DE60118133T2

DE60118133T2 - Optisches Mehrstrahl-Abtastsystem, optisches Mehrstrahl-Abtastgerät und Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE60118133T2
Application number: DE60118133T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon Kabushiki Kaisha Yoshihiro Ohta-ku Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-10-06
Also published as: EP1197780B1; US6989855B2; US20020063910A1; DE60118133D1; EP1197780A3; KR100435023B1; JP4541523B2; EP1197780A2; KR20020028828A; CN1207603C; CN1356575A; JP2002116396A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Lichtabtastsystem, ein Abtastgerät, in dem selbiges eingebaut ist, und ein Bilderzeugungsgerät, das ein derartiges Abtastgerät verwendet, wie beispielsweise ein Laserstrahldrucker oder ein digitales Kopiergerät, und insbesondere auf ein optisches Mehrstrahlbündellichtabtastsystem und -gerät, das eine Vielzahl an Lichtquellen als eine Lichtquelle verwendet, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb und eine hohe Aufzeichnungsdichte zu erzielen, auf ein optisches Mehrstrahlbündellichtabtastgerät, in dem selbiges eingebaut ist, und auf ein Bilderzeugungsgerät, das das optische Mehrstrahlbündellichtabtastgerät verwendet.
9 zeigt den Hauptabtastabschnitt von einem herkömmlichen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem, das eine Vielzahl an Lichtquellen verwendet. Eine Vielzahl an Lichtquellen 21 ist aus einem Halbleiterlaser ausgebildet, der eine Vielzahl an Lichtausgabepunkten hat. Jedes der Lichtstrahlbündel, die von der Vielzahl an Lichtquellen ausgegeben werden, wird in ein im wesentlichen paralleles Strahlbündel oder konvergentes Strahlbündel durch eine Kollimatorlinse 22 umgewandelt. Jedes Lichtstrahlbündel wird in seiner Querschnittsform durch eine Aperturblende 23 geformt und konvergiert lediglich in der Nebenabtastrichtung durch eine zylindrische Linse 24 in derartiger Weise, dass ein Bild wie beispielsweise eine Fokussierlinie längs in der Hauptabtastrichtung in der Nähe einer Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 25a eines Polygonspiegels 25, der als optische Ablenkeinrichtung dient, erzeugt wird. Jedes Lichtstrahlbündel, das durch den Polygonspiegel 25 reflektiert/abgelenkt und abgetastet wird, wobei dieser sich in einer durch einen Pfeil A in 9 gezeigten Richtung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, wird durch eine f-θ-Linse 26 zu einem Punkt an einer abzutastenden Oberfläche 27 (Abtastoberfläche 27) fokussiert, die eine photosensitive Trommel oder dergleichen aufweist, und in einer Richtung eines Pfeiles B in 9 bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit abgetastet. Ein optisches System BD 28 erfasst eine Position zum Starten des Schreibvorgangs. Das optische System BD 28 hat einen BD-Schlitz 28a, eine BD-Linse 28b und einen BD-Sensor (synchrones Positionserfassungselement) 28c.
Wenn bei einem derartigen optischen Mehrstrahlbündelabtastsystem die Vielzahl an Lichtquellen vertikal in der Nebenabtastrichtung ausgelegt sind, wie dies in 10 gezeigt ist, wird das Nebenabtastlinienintervall an der Abtastfläche stärker als die Aufzeichnungsdichte. Um dies zu vermeiden, wird normalerweise eine Vielzahl an Lichtquellen schräg ausgelegt, wie dies in 11 gezeigt ist, und ein Neigungswinkel δ wird eingestellt, wodurch das Nebenabtastlinienintervall an der Abtastfläche genau so eingestellt wird, dass es mit der Aufzeichnungsdichte übereinstimmt.
Bei dem herkömmlichen optischen Lichtabtastsystem mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist die Vielzahl an Lichtquellen schräg ausgelegt. Da aus diesem Grund die Lichtstrahlbündel, die von der Vielzahl an Lichtquellen ausgegeben werden, die reflektierende Fläche von dem Polygonspiegel an Positionen erreichen, die in der Hauptabtastrichtung entfernt sind, und mit verschiedenen Reflexionswinkeln durch den Polygonspiegel reflektiert werden, werden Punkte an der Abtastfläche an Positionen erzeugt, die in der Hauptabtastrichtung abweichen, wie dies in 12 gezeigt ist (Lichtstrahlbündel A und Lichtstrahlbündel B).
Folglich werden bei einem derartigen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem Bilddaten mit einer Verzögerung einer vorbestimmten Zeit δT derart gesendet, dass die Bilderzeugungspositionen von den Lichtstrahlbündeln von den Lichtquellen mit einer Position übereinstimmen, bei der ein Lichtstrahlbündel von einer bestimmten Referenzlichtquelle sein Bild an der Abtastzielfläche erzeugt.
Durch die Verzögerungszeit δT wird die Polygonfläche als eine Fläche 25' mit einem Winkel eingestellt, der der Verzögerungszeit δT entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird das Lichtstrahlbündel in einer Richtung B', das heißt in der gleichen Richtung wie diejenige des Lichtstrahlbündels A so reflektiert, dass die Punkterzeugungspositionen der beiden Lichtstrahlbündel übereinstimmen, Es wird angenommen, dass ein Fokussierfehler in der Hauptabtastrichtung aufgrund irgendeiner Ursache auftritt (beispielsweise ist dies ein Positionsfehler zwischen der Abtastfläche und der optischen Einheit, die das optische System hält, ist es ein Zusammenbaufehler bei dem Zusammenbauen der optischen Komponenten in der optischen Einheit oder dergleichen). Wenn in diesem Fall die Abtastfläche 27 zu einer Position 27' verschoben wird, wie dies aus 12 hervorgeht, verschiebt sich die Bilderzeugungsposition von jedem Lichtstrahlbündel in der Hauptabtastrichtung um δY.
Wenn herkömmlich die Bilderzeugungsposition von jedem der Lichtstrahlbündel von der Vielzahl an Lichtquellen verschoben wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, nimmt die Druckgenauigkeit ab und die Bildqualität verschlechtert sich.
Das Fokussierverschieben/der Fokussierfehler in der Hauptabtastrichtung ergibt sich aufgrund verschiedener Faktoren, und diese können nicht vollständig beseitigt werden. Sogar ein Prozess zum Einstellen derselben erfordert Kosten. Unlängst wurde ein optisches System, das Kunststoffmaterial verwendet, häufig als eine f-θ-Linse aus den Gesichtspunkten der Kosten angewendet. Eine Kunststofflinse wird durch Spritzgießen hergestellt und ihre Oberflächengenauigkeit ist geringer als eine Genauigkeit, die durch ein Polieren eines optischen Glaselementes erhalten wird. Insbesondere erzeugt eine Kunststofflinse ohne weiteres einen konvexen Fehler in Bezug auf einen Gestaltungswert an einem Abschnitt der Linse und einen konkaven Fehler an einem anderen Abschnitt. Eine Fokussierverschiebung aufgrund eines derartigen Oberflächengenauigkeitsfehlers kann nicht über die Abtastzielfläche korrigiert werden.
Es ist daher sehr schwierig, eine Verschlechterung der Bildqualität aufgrund der Bilderzeugungspositionsverschiebung zwischen den Lichtstrahlbündeln von der Vielzahl an Lichtquellen zu korrigieren.
In der vorstehend dargelegten Beschreibung beträgt die Anzahl an Lichtausgabepunkten der Einfachheit halber 2. Wie leicht verständlich ist, nimmt, wenn die Anzahl an Lichtausgabepunkten auf 3, 4, 5, 6,........., zunimmt, der zwischen den Lichtquellen an zwei Enden erzeugte Wert δY proportional zu. Das heißt, bei dem herkömmlichen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem nimmt selbst dann, wenn die Anzahl an Lichtausgabepunkten erhöht wird, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erzielen, die Druckgenauigkeit ab, und die Bildqualität verschlechtert sich, da die vorstehend beschriebene Bilderzeugungspositionsverschiebung zwischen den Lichtstrahlbündeln von der Vielzahl an Lichtquellen zunimmt, was zu einer Schwierigkeit beim Erzielen eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs führt.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat angestrebt, ein optisches Mehrstrahlbündellichtabtastsystem und ein -gerät zu schaffen, die in optimaler Weise einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb und eine hohe Bildqualität erzielen können. Dies ist, wie dies nachstehend detailliert erläutert wird, erzielt worden, indem ein optisches Übertragungssystem zwischen der Vielzahl an Lichtquellen und der Kondenserlinse des optischen Systems so angeordnet wird, dass jegliche Bilderzeugungspositionsverschiebung δY in der Hauptabtastrichtung zwischen den Lichtstrahlbündeln von der Vielzahl an Lichtquellen in effektiver Weise verhindert werden kann, ohne eine komplexe Einstellung vorzunehmen. Ein Beispiel ist nachstehend von einem Bilderzeugungsgerät dargelegt, das das optische Mehrstrahlbündellichtabtastgerät verwendet.
Das optische Mehrstrahlbündellichtabtastsystem, das hierbei berücksichtigt wird, ist von der Art, wie dies in dem Patent US-A-5 463 418 offenbart ist, das den Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart.
In der Druckschrift US-A-5 463 918 besteht das optische Lichtstrahlbündeleinfallsystem von dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem aus sowohl einer Kondenserlinse als auch einer folgenden zylindrischen Linse, die sich zwischen den Lichtquellen und der optischen Ablenkeinrichtung befinden. Ein anderes Gerät mit einem ähnlichen Aufbau ist bereits hierbei erwähnt und unter Bezugnahme auf die 9 und 12 beschrieben. Probleme haben sich jedoch ergeben, wie dies vorstehend erörtert ist.
Die vorliegende Erfindung schafft nunmehr eine Lösung. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das hierbei erörterte optische Mehrstrahlbündellichtabtastsystem dadurch gekennzeichnet, dass:
das optische Lichtstrahlbündeleinfallsystem ein optisches Übertragungssystem hat, das zwischen der Vielzahl an Lichtquellen und der Kondenserlinse angeordnet ist, wobei ein Bilderzeugungspunkt P von jeder der Vielzahl an Lichtquellen durch das optische Übertragungssystem in der Hauptabtastebene zwischen der optischen Ablenkeinrichtung und dem optischen Übertragungssystem angeordnet ist; und
die Aperturblende an der Lichtquellenseite von dem Bilderzeugungspunkt P angeordnet ist;
wobei, wenn f2 die Fokussierlänge (Brennweite) von dem optischen Übertragungssystem in der Hauptabtastebene ist und d der Abstand von dem hinteren Hauptpunkt von dem optischen Übertragungssystem zu der Aperturblende in der Hauptabtastebene ist, die folgende Bedingung 0,75 ≤ f2/d ≤ 3,0erfüllt ist.
Vorzugsweise ist bei diesem System die Kondenserlinse so angeordnet, dass sie bewirkt, dass die Aperturblende im wesentlichen zu der Ablenkfläche der optischen Ablenkeinrichtung konjugiert, das heißt, gebeugt wird.
Die Vielzahl an Lichtquellen kann zumindest in der Hauptabtastrichtung getrennt sein. Wenn f₁ die Fokussierlänge (Brennweite) der Kondenserlinse in der Hauptabtastebene ist, ist vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllt:
Außerdem wird bevorzugt, dass das optische Übertragungssystem Bilder der Vielzahl an Lichtquellen in nicht mehr als einer Größe von eins zu eins erzeugt. Wenn β₂ die Abbildungsvergrößerung von dem optischen Übertragungssystem in der Hauptabtastebene ist, wird vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllt:
Es ist zu beachten, dass die sphärische Aberration und Feldkrümmung, die jeweils bei dem optischen Übertragungssystem erzeugt werden, durch die Kondenserlinse aufgehoben werden können. Das optische Übertragungssystem kann einen Aufbau aus einer Einheit haben. Die Kondenserlinse kann aus Zweikomponentenlinsen aufgebaut sein, das heißt, eine konkave Linse und eine konvexe Linse, die nacheinander von der Lichtquellenseite aus angeordnet sind, und das optische Übertragungssystem kann zwei konvexe Linsen mit der gleichen Form haben.
Ein optisches Mehrstrahlbündelabtastgerät wird vorgesehen durch eine Kombination des vorstehend beschriebenen Systems mit einer Einrichtung zum Antreiben der Lichtquellen und der optischen Ablenkeinrichtung.
Es wird ein Bilderzeugungsgerät geschaffen, das das vorstehend erwähnte optische Mehrstrahlbündelabtastgerät aufweist in Kombination mit einem fotosensitiven Element, das an einer abzutastenden Oberfläche angeordnet ist; einem Entwickler für ein als ein Tonerbild erfolgendes Entwickeln von einem elektrostatischen latenten Bild, das an dem fotosensitiven Element erzeugt wird, durch jeden der Lichtstrahlbündel, die durch das optische Mehrstrahlbündelabtastgerät abgetastet werden; einer Übertragungsvorrichtung für ein Übertragen des entwickelten Tonerbildes zu einem Übertragungselement; und einer Fixiervorrichtung für ein Fixieren des übertragenen Tonerbildes an dem Übertragungselement.
Es wird außerdem ein Bilderzeugungsgerät geschaffen, bei dem das vorstehend erwähnte optische Mehrstrahlbündelabtastgerät kombiniert ist mit einer Druckersteuereinrichtung für ein Umwandeln von Codedaten, die von einer externen Vorrichtung empfangen werden, zu einem Bildsignal, und zum Ausgeben des Bildsignals zu dem optischen Mehrstrahlbündelabtastgerät.
Nachstehend sind die beigefügten Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt eine Ansicht im Schnitt von dem Hauptteil in der Hauptabtastrichtung von einem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 2A, 2B und 2C zeigen Ansichten von einem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem bei dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem zur Erläuterung des Effektes des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Ansicht im Schnitt von dem Hauptabtastabschnitt des optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus von dem Hauptabtastabschnitt des optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt Ansichten der sphärischen Aberration und der Feldkrümmung, die bei der Übertragungslinse 2 erzeugt werden.
6 zeigt Ansichten der sphärischen Aberration und der Feldkrümmung, die bei der Kondenserlinse 3 erzeugt werden.
7 zeigt Ansichten der sphärischen Aberration und der Feldkrümmung bei dem gesamten optischen Einfallsystem durch die Übertragungslinse 2 und die Kondenserlinse 3.
8 zeigt eine Ansicht im Schnitt von dem Hauptabschnitt oder dem Hauptteil in der Hauptabtastrichtung von einem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung eines herkömmlichen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystems.
10 zeigt eine Ansicht von einem Umriss von Lichtausgabepunkten bei dem herkömmlichen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem.
11 zeigt eine Ansicht von einem anderen Umriss von Lichtausgabepunkten bei dem herkömmlichen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem.
12 zeigt eine erläuternde Ansicht einer Fokussierverschiebung bei dem herkömmlichen optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem.
13 zeigt eine Ansicht im Schnitt von dem Hauptteil in der Nebenabtastrichtung von einem Bilderzeugungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Nachstehend sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Diese Beschreibung ist lediglich beispielartig dargelegt.
1 zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptteil in der Hauptabtastrichtung von einem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das bei einem Bilderzeugungsgerät, wie beispielsweise einem Laserstrahldrucker oder einem digitalen Kopiergerät, angewendet ist.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Lichtquelle 1 aus einem Halbleiterlaser ausgebildet, der eine Vielzahl an Lichtausgabepunkten hat, wobei bei ihm eine Vielzahl an Lichtquellen schräg ausgelegt sind und ein Neigungswinkel δ so eingestellt ist, wie dies in 11 gezeigt ist, um das Nebenabtastlinienintervall an der Abtastfläche (die abzutastende Fläche) so genau einzustellen, dass es mit der Aufzeichnungsdichte übereinstimmt. Obwohl die Anzahl an Lichtausgabepunkten bei dem ersten Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung des Verständnisses 2 beträgt, kann die vorstehend dargelegte Idee auch dann angewendet werden, wenn die Anzahl an Lichtausgabepunkten zunimmt.
Jedes der Lichtstrahlbündel, die von den Lichtausgabepunkten ausgegeben werden, erzeugt ein Bild an einem Punkt P durch eine Übertragungslinse 2, die als ein optisches Übertragungssystem 2 dient. Jedes Lichtstrahlbündel, das zu einem Bild an dem Punkt P erzeugt wird, wird zu einem im wesentlichen parallelen Strahlbündel, einem konvergenten Strahlbündel oder einem divergenten Strahlbündel durch eine Kondenserlinse 3 umgewandelt, und lediglich in der Nebenabtastrichtung durch eine zylindrische Linse 4 so konvergiert, dass ein Bild wie beispielsweise eine Fokussierlinie, die in der Hauptabtastrichtung lang ist, in der Nähe einer Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a eines Polygonspiegels 5, der als eine optische Ablenkeinrichtung dient, erzeugt wird. Die zylindrische Linse 4 hat eine erste zylindrische Linse, die aus Glas hergestellt ist und eine konvexe optische Leistung hat, und eine zweite zylindrische Linse, die aus Kunststoff hergestellt ist und eine konkave Leistung hat. Die zylindrische Linse 4 korrigiert die Nebenabtastfokussierbewegung von einer f-θ-Linse 7, die aus Kunststoff hergestellt ist und als ein optisches Abtastsystem dient, aufgrund einer Umgebungsveränderung.
Eine Aperturblende 6 begrenzt die Strahlbündelbreite von jedem Lichtstrahlbündel, das durch die Übertragungslinse 2 konvergiert wird.
Die Aperturblende 6 ist an der Seite der Lichtquelle 1 in Bezug auf den Punkt P angeordnet, d.h. die Bilderzeugungspositionen der Vielzahl an Lichtausgabepunkten durch die Übertragungslinse 2.
Die Kondenserlinse 3 ist so eingerichtet, dass die Aperturblende 6 und die Ablenkfläche/reflektierende Fläche 5a annähernd optisch zueinander konvergieren. Die Lichtquelle 1, die Übertragungslinse 2, die Kondenserlinse 3, die zylindrische Linse 4 und die Aperturblende 6 bilden ein optisches Lichtstrahlbündeleinfallsystem.
Jedes Lichtstrahlbündel, das durch den Polygonspiegel 5 reflektiert/abgelenkt und abgetastet wird, der sich in einer durch einen Pfeil A in 1 gezeigten Richtung bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, wird durch die f-θ-Linse 7, die als ein optisches Abtastsystem dient, zu einem Punkt an einer Abtastfläche 8 fokussiert, die aus einer photosensitiven Trommel oder dergleichen besteht, und in einer Richtung eines Pfeiles B in 1 bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht.
Das optische Lichtstrahlbündeleinfallsystem bei dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem ist nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die 2A, 2B und 2C beschrieben.
2A zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptabtastabschnitt des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems bei dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem zur Erläuterung des Effektes von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2B zeigt eine Schnittansicht von dem Nebenabtastabschnitt. Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B hat der Aufbau keine Aperturblende 6 zur Erläuterung eines Falles, bei dem die Aperturblende 6 fehlt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist bei der Lichtquelle 1, die aus einem Halbleiterlaser mit zwei Lichtausgabepunkten 1A und 1B ausgebildet ist, die Vielzahl an Lichtquellen schräg ausgelegt, und der Neigungswinkel δ wird so eingestellt, wie dies in 11 gezeigt ist, um das Nebenabtastlinienintervall an der Abtastzielfläche so einzustellen, dass es mit der Aufzeichnungsdichte übereinstimmt.
Die Anzahl an Lichtausgabepunkten ist hierbei auf 2 eingestellt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann noch effektiver angewendet werden, wenn die Anzahl an Lichtausgabepunkten auf 3 oder mehr zunimmt. Die nachstehend dargelegte Beschreibung nimmt den Fall an, bei dem ein Halbleiterlaser als eine Lichtquelle verwendet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und jede beliebige andere Lichtquelle, wie beispielsweise eine LED, kann als eine Lichtquelle angewendet werden.
Jedes der Lichtstrahlbündel, die von den zwei Lichtausgabepunkten 1A und 1B ausgegeben werden, erzeugt ein Bild an dem Punkt P durch die Übertragungslinse 2, die als ein optisches Übertragungssystem dient. Jedes Lichtstrahlbündel, das zu einem Bild an dem Punkt P erzeugt wird, wird in ein im wesentlichen paralleles Strahlbündel, konvergierendes Strahlbündel oder divergierendes Strahlbündel durch die Kondenserlinse 3 umgewandelt und lediglich in der Nebenabtastrichtung durch die zylindrische Linse 4 so konvergiert, dass ein Bild wie beispielsweise eine Fokussierlinie, die in der Hauptabtastrichtung lang ist, in der Nähe von der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a des Polygonspiegels 5 erzeugt wird, der als eine optische Ablenkeinrichtung dient.
Es werden die Hauptstrahlen PA und PB der Lichtstrahlbündel berücksichtigt, die von den beiden Lichtausgabepunkten 1A und 1B ausgegeben werden. Wenn die beiden Hauptstrahlen parallel zu einer optischen Achse AX des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems ausgegeben werden, kreuzen die beiden Hauptstrahlen PA und PB sich an einem hinteren Fokussierpunkt Q von dem optischen Übertragungssystem.
Die Kondenserlinse 3 ist so eingerichtet, dass sie den hinteren Fokussierpunkt Q des optischen Übertragungssystems und die Ablenkfläche/reflektierende Fläche 5a annähernd optisch konjugierend zueinander in der Hauptabtastrichtung gestaltet. Wenn die Kondenserlinse 3 in dieser Weise eingerichtet ist, kreuzen die beiden Hauptstrahlen PA und PB, die sich an dem Punkt Q kreuzen, sich erneut an einem Punkt R an der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a in der Hauptabtastrichtung durch die Kondenserlinse 3.
Bei dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann eine ein Hauptabtastbild erzeugende Positionsverschiebung δY zwischen den beiden Strahlbündeln aufgrund einer Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung wie bei dem unter Bezugnahme auf 12 beschriebenen Stand der Technik aufgehoben werden. Wie dies leicht verständlich ist, tritt die Bilderzeugungspositionsverschiebung δY in der Hauptabtastrichtung auf, weil die Lichtstrahlbündel A und B', die in 12 gezeigt sind, in der Hauptabtastrichtung getrennt sind.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das optische Lichtstrahlbündeleinfallsystem derart gestaltet ist, dass die beiden Hauptstrahlen PA und PB den gleichen Punkt R an der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a in der Hauptabtastrichtung erreichen, verfolgen das Lichtstrahlbündel PA, das dem Lichtstrahlbündel A in 12 entspricht, und ein Lichtstrahlbündel PB', das dem Lichtstrahlbündel B in 12 entspricht, die gleiche Bahn. Folglich tritt die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen den beiden Strahlbündeln aufgrund der Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung wie bei dem Stand der Technik im Prinzip nicht auf.
Als nächstes wird ein Fall angenommen, bei dem die Hauptstrahlen PA und PB der Lichtstrahlbündel, die von den beiden Lichtausgabepunkten 1A und 1B ausgegeben werden, nicht parallel zu der optischen Achse AX von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem sind. Ein Lichtstrahlbündel, das von dem Halbleiterlaser ausgegeben wird, ist idealerweise parallel zu der optischen Achse AX von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem, hat aber normalerweise einen gewissen Winkelfehler. Für diesen Winkelfehler muss ein Fehler von ± 2° bis ± 3° berücksichtigt werden, obgleich er geringfügig sich zwischen einer Richtung, die parallel zu der Feldschwingungsebene ist, und einer Richtung, die senkrecht zu der Feldschwingungsebene ist, ändert.
Es wird angenommen, dass lediglich der Hauptstrahl PA von den beiden Hauptstrahlen PA und PB nicht parallel zu der optischen Achse AX des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems ist. 2C zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptabtastabschnitt des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems bei dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem, wenn lediglich der Hauptstrahl PA der beiden Hauptstrahlen PA und PB nicht parallel zu der optischen Achse AX von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem ist. Unter Bezugnahme auf 2C kreuzt der Hauptstrahl PA, der von dem Lichtausgabepunkt 1A ausgegeben wird, während er einen Winkel α in der Hauptabtastrichtung ausführt, nicht die optische Achse AX von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem an dem Punkt Q. Der Hauptstrahl PA tritt durch eine Position, die von der optischen Achse AX an dem Punkt Q in der Hauptabtastrichtung um Δ1 = f₂ × tanα getrennt ist. An der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a erreicht der Hauptstrahl PA einen Punkt, der in der Hauptabtastrichtung von der optischen Achse AX des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems um Δ2 = Δ1 × β₁ getrennt ist, das heißt, ein Betrag, der erhalten wird, indem der Wert Δ1 mit einer Abbildungsvergrößerung β₁ der Kondenserlinse 3 multipliziert wird. Da in diesem Fall die beiden Hauptstrahlen PA und PB nicht den gleichen Punkt R an der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a erreichen, tritt die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen den beiden Strahlbündeln aufgrund der vorstehend beschriebenen Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung auf. Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann ein derartiger Winkelfehler nicht vollständig beseitigt werden. Das heißt, selbst wenn die Übertragungslinse 2 und die Kondenserlinse 3 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gestaltet sind, kann die Bilderzeugungspositionsverschiebung δY in der Hauptabtastrichtung kaum auf null gebracht werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Aperturblende 6 für ein Begrenzen der Strahlbündelbreite von jedem der Lichtstrahlbündel, die von der Vielzahl an Lichtquellen ausgegeben werden, an der Seite der Lichtquelle in Bezug auf die jeweiligen Bilderzeugungspunkte P durch die Lichtstrahlbündel von der Vielzahl an Lichtquellen durch das optische Übertragungssystem angeordnet.
3 zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptabtastabschnitt von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Aperturblende 6 an dem Punkt Q an der optischen Achse AX des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems angeordnet ist. 3 zeigt einen Fall, bei dem lediglich der Hauptstrahl PA der beiden Hauptstrahlen PA und PB nicht parallel zu der optischen Achse AX des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems ist, wie dies bei 2C der Fall ist.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die Strahlbündelbreite von dem Hauptstrahl PA, der von dem Lichtausgabepunkt 1A ausgegeben wird, während er den Winkel α in der Hauptabtastrichtung vollführt, durch die Aperturblende 6 so begrenzt, dass der Hauptstrahl PA die optische Achse AX von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem an dem Punkt Q wie der Hauptstrahl PB kreuzt, der von dem Lichtausgabepunkt 1B ausgegeben wird. Folglich kreuzen die beiden Hauptstrahlen PA und PB, die an dem Punkt Q kreuzen, erneut an dem Punkt R an der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a durch die Kondenserlinse 3.
Das heißt, bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Aperturblende 6 für ein Begrenzen der Strahlbündelbreite von jedem der Lichtstrahlbündel, die von der Vielzahl von Lichtquellen ausgegeben werden, an dem Punkt Q eingerichtet, der die Seite der Lichtquelle in Bezug auf die Bilderzeugungspunkte P der Vielzahl an Lichtquellen durch die Übertragungslinse 2 ist, die als ein optisches Übertragungssystem dient. Selbst wenn bei dieser Anordnung die Hauptstrahlen PA und PB von den Lichtstrahlbündeln, die von den beiden Lichtausgabepunkten 1A und 1B ausgegeben werden, nicht parallel zu der optischen Achse AX von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem sind, kreuzen die beiden Hauptstrahlen erneut an dem Punkt R an der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a durch die Kondenserlinse 3. Folglich kann die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen den beiden Strahlbündeln aufgrund der vorstehend beschriebenen Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung zu null gebracht werden.
Selbst wenn bei diesem Aufbau Lichtstrahlbündel, die von den Lichtquellen ausgegeben werden, eine Winkeldifferenz haben, kann jegliche Abnahme der Genauigkeit beim Drucken und jegliche Verschlechterung der Qualität des Bildes in effektiver Weise verhindert werden, indem stets die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zu null gebracht wird, das heißt, aufgehoben wird. Selbst wenn außerdem eine kostengünstige Kunststofflinse als eine f-θ-Linse, die als ein optisches Abtastsystem dient, verwendet wird, kann die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY aufgrund der Fokussierverschiebung durch die f-θ-Linse beseitigt werden. Aus diesem Grund kann ein optisches Mehrstrahlbündellichtabtastsystem, das ein Bild in hoher Qualität ausgeben kann, das frei von jeglicher Abnahme im Hinblick auf die Genauigkeit des Druckens und von jeglicher Verschlechterung der Qualität des Bildes ist, bei einem kostengünstigen Aufbau erzielt werden und ein Bilderzeugungsgerät kann erzielt werden.
Wenn ein optisches Lichtstrahlbündeleinfallsystem ausgebildet wird unter Verwendung der Übertragungslinse 2, die als ein optisches Übertragungssystem dient, der Kondenserlinse 3 und der Aperturblende 6, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Fall ist, kann das System im Vergleich zu dem herkömmlichen optischen Einfallsystem sperrig werden. Um jegliche Zunahme der Größe zu vermeiden, sind bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Fokussierlänge (Brennweite) f₂ der Übertragungslinse 2, die als ein optisches Übertragungssystem dient, eine Abbildungsvergrößerung β₂ der Übertragungslinse 2, eine Fokussierlänge (Brennweite) f₁ der Kondenserlinse 3, ein Abstand d von dem hinteren Hauptpunkt des optischen Übertragungssystems zu der Aperturblende 6 und dergleichen auf eine geeignete Beziehung eingestellt, wodurch in effektiver Weise ein kompakter Aufbau erzielt wird.
Dies ist nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptabtastabschnitt von dem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Aperturblende 6 an dem Punkt Q an der optischen Achse AX des optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystems angeordnet ist, wie dies bei der 3 der Fall ist. Die Vielzahl an Lichtquellen, die aus einem Halbleiterlaser ausgebildet sind, haben jeweils die Lichtausgabepunkte 1A bzw. 1B. Es wird folgendes angenommen: f₂ sei die Fokussierlänge (Brennweite) der Übertragungslinse 2, β₂ sei die Abbildungsvergrößerung der Übertragungslinse 2, f₁ sei die Fokussierlänge (Brennweite) der Kondenserlinse 3, d sei der Abstand von dem hinteren Hauptpunkt der Übertragungslinse 2, die als ein optisches Übertragungssystem dient, zu der Aperturblende 6, S₁ sei der Abstand von dem hinteren Hauptpunkt der Kondenserlinse 3 zu der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a, S_k sei der Abstand von der Aperturblende 6 zu dem vorderen Hauptpunkt der Kondenserlinse 3, Δ sei der Abstand von der Aperturblende 6 zu dem Bilderzeugungspunkt P von der Vielzahl an Lichtquellen durch die Übertragungslinse 2, ϕ₁ sei der Blendendurchmesser von der Aperturblende 6, ϕ₀ sei der Durchmesser von jedem Lichtstrahlbündel, das aus der Kondenserlinse 3 herauskommt, Fn1 sei die F-Zahl an der Bildseite von jedem Lichtstrahlbündel durch die Übertragungslinse 2, die durch die Aperturblende 6 bestimmt wird, und L sei der Abstand von den Lichtausgabepunkten 1A und 1B von der Vielzahl an Lichtquellen zu der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a. Es wird angenommen, dass jedes Lichtstrahlbündel, das aus der Kondenserlinse 3 heraustritt, ein im wesentlichen paralleles Strahlbündel ist.
In diesem Fall wird der Abstand L von den Lichtausgabepunkten 1A und 1B von der Vielzahl an Lichtquellen zu der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a angegeben durch
Um den Wert L zu verringern, das heißt, das optische Einfallsystem kompakt zu gestalten, werden die Werte f₂ und f₁ verringert, und der Wert β₂ wird auf 1 eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Abstand L minimal gestaltet werden, wie dies ersichtlich ist. Das Beitragsverhältnis der Fokussierlänge (Brennweite) f₂ von der Übertragungslinse und der Fokussierlänge f₁ der Kondenserlinse zu dem Abstand L beträgt f₂ : f₁ = 4 : 1, wie dies aus der vorstehend dargelegten Gleichung hervorgeht. Das heißt, wenn
oder weniger ist, und β₂ = 1, dann kann der Wert L effektiv verringert werden.
Wenn jedoch der Wert f₂ zu gering relativ zu dem Wert f₁ eingestellt ist, werden eine sphärische Aberration und eine Feldkrümmung, die durch die Übertragungslinse 2 erzeugt werden, die als ein optisches Übertragungssystem dient, groß. Um in zufrieden stellender Weise die Aberrationen zu korrigieren, wird der Wert f₂ in Bezug auf den Wert f₁ groß eingestellt. Wenn jedoch der Wert f₂ zu groß eingestellt wird, kann der Wert L nicht gering eingestellt werden, und daher kann das optische Einfallsystem nicht kompakt gestaltet werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Werte f₁ und f₂ so eingestellt, dass sie erfüllen:
Der Blendendurchmesser ϕ₁ der Aperturblende 6 ist angegeben durch
Wie dies aus dieser Beziehung hervorgeht, wird der Blendendurchmesser ϕ₁ von der Aperturblende 6 durch die Werte Δ und Fn1 bestimmt. Der Wert Δ wird durch die Werte S₁, S_k und f₁ bestimmt. Wenn die Kondenserlinse bei einer normalen Position angeordnet ist, ist der Wert Δ normalerweise relativ klein. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Wert Fn1 groß ist, wird der Blendendurchmesser ϕ₁ der Aperturblende 6 gering. Wenn beispielsweise der Blendendurchmesser ϕ₁ der Aperturblende 6 eine Innendurchmessertoleranz hat, wird die Variation des Punktdurchmessers an der Abtastfläche aufgrund der Toleranz des Innendurchmessers groß, und es ist schwierig, einen stabilen Punktdurchmesser zu erhalten. Um den Einfluss der Toleranz des Innendurchmessers zu verringern, wird der Wert Fn1 vorzugsweise auf einen kleinen Wert eingestellt. Dies kann erreicht werden, indem bewirkt wird, dass die als ein optisches Übertragungssystem dienende Übertragungslinse 2 die Bilder der Vielzahl an Lichtquellen in einer Größe von 1 : 1 oder weniger erzeugt. Wenn jedoch die Abbildungsvergrößerung außerordentlich verringert ist, verschlechtert sich die Kopplungseffizienz der Lichtstrahlbündel von den Lichtquellen durch die Übertragungslinse 2 in unerwünschter Weise. Folglich wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Abbildungsvergrößerung β₂ der Übertragungslinse 2 so eingestellt, dass sie folgendes erfüllt:
Die Aperturblende 6 ist Idealerweise vorzugsweise an der hinteren Fokussierposition der Übertragungslinse 2 angeordnet, die als ein optisches Übertragungssystem dient. Jedoch kann in einigen Fällen eine derartige Gestaltung unmöglich sein aufgrund des Gesamtaufbaus von dem optischen Einfallsystem und einer mechanischen Einschränkung im Hinblick auf die Gestaltung. In einem derartigen Fall kann die Position der Aperturblende 6 in geeigneter Weise innerhalb des zulässigen Bereiches von dem Betrag der Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen den Strahlbündeln geändert werden. Folglich wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn f₂ die Fokussierlänge (Brennweite) von dem optischen Übertragungssystem ist und d der Abstand von dem hinteren Hauptpunkt des optischen Übertragungssystems zu der Aperturblende ist, die folgende Bedingung erfüllt:
Wenn die Aperturblende 6 derart angeordnet ist, dass der Wert „f₂/d" unterhalb des unteren Grenzwertes von der Bedingung (1) ist, ist die Aperturblende 6 zu nahe zu der Kondenserlinse 3, und der Aperturdurchmesser ϕ₁ muss auf einen kleinen Wert eingestellt werden. Wenn, wie dies vorstehend beschrieben ist, der Blendendurchmesser ϕ₁ von der Aperturblende 6 eine Toleranz bei dem Innendurchmesser hat, wird die Variation bei dem Punktdurchmesser an der Abtastfläche groß, und es wird schwierig, einen stabilen Punktdurchmesser zu erhalten. Wenn andererseits die Aperturblende 6 derart angeordnet ist, dass der Wert „f₂/d" den oberen Grenzwert der Bedingung (1) überschreitet, fällt der Betrag von der Verschiebung δY der Hauptabtastbilderzeugungsposition zwischen den Strahlbündeln außerhalb des zulässigen Bereiches, wobei die Abbildungsleistung sich verschlechtert aufgrund einer asymmetrischen Lichtintensitätsverteilung bei jedem Lichtstrahlbündel, und die Lichtmengendifferenz an der Abtastfläche zwischen den Lichtstrahlbündeln nimmt einen hohen Wert ein.
Als ein kennzeichnendes Merkmal von dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat zum Zwecke eines Gestaltens eines kompakten optischen Einfallsystems das optische Übertragungssystem einen Aufbau aus einer Einheit, und die sphärische Aberration und die Feldkrümmung, die durch das optische Übertragungssystem erzeugt werden, werden durch die Kondenserlinse 3 aufgehoben.
Wie dies anhand der Beziehungen (2) und (3) beschrieben ist, muss die Fokussierlänge (Brennweite) f₂ von der Übertragungslinse, die als ein optisches Übertragungssystem dient, in gewissem Grade klein sein, und die Abbildungsvergrößerung von der Übertragungslinse 2 ist außerdem vorzugsweise an der Reduktionsseite eingestellt. Darüber hinaus hat vorzugsweise jede Übertragungslinse 2 und jede Kondenserlinse 3 eine geringe Anzahl an Komponenten (Bauteilen) und sie ist so gestaltet, dass sie kompakt ist. Jedoch ist es besonders schwierig, eine sphärische Aberration und eine Feldkrümmung, die bei der Übertragungslinse 2 erzeugt werden, zu korrigieren, und es ist daher im wesentlichen nicht möglich, die Übertragungslinse 2 in einem Aufbau mit zwei Linsen mit einer geringen Anzahl an Komponenten (Bauteilen) zu gestalten.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Übertragungslinse 2 aus zwei Linsen ausgebildet, die die gleiche Form haben, und eine sphärische Aberration und eine Feldkrümmung, die bei der Übertragungslinse erzeugt werden, werden durch die Kondenserlinse 3 aufgehoben.
Sowohl die sphärische Aberration als auch die Feldkrümmung, die durch die Übertragungslinse 2 erzeugt werden, sind gering. Diese geringe sphärische Aberration und diese geringe Feldkrümmung werden aufgehoben, indem die Kondenserlinse 3 mit einem optimalen Linsenaufbau ausgebildet ist. Genauer gesagt hat die Kondenserlinse 3 zwei Linsen, das heißt, eine konkave Linse und eine konvexe Linse in Aufeinanderfolge von der Seite der Lichtquelle aus gesehen. Durch diesen Linsenaufbau erzeugt die Kondenserlinse 3 eine große sphärische Aberration und sie erzeugt eine große Feldkrümmung, um die kleine sphärische Aberration und die kleine Feldkrümmung der Übertragungslinse 2 aufzuheben.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ermöglicht dieser Aufbau ein Ausbilden der Übertragungslinse 2 und der Kondenserlinse 3 mit einer geringen Anzahl an Bauteilen, um das optische Einfallsystem kompakt zu gestalten und um außerdem in zufrieden stellender Weise die sphärische Aberration und die Feldkrümmung in dem gesamten Einfallsystem zu korrigieren. Folglich kann die Punktform an der Abtastfläche ebenfalls in zufrieden stellender Weise korrigiert werden, und die relative Differenz bei der Punktbilderzeugungsleistung zwischen den Lichtstrahlbündeln, die der Vielzahl an Lichtquellen entsprechen, kann in ausreichender Weise gering korrigiert werden. Als ein Ergebnis kann ein optisches Mehrstrahlbündellichtabtastsystem erhalten werden, das ein Bild in hoher Qualität und frei von einer Abnahme der Genauigkeit beim Drucken und frei von jeglicher Verschlechterung der Qualität des Bildes ausgeben kann, bei einem kostengünstigen und kompakten Aufbau, und ein Bilderzeugungsgerät kann erzielt werden.
Ein Fall, bei dem die Vielzahl an Lichtquellen so ausgelegt sind, wie dies in 11 gezeigt ist, ist vorstehend beschrieben. Wenn die kombinierte Fokussierlänge der Übertragungslinse 2 und der Kondenserlinse 3 so eingestellt ist, dass sie länger als die Fokussierlänge von der Kollimatorlinse 22 bei dem in 9 gezeigten herkömmlichen Aufbau eingestellt ist, kann der Nebenabtastintervall zwischen Linien, die durch die Lichtstrahlbündel an der Abtastfläche abgetastet werden, sogar dann verringert werden, wenn die Vielzahl an Lichtquellen so ausgelegt sind, wie dies in 10 gezeigt ist. Das heißt, da jedes der Lichtstrahlbündel, die von der Vielzahl an Lichtquellen ausgegeben werden, in dem Nebenabtastabschnitt innerhalb eines Abschnittes verwendet werden kann, der nahe zu der optischen Achse von jedem optischen System des optischen Lichtabtastsystems ist, kann die relative Differenz der Bilderzeugungsleistung zwischen den Lichtstrahlbündeln, die der Vielzahl an Lichtquellen entsprechen, verringert werden, und ein Bild in hoher Qualität kann ausgegeben werden.
Die Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften von dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wenn der Schnittpunkt zwischen jeder Linsenfläche und der optischen Achse als der Ursprung definiert wird, wird die Richtung der optischen Achse als die Achse X definiert, wird eine Achse, die senkrecht zu der optischen Achse in dem optischen Hauptabtastabschnitt steht, als die Achse Y definiert und wird eine Achse, die senkrecht zu der optischen Achse in dem Nebenabtastabschnitt steht, als die Achse Z definiert, wobei die asphärische Form von dem Hauptabtastabschnitt von der f-θ-Linse, die als eine Abtastlinse dient, vorgegeben ist durch
wobei R der Krümmungsradius ist und k und B₄ bis B₁₀ asphärische Koeffizienten sind.
Wenn jeder Koeffizient sich in Abhängigkeit davon ändert, ob der Wert y positiv oder negativ ist, werden Koeffizienten mit einem Anhang u, das heißt, ku und B_4u bis B_10u, angewendet, wenn der Wert y positiv ist, und Koeffizienten mit einem Anhängsel l, das heißt kl und B_4l bis B_10l, werden verwendet, wenn der Wert y negativ ist.
Was die Form des Nebenabtastabschnittes anbelangt, so sei y die Linsenflächenkoordinate in der Hauptabtastrichtung, wobei ein Krümmungsradius r' vorgegeben wird durch
wobei r der Krümmungsradius ist und D₂ bis D₁₀ Koeffizienten sind.
Wenn jeder Koeffizient sich in Abhängigkeit davon ändert, ob der Wert y positiv oder negativ ist, wird der Krümmungsradius r' berechnet unter Verwendung von Koeffizienten mit einem Anhängsel u, das heißt, D_2u bis D_10u, wenn der Wert y positiv ist, und der Krümmungsradius r' wird berechnet unter Verwendung von Koeffizienten mit einem Anhängsel l, das heißt, D_2l bis D_10l, wenn der Wert y negativ ist.
Die Tabelle 2 zeigt die Werte f₁, f₂, β₂ und d und die charakteristischen Werte, die den Bedingungen (1) bis (3) entsprechen. Wie dies aus dieser Tabelle hervorgeht, erfüllen sämtliche dieser Werte die vorstehend dargelegten Bedingungen.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
5 zeigt die sphärische Aberration und die Feldkrümmung, die bei der Übertragungslinse 2 erzeugt werden, die als ein optisches Übertragungssystem dient. 6 zeigt die sphärische Aberration und die Feldkrümmung, die bei der Kondenserlinse 3 erzeugt werden. 7 zeigt die sphärische Aberration und die Feldkrümmung bei dem gesamten optischen Einfallsystem durch die Übertragungslinse 2 und die Kondenserlinse 3. Jede Aberrationsdarstellung wird in einem Zustand berechnet, bei dem ein Lichtstrahlbündel so gestaltet ist, dass es von der Seite der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a einfällt. Wie dies aus den 5 bis 7 hervorgeht, werden die sphärische Aberration und die Feldkrümmung, die bei der Übertragungslinse 2 erzeugt werden, durch die sphärische Aberration und die Feldkrümmung aufgehoben, die bei der Kondenserlinse 3 erzeugt werden. Hierbei ist ΔM die Feldkrümmung bei dem Hauptabtastabschnitt und ΔS ist die Feldkrümmung bei dem Nebenabtastabschnitt.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben. 8 zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptteil in der Hauptabtastrichtung von dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das bei einem Bilderzeugungsgerät, wie beispielsweise einem Laserstrahldrucker oder einem digitalen Kopiergerät, angewendet ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Aperturblende 6 an der Seite der Lichtquelle in Bezug auf eine hintere Fokussierposition df₂ von einer Übertragungslinse 2 angeordnet, die als ein optisches Übertragungssystem dient. Die restlichen charakteristischen Werte sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Tabelle 3 zeigt die Werte f₁, f₂, β₂ und d und die charakteristischen Werte entsprechend den Bedingungen (1) bis (3) bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Aperturblende 6 an der Seite der Lichtquelle in Bezug auf die hintere Fokussierposition df₂ der Übertragungslinse 2 angeordnet ist, die als ein optisches Übertragungssystem dient, kann ein Blendendurchmesser ϕ₁ der Aperturblende 6 größer als bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt werden, so dass der Einfluss von der Toleranz des Innendurchmessers von der Aperturblende ϕ₁ auf den Punktdurchmesser an der Abtastfläche entspannt wird. Durch diesen Aufbau kann das zulässige Maß der Toleranz von dem Innendurchmesser der Aperturblende auf das 2,02-fache im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel erhöht werden, und die Genauigkeit der Bauteile kann weniger anspruchsvoll gestaltet werden.
Da andererseits die Aperturblende 6 von der hinteren Fokussierposition der Übertragungslinse 6, die als ein optisches Übertragungssystem dient, verschoben wird, wird eine Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen zwei Strahlbündeln aufgrund einer Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung nicht beseitigt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beträgt ein Trennbetrag Δ2 an der Ablenkfläche/reflektierenden Fläche 5a zwischen den Hauptstrahlen PA und PB der Lichtstrahlbündel, die von den Lichtausgabepunkten abgegeben werden, 0,166 mm. Die Fokussierlänge (Brennweite) von der f-θ-Linse, die als eine Abtastlinse dient, beträgt 212 mm. Wenn beispielsweise eine Fokussierverschiebung von 1 mm in der Hauptabtastrichtung erzeugt wird, ergibt sich eine Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen den beiden Strahlbündeln von
Wenn bei einem optischen Normalabtastsystem die Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung 2 mm überschreitet, nimmt der Punktdurchmesser in der Hauptabtastrichtung zu. Um dies zu vermeiden, wird die normale Baugruppeneinstellung derart ausgeführt, dass die Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung 2 mm oder weniger wird.
Wenn die Fokussierverschiebung in der Hauptabtastrichtung 2 mm beträgt, beträgt die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung δY zwischen zwei Lichtstrahlbündeln 1,6 μm, das heißt, zweimal so viel wie der Wert, der durch die vorstehend dargelegte Gleichung berechnet wird. Gemäß Versuchen, die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, wurde bestätigt, dass dann, wenn die Bilderzeugungspositionsverschiebung in der Hauptabtastrichtung 7 μm überschreitet, diese als ein Bild bemerkbar ist. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beträgt die Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung zwischen zwei Strahlbündeln jedoch 1,6 μm, das heißt, sie fällt in ausreichender Weise in den zulässigen Bereich.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das zulässige Maß der Aperturblende 6 auf das 2,02-fache im Vergleich zu dem Fall einer Aperturblende eingestellt, die an der hinteren Fokussierposition der Übertragungslinse 2, die als ein optisches Übertragungssystem dient, angeordnet ist. Dies ermöglicht ein Entspannen der Genauigkeit der Bauteile und ein zufrieden stellendes Einstellen der Hauptabtastbilderzeugungspositionsverschiebung zwischen den Strahlbündeln innerhalb des zulässigen Bereiches,
13 zeigt eine Schnittansicht von dem Hauptteil in der Nebenabtastrichtung von einem Bilderzeugungsgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 13 empfängt ein Bilderzeugungsgerät 104 der vorliegenden Erfindung Code-Daten Dc von einer externen Vorrichtung 117, wie beispielsweise ein Personalcomputer. Die Code-Daten Dc werden in Bilddaten (Bildpunktdaten) Di durch eine Druckersteuereinrichtung 111 in dem Gerät umgewandelt. Die Bilddaten Di werden zu einer optischen Mehrstrahlbündelabtasteinheit 100 eingegeben, wobei das optische Mehrstrahlbündellichtabtastsystem mit dem Aufbau des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels angewendet wird. Eine Vielzahl an Lichtstrahlbündeln 103, die gemäß den Bilddaten Bi moduliert werden, werden von der optischen Mehrstrahlbündelabtasteinheit 100 ausgegeben. Die photosensitive Oberfläche von einer photosensitiven Trommel 101 wird in der Hauptabtastrichtung durch die Vielzahl an Lichtstrahlbündeln 103 abgetastet.
Die photosensitive Trommel 101, die Als ein Träger (photosensitives Element) für ein elektrostatisches latentes Bild dient, wird im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn durch einen Motor 115 gedreht. Gemäß dieser Drehung bewegt sich die photosensitive Fläche der photosensitiven Trommel 101 relativ zu den Lichtstrahlbündeln 103 in der Nebenabtastrichtung, die senkrecht zu der Hauptabtastrichtung steht. Eine Aufladewalze 102 für ein gleichförmiges Aufladen der Oberfläche der photosensitiven Trommel 101 ist an der oberen Seite von der photosensitiven Trommel 101 angeordnet und liegt an ihrer Oberfläche an. Die Oberfläche der photosensitiven Trommel 101, die durch die Aufladewalze 102 aufgeladen wird, wird mit den Lichtstrahlbündeln 103 bestrahlt, die durch die optische Mehrstrahlbündelabtasteinheit 100 abgetastet werden.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird die Vielzahl an Lichtstrahlbündeln 103 auf der Grundlage der Bilddaten Di moduliert. Wenn die Oberfläche der photosensitiven Trommel mit den Lichtstrahlbündeln 103 bestrahlt wird, wird ein elektrostatisches latentes Bild an der Oberfläche der photosensitiven Trommel 101 erzeugt. Dieses elektrostatische latente Bild wird als ein Tonerbild durch einen Entwickler 101 entwickelt, der an der photosensitiven Trommel 101 an der stromabwärtigen Seite von der Bestrahlungsposition der Vielzahl an Lichtstrahlbündeln 103 entlang der Drehrichtung der photosensitiven Trommel 101 anliegt.
Das Tonerbild, das durch den Entwickler 107 entwickelt wird, wird zu einem Papierblatt 112 als ein Übertragungselement durch eine Drehwalze 108 übertragen, die an der unteren Seite der photosensitiven Trommel 101 so angeordnet ist, dass sie der photosensitiven Trommel 101 gegenübersteht. Das Papierblatt 112 wird in einer Papierkassette 109 an der Vorderseite (rechte Seite in 13) der photosensitiven Trommel 101 gelagert. Ein manuelles Zuführen ist ebenfalls möglich. Eine Zuführwalze 110 ist an einem Endabschnitt von der Papierkassette 109 angeordnet, um das Papierblatt 112 in der Papierkassette 109 zu einer Förderbahn zuzuführen.
Das Papierblatt 112, an dem das nicht fixierte Tonerbild in der vorstehend beschriebenen Weise übertragen worden ist, wird zu einer Fixiereinrichtung an der hinteren Seite (linke Seite in 1) der photosensitiven Trommel 101 befördert. Die Fixiereinrichtung hat eine Fixierwalze 113, die im Inneren eine (nicht gezeigte) Fixierheizeinrichtung hat, und eine Presswalze 114, die gegen die Fixierwalze 113 gepresst wird. Das nicht fixierte Tonerbild an dem Papierblatt 112 wird fixiert, indem das Papierblatt 112, das von dem Übertragungsabschnitt befördert worden ist, durch den Pressabschnitt zwischen der Fixierwalze 113 und der Presswalze 114 gepresst wird und das Papierblatt 112 erwärmt wird. Abgabewalzen 116 sind an der hinteren Seite von der Fixierwalze 113 angeordnet, um das fixierte Papierblatt 112 aus dem Bilderzeugungsgerät abzugeben.
Obwohl dies in 13 nicht dargestellt ist, führt die Druckersteuereinrichtung 111 nicht nur die vorstehend beschriebene Datenumwandlung aus, sondern auch eine Steuerung für die Abschnitte in dem Bilderzeugungsgerät inklusive dem Motor 115 und einem Polygonmotor und dergleichen bei dem optischen Mehrstrahlbündelabtastgerät.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist bei dem optischen Mehrstrahlbündellichtabtastsystem das optische Lichtstrahlbündeleinfallsystem ausgebildet unter Verwendung eines optimalen Aufbaus aus dem optischen Übertragungssystem und einer Kondenserlinse. Folglich kann ein optisches Mehrstrahlbündellichtabtastsystem, das optimal einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb erzielen kann und eine hohe Bildqualität erzielen kann, indem wirksam jegliche Bilderzeugungspositionsverschiebung zwischen Lichtstrahlbündeln von einer Vielzahl an Lichtquellen verhindert wird, ohne jegliche komplexe Einstellung vorgesehen werden, und ein Bilderzeugungsgerät kann vorgesehen werden, das das optische Mehrstrahlbündellichtabtastsystem verwendet.

Claims

Optisches Mehrfachstrahlbündellichtabtastsystem (1–7) mit: einer optischen Ablenkeinrichtung (5) und einem optischen Lichtstrahlbündeleinfallsystem (1–4) mit einer Kondenserlinse (3) zum Sammeln und Richten von jedem Lichtstrahlbündel, das von einer Vielzahl von Lichtquellen (1A, 1B) ausgegeben wird, zu einer Ablenkfläche (5a) der optischen Ablenkeinrichtung, und einer Aperturblende (6) für ein Begrenzen der Strahlbündelbreite von jedem der Lichtstrahlbündel, die von der Vielzahl an Lichtquellen ausgegeben werden; dadurch gekennzeichnet, dass das optische Lichtstrahlbündeleinfallsystem ein optisches Übertragungssystem (2) hat, das zwischen der Vielzahl an Lichtquellen (1A, 1B) und der Kondenserlinse (3) angeordnet ist, wobei ein Bilderzeugungspunkt P von jeder der Vielzahl an Lichtquellen durch das optische Übertragungssystem in der Hauptabtastebene zwischen der optischen Ablenkeinrichtung (5) und dem optischen Übertragungssystem (2) angeordnet ist; und die Aperturblende an der Lichtquellenseite von dem Bilderzeugungspunkt P angeordnet ist (Q); wobei, wenn f2 die Fokussierlänge (Brennweite) von dem optischen Übertragungssystem (2) in der Hauptabtastebene ist und d der Abstand von dem hinteren Hauptpunkt von dem optischen Übertragungssystem zu der Aperturblende in der Hauptabtastebene ist, die folgende Bedingung erfüllt ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei die Kondenserlinse (2) so angeordnet ist, dass sie bewirkt, dass die Aperturblende (6) im wesentlichen zu der Ablenkfläche (5a) der optischen Ablenkeinrichtung (5) konjugiert.
System einen der vorherigen Ansprüche, wobei die in Vielzahl vorhandenen Lichtquellen (1A, 1B) so angeordnet sind, dass sie zumindest in der Hauptabtastrichtung (B) getrennt sind.
System einen der vorherigen Ansprüche, wobei wenn f₁ eine Fokussierlänge (Brennweite) der Kondenserlinse (3) in der Hauptabtastebene ist, die folgende Bedingung
erfüllt ist.
System gemäß einen der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Übertragungssystem (2) Bilder von der Vielzahl an Lichtquellen in nicht mehr als einer Größe von 1 zu 1 erzeugt.
System gemäß Anspruch 5, wobei wenn β₂ die Abbildungsvergrößerung von dem optischen Übertragungssystem in der Hauptabtastebene ist, die folgende Bedingung
erfüllt ist
System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die sphärische Aberration, die bei dem optischen Übertragungssystem (2) erzeugt wird, durch die Kondenserlinse (3) aufgehoben wird.
System gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Feldkrümmung, die bei dem optischen Übertragungssystem (2) erzeugt wird, durch die Kondenserlinse (3) aufgehoben wird.
System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Übertragungssystem einen Aufbau als eine Einheit hat.
System einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das optische Übertragungssystem zwei konvexe Linsen mit der gleichen Form hat.
System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kondenserlinse zwei Komponentenlinsen hat, dass heißt eine konkave Linse und eine konvexe Linse, die nacheinander von der Lichtquellenseite aus angeordnet sind.
Optisches Mehrstrahlbündelabtastgerät (100) mit dem optischen Mehrstahlbündellichtabtastsystem (1–7) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zusammen mit einer Einrichtung zum Antreiben der Lichtquellen (1A, 1B) und der optischen Ablenkeinrichtung (5).
Bilderzeugungsgerät mit: dem optischen Mehrstrahlbündelabtastgerät (100) gemäß Anspruch 12; einem fotosensitiven Element (101), das an einer abzutastenden Oberfläche angeordnet ist; einer Entwicklungseinrichtung (107) für ein als ein Tonerbild erfolgendes Entwickeln von einem elektrostatischen latenten Bild, das an dem fotosensitiven Element erzeugt wird, durch jeden der Lichtstrahlbündel, die durch das optische Mehrstrahlbündelabtastgerät abgetastet werden; einer Übertragungsvorrichtung (108) für ein Übertragen des entwickelten Tonerbildes zu einem Übertragungselement (109); und einer Fixiervorrichtung (113, 114) für ein Fixieren des übertragenen Tonerbildes an dem Übertragungselement.
Bilderzeugungsgerät mit: dem optischen Mehrstrahlbündelabtastgerät (100) gemäß Anspruch 12 und einer Druckersteuereinrichtung (111) für ein Umwandeln von Codedaten, die von einer externen Vorrichtung (117) empfangen werden, zu einem Bildsignal, und zum Ausgeben des Bildsignals zu dem optischen Mehrstrahlbündelabtastgerät (100).