DE60035300T2

DE60035300T2 - Optische Abtastvorrichtung, Bilderzeugungsgerät und diese Abtastvorrichtung verwendender elektrophotographischer Drucker

Info

Publication number: DE60035300T2
Application number: DE60035300T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Ohta-ku Yoshida; Yoshihiro Ohta-ku Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-22
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2020-01-23
Also published as: EP1024012A2; DE60035300D1; US6362470B1; EP1024012B1; EP1024012A3; KR100319354B1; KR20000071292A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung zum Abtasten einer abzutastenden Fläche mit Hilfe mehrerer Lichtströme, außerdem betrifft sie eine Bilderzeugungsvorrichtung wie beispielsweise einen Laserdrucker oder ein digitales Kopiergerät sowie einen elektrophotographischen Drucker unter Verwendung einer solchen optischen Abtastvorrichtung.
Stand der Technik
In zahlreichen herkömmlichen optischen Abtastvorrichtungen (zum Beispiel JP 08 179 228 , die in einer Bilderzeugungsvorrichtung eingesetzt werden, wird der von einer Lichtquelle abgegebene Lichtstrom über eine Optik für einfallendes Licht auf eine Ablenkeinrichtung geleitet, und der von der Ablenkeinrichtung abgelenkte Lichtstrom wird auf die abzutastende Fläche fokussiert, um dort einen Lichtfleck zu erzeugen, der dann über eine Abtastoptik über die abzutastende Fläche geführt wird.
Im Zuge der technologischen Entwicklung in den vergangenen Jahren auf dem Gebiet von Bilderzeugungsvorrichtungen gab es bei der Suche nach größeren Leistungen und höher entwickelten Funktionen immer noch einen starken Bedarf an einer optischen Abtastvorrichtung, die kompakt baut und bei hoher Geschwindigkeit arbeiten kann. Eine Idee, den Bedarf an einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb gerecht zu werden, ist der Einsatz mehrerer Lichtquellen. Andererseits kann dem Bedarf an einer baulichen Verkleinerung dadurch entsprochen werden, daß man den zu der Ablenkeinrichtung entlang der Haupt-Abtastrichtung der optischen Abtasteinrichtung zu führenden Lichtstrom konvergieren läßt.
Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 9-54263 zeigt eine optische Abtastvorrichtung, die vorgeschlagen wurde, um dem Bedarf an einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb entgegenzukommen. In der vorgeschlagenen optischen Abtastvorrichtung werden mehrere Lichtströme in einem linearen Array von einem einzelnen Mehrstrahl-Laserchip emittiert. Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 5-45580 zeigt eine optische Abtastvorrichtung, die dem Bedarf entgegenkommt, die Baugröße der Anordnung zu verkleinern. In der vorgeschlagenen optischen Abtastvorrichtung wird der Lichtstrom, der von einer Lichtquelle abgegeben wird, auf einen Punkt spontaner Konvergenz hinter der abzutastenden Oberfläche mit Hilfe einer Fokussieroptik gebündelt.
Allerdings ergibt sich bei einer optischen Abtastvorrichtung mit mehreren Lichtquellen das Problem, daß die Abtast-Startpunkte der Lichtströme aus den Lichtquellen gegeneinander versetzt sein können, vergleiche beispielsweise die US 4 933 549 . Während dieses Problem dadurch gelöst werden kann, daß unterschiedliche zeitliche Verzögerungen für das Synchronisationssignal an die Lichtquellen gelegt werden, damit diese mit ihren jeweiligen Abtastvorgängen zeitlich gestaffelt beginnen, müssen die zeitlichen Versetzungen auf elektrischem Weg oder mittels Software für jede Lichtquelle zustandegebracht werden, wodurch sich ein äußerst komplexer Gesamtaufbau ergibt und die Abtastgeschwindigkeit der Vorrichtung begrenzt wird.
Andererseits machen optische Abtastvorrichtungen, die die der Ablenkeinrichtung entlang der Hauptabtastrichtung zugeführten Lichtströme zum Konvergieren bringen, von einem mehrflächigen Spiegel Gebrauch, dessen Drehmittelpunkt gegenüber der Ablenkebene als Ablenkeinrichtung versetzt ist. Wenn die Lichtströme von der optischen Einrichtung für einfallendes Licht bei einer solchen Anordnung konvergent oder divergent gestaltet werden, während die Abtast-Startpunkte entlang der Hauptabtastrichtung ausgerichtet sein können, verschieben sich möglicherweise die Abtastpunkte relativ zu der optischen Achse der optischen Einrichtung für das einfallende Licht zu Punkten der spontanen Konvergenz, wenn sich der mehrflächige Drehspiegel dreht. Damit können möglicherweise bei einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer solchen optischen Abtastvorrichtung die Fleck-Bilder der Lichtquellen relativ zu der Hauptabtastrichtung versetzt sein, wenn sich der Drehspiegel dreht, wodurch es unmöglich wird, ein Bild mit hoher Qualität zu erzeugen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die technischen Probleme im Stand der Technik ist es daher das Ziel der Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung anzugeben, die jede mögliche Versetzung der Abtast-Startpunkte der mehreren, von so vielen Lichtquellen emittierten Lichtströme auf einfache Weise verhindern kann, und auch eine Bilderzeugungsvorrichtung und einen elektrophotographischen Drucker, die bzw. der eine solche optische Abtasteinrichtung enthält, zu erhalten.
Die obigen Nachteile werden überwunden, und die Ziele werden erreicht durch eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, durch die Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 12 und durch den elektrophotographischen Drucker nach Anspruch 13. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Grundrißdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung.
2 ist eine schematische Darstellung der Lichtquelleneinheit der Ausführungsform nach 1 und zeigt die Lageanordnung der Lichtquellen.
3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Ausführungsform nach 1.
4 ist eine schematische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines elektrophotographischen Druckers gemäß der Erfindung mit der Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung nach den 1 bis 3.
5 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Spalteinrichtung, die für die erfindungsgemäße optische Abtastvorrichtung verwendet werden kann.
6 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Drehplatte der Schlitzeinrichtung nach 5, wobei der Spalt nicht geneigt ist.
7 ist eine schematische Darstellung der Abtast-Startzeitpunkte für den Fall, daß der Spalt in dem in 6 dargestellten Zustand gehalten wird.
8 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Drehplatte der Spalteinrichtung nach 5, wenn der Spalt etwas geneigt ist.
9 ist eine schematische Darstellung der Abtast-Startzeitpunkte für den Fall, daß der Spalt in dem in 8 gezeigten Zustand gehalten wird.
10 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Drehplatte der Spalteinrichtung nach 5, wobei der Spalt noch weiter geneigt ist.
11 ist eine schematische Darstellung der Abtast-Startzeitpunkte für den Fall, daß der Schlitz in dem in 10 gezeigten Zustand gehalten wird.
12 ist eine schematische Darstellung eines Spalts, der für Zwecke der Erfindung eingesetzt werden kann, wenn der Spalt nicht geneigt ist.
13 ist eine graphische Darstellung der Wellenformen der Ausgangssignale des Synchronisationssignalsensors der Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung unter Verwendung des Spalts nach 12, wenn der Spalt in dem in 12 gezeigten Zustand gehalten wird.
14 ist eine schematische Darstellung des Spalts nach 12, wenn der Spalt geneigt ist.
15 ist eine graphische Darstellung der Wellenform der Ausgangssignale des Synchronisationssignalsensors der Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung unter Verwendung des Spalts nach 12, wenn der Spalt in dem Zustand nach 14 gehalten wird.
16 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Spalts, der für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann und eine Kerbe besitzt, wobei der Spalt nicht geneigt ist.
17 ist eine graphische Darstellung der Wellenformen von Ausgangssignalen des Synchronisationssignalsensors der Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung unter Verwendung des Spalts nach 16, wenn der Spalt in dem Zustand nach 16 gehalten wird.
18 ist eine schematische Darstellung des Spalts nach 16 bei geneigtem Spalt.
19 ist eine graphische Darstellung der Wellenform der Ausgangssignale des Synchronisationssignalsensors der Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung unter Verwendung des Schlitzes nach 16, wenn der Schlitz in dem Zustand nach 18 gehalten wird.
20, 21 und 22 sind schematische Darstellungen möglicher Lagebeziehungen einer Ablenkebene sowie von zwei Lichtströmen, die in einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung auftreten können.
23 und 24 sind schematische Darstellungen, die zeigen, wie ein Punkt spontaner Konvergenz verschoben wird.
25 ist eine schematische Darstellung der zeitlichen Punkte der Abtast-Startvorgänge von Lichtströmen, die voneinander unterschieden sind.
26 ist eine schematische Darstellung eines Spalts, der für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, wobei der Spalt geneigt ist.
27 ist eine schematische Darstellung der Zeitpunkte der Abtast-Anfänge von Lichtströmen, die mit Hilfe des Spalts einer erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung reguliert werden können.
28 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Spalteinrichtung, die man durch Modifizieren der Anordnung nach 5 erhält.
29 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer weiteren Spalteinrichtung, die durch Modifizieren der Anordnung nach 5 erhalten wird.
30 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer noch weiteren Spalteinrichtung, die man durch Modifizieren der Anordnung nach 5 erhält.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, näher erläutert.
1 ist eine schematische Grundrißansicht einer Ausführungsform einer optischen Abtastvorrichtung gemäß der Erfindung. Sie enthält eine Lichtquelleneinheit 1, bei der es sich um ein Halbleiterarray handeln kann, ausgebildet zum Emittieren von zwei Lichtströmen. Ein optisches System oder eine Optik für einfallendes Licht enthält eine Kollimatorlinse 2, eine Blendensteuerung 3 und eine Zylinderlinse 4, die entlang dem Weg der Lichtströme angeordnet sind, außerdem einen Lichtablenker oder Deflektor, bei dem es sich um einen mehrseitigen Drehspiegel 5 handeln kann. Der mehrseitige Drehspiegel 5 wird von einem (nicht gezeigten) Antriebsmotor gehalten und angetrieben, so daß er sich in Pfeilrichtung A mit hoher Geschwindigkeit dreht.
Eine Abtastoptik (ein optisches Fokussiersystem) mit fθ-Linsen 6a und 6b und einer abzutastenden Fläche 7, die diejenige einer photoempfindlichen Trommel sein kann, sind auf dem Weg des größten Teils der Lichtströme angeordnet, die von der Ablenkebene 5a des mehrseitigen Drehspiegels 5 abgelenkt werden. Darüber hinaus ist ein Spiegel 8 auf dem Weg eines Teils der Lichtströme angeordnet, die durch das Ende des fθ-Linsensystems mit den Linsen 6a und 6b laufen, und eine Spalteinrichtung 9 sowie ein Synchronisationssignalsensor (Photodetektor) 10 sind in dem Weg der von dem Spiegel 8 reflektierten Lichtströme angeordnet. Das Ende des fθ-Linsensystems mit den Linsen 6a und 6b und die Spalteinrichtung 9 bilden eine optische Synchronisations-Detektoreinrichtung, während der Synchronisationssignalsensor 10 eine Synchronisations-Detektoreinrichtung bildet.
Während die von dem mehrseitigen Drehspiegel 5 kommenden Lichtströme teilweise vom Ende des fθ-Linsensystems mit den Linsen 6a und 6b gemäß obiger Beschreibung fokussiert werden, kann ein unabhängiges Linsensystem zum Fokussieren eines Teils der Lichtströme eingesetzt werden, die von dem mehrseitigen Drehspiegel 5 kommen.
Wie in 2 im vergrößerten Maßstab dargestellt ist, enthält die Lichtquelleneinheit 1 ein Paar Lichtquellen 1a und 1b, die in der Hauptabtastrichtung X und in einer Nebenabtastrichtung Y voneinander getrennt sind. Die Kollimatorlinse 2 wandelt die divergenten Lichtströme aus den Lichtquellen 1a, 1b in konvergente Lichtströme um, und die Blendensteuerung 3 trimmt und optimiert die Profile der konvergenten Lichtströme, die von der Kollimatorlinse 2 kommen. Die Zylinderlinse 4 zeigt einen vorbestimmten Brechungseffekt ausschließlich in der Nebenabtastrichtung Y, so daß sie die von der Blendensteuerung kommenden konvergenten Lichtströme in die Nähe der Ablenkebene 5a des mehrflächigen Drehspiegels 5 entlang der Nebenabtastrichtung Y fokussiert und entlang der Hauptabtastrichtung X ein lineares Bild erzeugt.
Die fθ-Linsen 6a und 6b sind dazu ausgebildet, Fleckbilder der von dem mehrseitigen Drehspiegel 5 kommenden Lichtströme auf der abzutastenden Fläche 7 zu erzeugen, um diese mit den einzelnen Lichtflecken bei konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung B abzutasten. Während dieses Vorgangs stellen die fθ-Linsen 6a und 6b eine konjugierte Lagebeziehung zwischen der Nähe der Ablenkebene 5a des mehrseitigen Drehspiegels 5 und dem Nahbereich der abzutastenden Fläche 7 in Nebenabtastrichtung Y dar, um die Funktion zum Korrigieren jeder Relativ-Neigung der Fläche zu erfüllen, während die Endbereiche der fθ-Linsen 6a und 6b die Lichtströme, die von dem mehrseitigen Drehspiegel 5 reflektiert werden, unter einem vorbestimmten Winkel auf den Synchronisationssignalsensor 10 fokussieren und die Schlitzanordnung 7 die Positionen entlang der Hauptabtastrichtung X der Lichtströme auf der abzutastenden Fläche 7 festlegt. Der Synchronisationssignalsensor 10 gibt ein Synchronisationssignal zum Steuern der zeitlichen Lage der Abtast-Startpunkte der jeweiligen Lichtströme aus.
3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung nach 1. Die gleichen Komponenten wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dieser Ausführungsform sind die Lichtquellen 1a und 1b Halbleiterlaser, die an eine Lasertreiberschaltung 92 angeschlossen sind. Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 91 treibt die Lichtquellen 1a und 1b unabhängig voneinander mit Hilfe der Lasertreiberschaltung 92 nach Maßgabe des Eingangs-Videosignals.
Die beiden Lichtströme werden von den jeweiligen Lichtquellen 1a und 1b emittiert und abhängig von dem Eingangs-Videosignal moduliert, um dann von der Kollimatorlinse 2 kollimiert zu werden und nach Durchgang durch die Blendensteuerung 3 auf die Ablenkebene des mehrseitigen Drehspiegels (des optischen Deflektors) 5 als längliche lineare Bilder aufzutreffen, die entlang der von der Linse 4 gebildeten Hauptabtastrichtung verlaufen. Der mehrflächige Drehspiegel 5 wird mit hoher Geschwindigkeit von einem Spindelmotor 95 in Pfeilrichtung A angetrieben, um die beiden Lichtströme abzulenken. Diese beiden Lichtströme werden dann durch die fθ-Linsen 6a und 6b geleitet, werden von einem reflektierenden Spiegel 94 reflektiert und dann auf die abzutastende Fläche 7 der photoempfindlichen Trommel 101 in zahlreichen Lichtflecken fokussiert. Die Lichtflecken tasten die abzutastende Fläche 7 entlang der Hauptabtastrichtung ab, während die beiden Lichtströme abgelenkt werden. Andererseits wird die photoempfindliche Trommel 101 in Pfeilrichtung C mit Hilfe eines Antriebsmotors 93 gedreht und bewegt sich dadurch relativ zu den Lichtflecken entlang der Nebenabtastrichtung. Damit wird ein elektrostatisches, latentes Bild auf der photoempfindlichen Trommel 101 als Ergebnis der Abtastbewegungen der Lichtflecken entlang der Hauptabtastrichtung und der Bewegung der photoempfindlichen Trommel 101 entlang der Nebenabtastrichtung erzeugt.
Ein Teil der beiden Lichtströme, die von dem mehrseitigen Drehspiegel 5 abgelenkt werden, wird von dem Spiegel 8 reflektiert, durchläuft die Spaltanordnung 9 und wird von dem Synchronisationssignalsensor (Photodetektor) 14 aufgenommen. Der Sensor 10 ist mit einer Synchronisationssignal-Erzeugungsschaltung 90 verbunden, die abhängig vom Ausgangssignal des Synchronisationssignalsensor 10 ein Synchronisationssignal erzeugt, welches dann in die zentrale Verarbeitungseinheit 91 eingegeben wird, die die zeitliche Lage der Abtast-Startpunkte der Lichtflecken auf der abzutastenden Fläche 7 und mithin die zeitliche Lage der Bilderzeugung steuert.
4 ist eine schematische Querschnittansicht in der Nebenabtastrichtung einer Ausführungsform eines elektrophotographischen Druckers gemäß der Erfindung, welcher die oben beschriebene Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung beinhaltet. In 4 sind ein elektrophotographischer Drucker 117 und die Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung 100 dargestellt, die oben anhand der 1 bis 3 erläutert wurde. In 4 bezeichnet 101 eine photoempfindliche Trommel zum Tragen eines elektrostatischen latenten Bilds, 102 bezeichnet eine Ladewalze, die oberhalb der photoempfindlichen Trommel 101 in Berührung mit dieser gehalten wird, um die Oberfläche der Trommel 101 gleichmäßig mit Elektrizität aufzuladen. Die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 wird in einem Bereich stromabwärts bezüglich der Aufladewalze 102 mit den Lichtströmen 103 bestrahlt, die von der optischen Abtastvorrichtung 100 kommen.
Die Lichtströme 103 werden mit den eingegebenen Bilddaten moduliert, so daß auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt wird, während die Oberfläche mit den Lichtströmen 103 bestrahlt wird. Dann wird das elektrostatische latente Bild mit Hilfe einer in Berührung mit der Trommel 101 an einer Stelle stromabwärts der Flecke, wo die Oberfläche der Trommel 101 mit den Lichtstrahlen 103 bestrahlt wird, in Berührung stehenden Entwicklungseinheit 107 zu einem Tonerbild entwickelt. Danach wird das Tonerbild mit Hilfe einer Transferwalze 108, die unterhalb der photoempfindlichen Trommel 101, dieser gegenüberliegend, angeordnet ist, auf Papier 112 übertragen. Während das Papier 112 in einer Papierkassette 109, der photoempfindlichen Trommel 101 (rechts von der Trommel 101 in 4) aufgenommen ist, kann es alternativ auch von Hand zugeführt werden. Eine Zuführwalze 110 befindet sich am Ende der Papierkassette 109, um das Papier 112 aus der Papierkassette 109 mit Hilfe von Registerwalzen 111 in den Papiertransportweg einzuspeisen.
Damit wird das Papier 112 mit dem darauf befindlichen, nicht fixierten Tonerbild weiter zu einer Fixiereinheit bewegt, die sich hinter der photoempfindlichen Trommel 101 befindet (links von der Trommel 101 in 4). Die Fixiereinheit enthält in ihrem Inneren eine Fixierwalze 113 mit einer (nicht gezeigten) Fixierheizung, außerdem eine Andrückwalze 114, die gegen die Fixierwalze 113 gepreßt wird, so daß, wenn das Papier 112 aus dem Transferbereich des Druckers zwischen der Fixierwalze 113 und der Andrückwalze 114 zusammengepreßt und erhitzt wird, das nicht fixierte Tonerbild zu einem fixierten Bild auf dem Papier wird. Das Papier 112 mit dem nun darauf befindlichen fixierten Bild wird mit Hilfe von Transportwalzen 116 hinter der Fixierwalze 113 aus dem Drucker heraustransportiert.
Im folgenden soll im einzelnen die Spaltanordnung 9 erläutert werden, die den charakteristischsten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt.
Nach 5, die eine perspektivische Ansicht der Schlitzanordnung 9 zeigt, enthält sie eine Drehplatte 12 mit einem Spalt, durch den Lichtströme hindurchtreten können, einen Halter 13 zum drehenden Halten der Drehplatte 12, und einen Drehmechanismus 14 zum drehenden Antreiben der Drehplatte 12. Der Drehmechanismus enthält eine Antriebsstange 15, die mit der Drehplatte 12 über ein horizontales Loch 13a gekoppelt ist und zum Inneren eines vertikalen Lochs 13b in dem Halter 13 offen ist. Eine Stellschraube 16 mit einem Kopfteil 16a zum Justieren der Drehstellung der Antriebsstange 15 erstreckt sich durch ein in den Halter 13 gebohrtes Gewindeloch 13c und schlägt an der Antriebsstange 15 an, die von einer Schraubenfeder 17 in Richtung der Stellschraube 16 vorgespannt wird.
6 ist eine schematische, perspektivische Ansicht der Drehplatte der Spaltanordnung 5, wobei die Lichtströme La und Lb, die von den jeweiligen Lichtquellen 1a und 1b abgegeben werden, dazu gebracht werden, durch den nicht geneigten Spalt 11 zu laufen, während 7 eine schematische Darstellung der Abtast-Startpunkte der Lichtströme ist, die nicht zueinander versetzt sind, wobei aber die Abtast-Endpunkte gegeneinander um einen Versetzungsbetrag Xe versetzt sind. Das Vorzeichen von Xe in 7 ist als „Plus" angegeben, wenn die Lage des Abtast-Endpunkts für den Lichtstrom Lb gegenüber der Lage des Abtast-Endpunkts für den Lichtstrom La versetzt ist. Wenn der Spalt 11 unter dieser Bedingung gemäß 8 geneigt ist, werden die Abtast-Startpunkte um einen Versetzungsbetrag Xs gemäß 9 negativ versetzt, wodurch der Versatz Xe der Abtast-Endpunkte verkleinert wird. Das Vorzeichen von Xs in 9 ist in der gleichen Weise angegeben, wie es oben für Xe erläutert wurde. Wenn der Spalt 11 weiter geneigt wird, wie dies in 10 gezeigt ist, nimmt der Versatz Xs der Abtast-Startpunkte zu, was wiederum den Versatz Xe der Abtast-Endpunkte verringert, wie in 11 zu sehen ist.
Damit ist es möglich, die Zeitpunkte zum Nachweisen der Lichtströme La und Lb für den Synchronisationssignalsensor 10 einzustellen und damit deren Abtast-Startpunkte zu justieren, indem in passender Weise der Spalt 11 der Spaltanordnung 9 in der Nebenabtastrichtung Y geneigt wird. Dies wird im folgenden näher ausgeführt.
12 ist eine schematische Darstellung eines Spalts, der für die Zwecke der Erfindung verwendet werden kann, wobei der Spalt nicht geneigt ist, 13 ist eine graphische Darstellung der Wellenformen der Ausgangssignale des Synchronisationssignalsensors, wenn der Spalt in dem in 12 gezeigten Zustand gehalten wird und die Anstiegsflanken der Lichtströme La und Lb dazu gebracht werden, miteinander übereinzustimmen, während die Lichtmengen der Lichtströme La und Lb verschieden voneinander sind. Man beachte, daß in 13 die ausgezogene Linie für den Lichtstrom La und die gestrichelte Linie für den Lichtstrom Lb steht. Die in der Höhe des Versatzes von 0 gezogene Referenzlinie dient zum Bestimmen, ob die Lichtströme La und Lb durch den Synchronisationssignalsensor 10 gelaufen sind. Damit zeigt 13, daß es eine zeitliche Verzögerung Δt zwischen dem Lichtstrom La und dem Lichtstrom Lb gibt, der über den Versatz von 0 hinausgegangen ist, und der Abtast-Startzeitpunkt des Lichtstroms La hinter demjenigen des Lichtstroms Lb um die Zeit Δt verzögert ist.
Andererseits ist 14 eine schematische Darstellung desselben Spalts wie in 12, wobei aber der Spalt geneigt ist. 15 ist eine graphische Darstellung der Wellenformen der Ausgangssignale des Synchronisationssignalsensors, wenn der Spalt in dem in 14 gezeigten Zustand gehalten wird. Dabei kreuzen beide Lichtströme La und Lb die Versatzwert-Linie 0 gleichzeitig, und der Synchronisationssignalsensor 10 liefert ein Signal, durch welches der Abtast-Startpunkt des Lichtstroms La mit demjenigen des Lichtstroms Lb übereinstimmt.
Wenn die Drehplatte 12 des Spalts 11 einen Kerbabschnitt 12a aufweist, wie in 16 gezeigt ist, gibt es auch eine zeitliche Verzögerung Δt des Lichtstroms La und des Lichtstroms Lb, die einen Versatzwert 0 überwunden haben, und der Abtast-Startpunkt des Lichtstroms La liegt um die Zeit Δt hinter demjenigen des Lichtstroms Lb, wie in 17 dargestellt ist. Wenn allerdings der Spalt 11 geneigt ist, wie dies in 18 gezeigt ist, zeigen die beiden Lichtströme La und Lb keine zeitliche Verzögerung Δt mehr, und der Synchronisationssignalsensor liefert ein Signal, durch welches der Abtast-Startpunkt des Lichtstroms La mit demjenigen des Lichtstroms Lb in Übereinstimmung gebracht wird, wie in 19 gezeigt ist.
Wenn außerdem die zeitliche Nacheilung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Synchronisationssignalsensor 10 den Lichtstrom La entdeckt, und dem Zeitpunkt, zu dem der Sensor 10 den Lichtstrom Lb erkennt, und die zeitliche Nacheilung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Lichtstrom La den Pegel der Bildhöhe für den Abtast-Startpunkt kreuzt, und dem Zeitpunkt, zu dem der Lichtstrom Lb den Pegel der Bildhöhe für den Abtast-Startpunkt kreuzt, zurückzuführen sind auf die Differenz der Vergrößerung oder auf eine andere Ursache, so wird der Synchronisationssignalsensor 10 dazu gebracht, ein Signal zu bilden, welches die Abtast-Startpunkte der beiden Lichtströme miteinander in Übereinstimmung bringt, indem der Spalt 11 geneigt wird. Den gleichen Effekt erhält man auch, wenn die Lichtströme La und Lb aus der Kollimatorlinse parallele oder divergente Ströme sind.
Da andererseits die auf den mehrseitigen Drehspiegel 5 auftreffenden Lichtströme La und Lb konvergierende Lichtströme sind, sind der Bildpunkt des Lichtstroms La und derjenige des Lichtstroms Lb gegeneinander in der Hauptabtastrichtung auch dann versetzt, wenn die Abtast-Startpunkte der beiden Lichtströme miteinander in der Hauptabtastrichtung X übereinstimmen. In anderen Worten: die Lagebeziehung zwischen den Punkten spontaner Konvergenz der Lichtströme La und Lb, die durch die optische Einrichtung für das einfallende Licht hervorgerufen wird, wird modifiziert, wenn sich der mehrseitige Drehspiegel 5 dreht und dabei den Ablenkpunkt entlang der optischen Achse der optischen Einrichtung für das einfallende Licht bewegt.
Wenn zum Beispiel der Ablenkwinkel der Ablenkebene 5a des mehrseitigen Drehspiegels 5 für beide Lichtströme La und Lb äquivalent ist, tasten die Lichtströme La und Lb in unterschiedlichen Bildhöhen ab. Wenn dann der Ablenkwinkel des Lichtstroms La abweicht von demjenigen des Lichtstroms Lb, indem man eine zeitliche Nacheilung zwischen der Zeit des Abtaststarts des Lichtstroms La und der Zeit des Abtaststarts des Lichtstroms Lb vorsieht, so daß die Punkte des Abtaststarts der Lichtströme miteinander übereinstimmen, verschiebt sich die Ablenkebene 5a in ihrer Lage nach vorn oder nach hinten, wenn der Ablenkwinkel modifiziert wird, weil sich der Drehmittelpunkt der Ablenkebene 5a nicht auf der Ebene 5a selbst befindet. Außerdem ist die Lageabweichung der Ablenkebene 5a nicht proportional zum Ablenkwinkel, sondern kommt einer Parabel nahe, die durch eine quadratische Funktion betrieben werden kann.
Wenn daher die Lichtströme La und Lb sich auf im wesentlichen demselben Fleck in der Ablenkebene 5a befinden, wenn die Bildhöhe dem Wert Null entspricht, wie dies in 20 gezeigt ist, und die Lichtströme La und Lb von der optischen Achse der optischen Einrichtung für einfallendes Licht mit Hilfe der Ablenkebene 5a abgelenkt werden, so befindet sich die Ablenkebene für den Lichtstrom Lb näher an der Lichtquelle 1b auf der Seite der Abtast-Startposition, wie in 21 dargestellt ist, wohingegen die Ablenkebene für den Lichtstrom La sich näher an der Lichtquelle 1a auf der Seite der Abtast-Endposition befindet, wie in 22 gezeigt ist.
Wenn darüber hinaus einer der Lichtströme, beispielsweise der Lichtstrom La, dazu gebracht wird, auf die Ablenkebene 5a aufzutreffen und diese gegenüber der Position gemäß der ausgezogenen Linie zu der in 23 durch eine gestrichelte Linie dargestellten Position versetzt ist, so wird auch der Punkt spontaner Konvergenz des Lichtstroms La zu der Stelle versetzt, die in 23 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. In ähnlicher Weise wird die Ablenkebene 5a gegenüber der durch die ausgezogene Linie dargestellten Position in die durch eine gestrichelte Linie in 24 dargestellte Position gedreht, und der Punkt spontaner Konvergenz des Lichtstroms La wird ebenfalls versetzt zu der Stelle, die ebenfalls durch eine gestrichelte Linie in 24 dargestellt ist. Damit bewegt sich der Punkt spontaner Konvergenz abhängig vom Ablenkwinkel entlang der Hauptabtastrichtung X um einen Betrag, der sich als Funktion der Bildhöhe ändert. Da die Abtast-Startpunkte der beiden Lichtströme La und Lb folglich durch den Versatz des Punkts spontaner Konvergenz beeinflußt werden, werden ihre Lagebeziehungen relativ zu der Hauptabtastrichtung X modifiziert als Funktion der Bewegung der Ablenkebene 5a.
Wenn daher die Abtast-Startpunkt der beiden Lichtströme La und Lb miteinander bezüglich der Bildhöhe, bei der der Abtastvorgang gestartet wird, in Übereinstimmung gebracht werden, indem man den Spalt 11 im nicht-drehenden Zustand unter Idealbedingungen, wenn es keinen Unterschied im Verhältnis der Lichtmenge gibt, läßt sich der Punkt spontaner Konvergenz im Anschluß an unterschiedliche Wege für die Lichtströme La und Lb verschieben. Selbst wenn also der Spalt 11 nicht geneigt ist, wie dies in 12 zu sehen ist, läßt sich die Lagebeziehung der Bildpunkte der beiden Lichtströme auf der abzutastenden Fläche 7 entlang der Hauptabtastrichtung X nach 25 verschieben. Wenn andererseits der Spalt 11 in der Nebenabtastrichtung Y geneigt ist, wie dies in 26 zu sehen ist, läßt sich die Verschiebung minimieren, wie in 27 zu sehen ist.
Wenn also bei dieser Ausführungsform der negative Versatz der Abtast-Startpunkte der beiden Lichtströme La und Lb in der Hauptabtastrichtung X mit ΔXs bezeichnet wird und der positive Versatz der Abtast-Endpunkte der beiden Lichtströme La und Lb in der Hauptabtastrichtung mit ΔXe bezeichnet wird, ist es wünschenswert, wenn die Lagebeziehung der Bildpunkte der beiden Lichtströme das Erfordernis nach folgender Formel (1) erfüllt: ΔXs·ΔXe < 0 (1)und außerdem das Erfordernis der folgenden Formel (2) erfüllt: –2 < ΔXs/ΔXe < –0,5 (2).
Damit können beide optische Abtastsysteme der obigen Ausführungsform und die Bilderzeugungsvorrichtung, die von einem solchen optischen System Gebrauch macht, Bilder hoher Qualität bei einem reduzierten Anteil von Jitter erzeugen, wenn die Forderungen gemäß den obigen Formeln (1) und (2) erfüllt sind. Zusätzlich läßt sich der Aufwand für die Signalverarbeitungsvorgänge reduzieren, was den Einsatz eines einfacher konfigurierten Systems zum Verarbeiten von Signalen ermöglicht, um Bilder mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen, indem man die verstrichene Zeit zwischen der Ausgabe eines Synchronisationssignals durch den Sensor 10 und der Zeit, zu der ein entsprechender Abtastvorgang gestartet wird, für beide Lichtströme La und Lb gleich groß gemacht wird.
Wenn es nicht möglich ist, eine Dreh-Spaltanordnung 9 zu verwenden, was aus gewissen Gründen der Fall sein kann, so zum Beispiel aufgrund von fertigungstechnischen Gründen und/oder dem Erfordernis, eine bestimmte Bauteileanordnung einzuhalten, so kann alternativ eine Spaltanordnung 21 verwendet werden, die auf einer der Seiten des Spalts kippbar ist, wie in 28 gezeigt ist. Die Spaltanordnung nach 28 enthält ein fixiertes Spaltelement 22 mit einer Seite 22a des Spalts, einem Drehelement 23 für die andere Seite 23a des Spalts, einen Halter 24 zum drehbaren Haltern des Drehelements 23, einer Stellschraube 25 zum Justieren der Drehstellung des Drehelements 23, und einer Schraubenfeder 26 zum Vorspannen des Drehelements im Gegenuhrzeigersinn, wobei der Spalt 27 durch die beiden Seitenteile 22a und 23a definiert wird.
Wenn die Möglichkeit besteht, den Neigungswinkel des Spalts 11 vorab zu ermitteln, so kann die Spaltanordnung 9 ersetzt werden durch die in 29 gezeigte Spaltanordnung 31, die Elemente 32 und 33 aufweist, die geneigte Seiten 32a und 33a aufweisen, welche den geneigten Spalt 34 definieren.
Eine noch weitere Alternative ist die Spaltanordnung 35 in 30, die abhängig von den jeweiligen Fertigungsumständen eingesetzt werden kann. Die dargestellte Spaltanordnung 35 enthält Elemente 36 und 37 mit geneigten Seitenteilen 36a, 37a, die einen V-förmigen Spalt 38 definieren. Wenn bei dieser Anordnung der Lichtstrom La oder Lb, der durch den unteren Teil des Spalts 38 gelangt, zum Starten eines Abtastvorgangs verwendet werden soll, so kann eine Abfallflanke des Ausgangssignals des Synchronisationssignalsensors 10 dazu benutzt werden, die zeitliche Lage des Starts des Abtastvorgangs zu beginnen, obschon man sieht, daß die obige Beschreibung auch für die in 28 gezeigte Schlitzanordnung 21 mit einer Justiereinrichtung gilt.
Die Anwendbarkeit der Erfindung ist keineswegs auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, die sich auf zahlreiche unterschiedliche Weise modifizieren lassen, ohne von dem durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzumfang abzuweichen.

Claims

Optische Abtastvorrichtung zum Abtasten einer abzutastenden Fläche (7) mit mehreren Lichtströmen entlang einer Hauptabtastrichtung, umfassend: mehrere Lichtquellen (1a, 1b), die in Intervallen entlang der Hauptabtastrichtung und einer rechtwinklig zu dieser verlaufenden Nebenabtastrichtung angeordnet sind; einen Polygonspiegel (5) zum Ablenken der mehreren Lichtströme, die von den mehreren Lichtquellen abgegeben werden; ein optisches Einfallsystem (2, 3, 4) zum Leiten der mehreren Lichtströme von den mehreren Lichtquellen zu dem Polygonspiegel; ein optisches Abbildungssystem (6a, 6b) zum Erzeugen von Bildern der mehreren Lichtströme, die von dem Polygonspiegel abgelenkt werden, auf der abzutastenden Fläche; einen Photodetektor (10) zum Detektieren eines Teils der mehreren Lichtströme, die von dem Polygonspiegel abgelenkt werden, und zum Ausgeben eines Synchronisationssignals zum Steuern der zeitlichen Lage des Abtast-Beginns für jeden der Lichtströme, und einen Spalt (11, 27, 34, 38) zwischen dem Polygonspiegel und dem Photodetektor; wobei das optische Einfallsystem (2, 3, 4) dazu ausgebildet ist, die mehreren von den Lichtquellen abgegebenen Lichtströme dazu zu bringen, auf den Polygonspiegel (5) in Form konvergenter Lichtströme oder divergenter Lichtströme in der Hauptabtastrichtung aufzutreffen; dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt gegenüber der Nebenabtastrichtung derart geneigt ist, daß die Abtast-Startpunkte entlang der Hauptabtastrichtung der Lichtströme auf der abzutastenden Fläche voneinander abweichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Halter (13, 22, 24) mit einem Mechanismus (14) zum Justieren des Winkels des Spaltes relativ zu der Nebenabtastrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Spalt in einer von dem Halter (13) drehbar gehaltenen Drehplatte (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der ein Treiberstab (15) mit der Drehplatte (12) verbunden ist und der Halter mit einer Feder (17) ausgestattet ist, um den Treiberstab in eine vorbestimmte Richtung zu drängen, und eine Stellschraube (16) in Berührung mit dem Treiberstab gehalten wird, um den Treiberstab gegen die Spannkraft der Feder in einer vorbestimmten Stellung zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Spalt definiert ist durch eine feststehende seitliche Flanke (22a) des Halters und eine bewegliche seitliche Flanke (23a) eines drehbar von dem Halter gehaltenen Drehglieds (23); wobei der Halter mit einer Feder (26) versehen ist, um das Drehglied (23) in eine vorbestimmte Richtung zu drängen, und eine Stellschraube (25) in Berührung mit dem Treiberstab gehalten wird, um den Treiberstab gegen die elastische Kraft der Feder in einer vorbestimmten Stellung zu halten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Forderung entsprechend der Formel ΔXs·ΔXe < 0erfüllt ist, worin bedeuten – ΔXs den Verlagerungshub des Abtast-Startpunkts des von einer der mehreren Lichtquellen (1a, 1b) in der Hauptabtastrichtung emittierten Lichtstroms in bezug auf den Abtast-Startpunkt des von einer anderen der mehreren Lichtquellen in der Hauptabtastrichtung emittierten Lichtstroms, und – ΔXe den Verlagerungshub des Abtast-Endpunkts des von der erstgenannten der mehreren Lichtquellen in der Hauptabtastrichtung emittierten Lichtstroms in bezug auf den Abtast-Endpunkt des Lichtstroms, der von der genannten zweiten der mehreren Lichtquellen in der Hauptabtastrichtung abgegeben wird, wobei ΔXe auf der abzutastenden Fläche (7) liegt und ΔXs und ΔXe positive Werte annehmen, wenn die Verlagerungsrichtung die selbe ist wie die Hauptabtastrichtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die verstrichene Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Photodetektor (10) einen Teil des von der ersten der mehreren Lichtquellen (1a, 1b) abgegebenen Lichtstroms detektiert und ein Synchronisationssignal ausgibt, und dem Zeitpunkt, zu dem der von der zweiten der mehreren Lichtquellen abgegebene Lichtstrom die Abtastung beginnt, gleich ist der verstrichenen Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Photodetektor einen Teil des Lichtstroms, der von der zweiten der mehreren Lichtquellen abgegeben wird, detektiert und ein Synchronisationssignal ausgibt, und dem Zeitpunkt, zu dem der von der zweiten der mehreren Lichtquellen abgegebene Lichtstrom mit der Abtastung beginnt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der außerdem die Forderung entsprechend der Formel –2 < ΔXe/ΔXs < –0,5 erfüllt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die mehreren Lichtquellen (1a, 1b) Halbleiterlaser sind; und die optische Abtastvorrichtung außerdem aufweist: Lasertreiberschaltungen (92) zum Treiben der Halbleiterlaser, eine Synchronisationssignal-Erzeugungsschaltung (90) zum Erzeugen eines Synchronisationssignals auf der Grundlage des Ausgangssignals des Photodetektors (10) und eine zentrale Verarbeitungseinheit (91) zum Empfangen des von der Synchronisationssignal-Erzeugungsschaltung ausgegebenen Synchronisationssignals und zum unabhängigen Steuern der Lichtabgabe-Zeiten der Halbleiterlaser mit Hilfe der Lasertreiberschaltungen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das optische Einfallsystem eine Kollimatorlinse (2), eine Apertursteuerung (3) und eine Zylinderlinse (4) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das optische Abbildungssystem fθ-Linsen (6a, 6b) aufweist.
Bilderzeugungsvorrichtung mit einer optischen Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ausgebildet zur Erzeugung eines Bilds auf einer abzutastenden Fläche, indem die mehreren Lichtquellen unabhängig nach Maßgabe eines Videosignals angesteuert werden.
Elektrophotographischer Drucker mit einer optischen Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einem photoempfindlichen Körper (101), der auf der mit der optischen Abtastvorrichtung abzutastenden Fläche angeordnet ist, einer Entwicklungseinheit (107) zum Entwickeln eines durch Abtasten der Oberfläche des photoempfindlichen Körpers mit den mehreren Lichtströmen erzeugten elektrostatischen latenten Bilds zu einem Tonerbild, einer Bildtransfereinheit (108) zum Transferieren des entwickelten Tonerbilds auf Papier und einer Fixiereinheit (113, 114) zum Fixieren des auf das Papier transferierten Tonerbilds.