Abtastzeile aus N Laserstrahlen.
Es ist einsichtig, daß das Ausführungsbeispiel in Fig. 10 für den Einsatz in einem elektrophotografischen Drucker von der Art wie in Fig. 1 leicht im Kasten 22 des Abtastsystems untergebracht werden kann.

Claims

1. Vorrichtung (22) zur Bildabtastung in einem elektrophotografischen Laserdrucker mit vielfachem Abtastfleck, die das Abbild eines Objekts auf die Oberfläche (16) eines Photoleiters projiziert, mit:

einer Vielzahl von Lasermitteln (50; 70; 90; 92'; 90'; 120), wobei jedes Lasermittel einen Lichtstrahl (24) überträgt, der dem Abbild eines Objekts entspricht;

den Mitteln eines ersten optischen Systems;

einem Polygon-Drehspiegel-Abtastmittel (54, 56; 54', 56'); den Mitteln eines zweiten optischen Systems mit einer Lochblende (110), die eine schlitzartige, vorzugsweise rechtekkige Öffnung (112) enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel des ersten optischen Systems ferner eine erste Lochblende (72) einschließen, die eine Vielzahl von schlitzartigen, vorzugsweise rechteckigen Öffnungen (74) enthält, die so angeordnet sind, daß jeder Lichtstrahl aus einer Vielzahl von Lichtstrahlen jeweils eine Öffnung aus der Vielzahl der Öffnungen beleuchtet, wobei die erste Lochblende in einer zur Oberfläche des Photoleiters konjugierten Ebene liegt, wobei die Öffnungen so angeordnet sind, daß jede Öffnung (74) von nur einem Laserstrahl beleuchtet wird, und wobei die Öffnungen (74) ein Seitenverhältnis R besitzen, das als die Länge L geteilt durch die Breite W definiert ist und vorzugsweise in der Größenordnung von 10 oder größer gewählt wird; und daß

die Lochblende der Mittel des zweiten optischen Systems so angeordnet ist, daß sie durch die erste Lochblende (72) gelangende Lichtstrahlen empfängt, in einer zur Oberfläche des Photoleiters konjugierten Ebene liegt und so angeordnet ist, daß die Mitte jedes Strahls innerhalb oder parallel zur Ebene liegt, die senkrecht zur Abtastrichtung steht, wobei die einzelne Öffnung (112) so gewählt ist, daß ihre Breite kleiner als der Durchmesser des Strahls für die Abtastrichtung im Brennpunkt ist, wobei die Mittel des zweiten optischen Systems so angeordnet sind, daß sie die Lichtstrahlen auf die Polygon-Drehspiegelmittel projizieren und das Abbild des Objekts auf die Oberfläche des Photoleiters projizieren.

2. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1, wobei die Mittel des ersten optischen Systems Linsenmittel (102, 107) einschließt, wobei diese Linsenmittel jeden der Lichtstrahlen so lenkt, daß er jeweils eine Öffnung aus der Vielzahl von Öffnungen oder eine Fläche auf der ersten Lochblende um jede Öffnung herum beleuchtet.

3. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Lasermittel Halbleiterlaser umfassen.

4. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Mittel des zweiten optischen Systems Linsenmittel (82'; 122) einschließen, wobei diese Linsenmittel jeden der Lichtstrahlen so fokussieren, daß er die Öffnung der zweiten Lochblende oder eine Fläche auf der zweiten Lochblende (110; 110') um die Öffnung (112; 112') herum beleuchtet.

5. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Mittel des zweiten optischen Systems die Mittel eines ersten (80', 82', 84') und zweiten (85', 86', 88') optischen Subsystems einschließen, wobei die Mittel des ersten optischen Subsystems die Lichtstrahlen auf die Drehspiegelmittel projizieren, wobei die Mittel des zweiten optischen Subsystems die Lichtstrahlen von den Polygon-Drehspiegelmitteln auf die Oberfläche des Photoleiters projizieren.

6. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei die Mittel des ersten optischen Subsystems insbesondere Zylinderlinsen (80', 82') und eine sphärische Linse (84') einschließen, wobei die Mittel des zweiten optischen Subsystems insbesondere eine plankonvexe Zerstreuungslinse (85'), eine plankonkave Sammellinse (86') und eine Zylinderlinse (88') einschließen.

7. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei eine Vielzahl von Faseroptikmitteln (104) bezüglich der Lasermittel (90') angeordnet ist, um jeden der Lichtstrahlen von den Lasermitteln auf die erste Lochblende (72) zu lenken.

8. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 7, wobei die Faseroptikmittel in Halterungen in einer Trägerplatte (106) enden.

9. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 7, wobei sich zwischen der Trägerplatte (106) und der ersten Lochblende (72) Linsenmittel (107) befinden, wobei diese Linsenmittel (107) jeden der Lichtstrahlen so fokussieren, daß sie jeweils eine Öffnung in der ersten Lochblende oder eine Fläche auf der ersten Lochblende um jeweils eine Öffnung herum beleuchten, wobei es sich bei diesen Linsenmittel (107) insbesondere um eine zylindrische Zerstreuungslinse handelt.

10. Vorrichtung zur Bildabtastung gemäß Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei ein Servomittel für die Laserleistung dafür vorgesehen ist, die Leistung der Lichtstrahlen entsprechend der durch die Öffnung transportierten Energie der Lichtstrahlen zu verändern.