DE60317248T2

DE60317248T2 - Optische Abtastvorrichtung und diese verwendendes Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE60317248T2
Application number: DE60317248T
Authority: DE
Inventors: Manabu Ohta-ku Kato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: CN1438511A; EP1336889A3; EP1336889B1; US6825870B2; EP1336889A2; DE60317248D1; US20030169327A1; JP2003241126A; CN100351669C; JP4434547B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im wesentlichen eine optische Abtastvorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung, welche dieselbe verwendet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung geeignet für eine Bilderzeugungsvorrichtung wie einen Laserstrahldrucker, eine digitale Kopiermaschine oder einen Multifunktionsdrucker mit einem elektrophotographischen Prozeß, welche geeignet ist, ein von einer Lichtquelle emittiertes Lichtstrahlenbündel mittels eines Ablenkungselements abzulenken, um eine abzutastende Oberfläche durch ein optisches Abtastelement, das die fθ-Eigenschaften aufweist, optisch abzutasten, um dabei eine Bildinformation aufzuzeichnen.
Vordem wird in einer optischen Abtastvorrichtung wie in einem Laserstrahldrucker ein Lichtstrahlenbündel, welches entsprechend einem Bildsignal optisch moduliert wurde, um von der Lichtquelle emittiert zu werden, von einem optischen Ablenker, der beispielsweise einen rotierenden Polygonspiegel umfasst, periodisch abgelenkt, um auf einer Oberfläche eines photoempfindlichen Aufzeichnungsmediums (photoempfindliche Trommel) in einer fleckähnlichen Form von einem optischen Abtastelement mit den fθ-Charakteristiken gebündelt zu werden, und dann wird die Oberfläche des Aufzeichnungsmediums mit den abgelenkten Lichtströmen optisch abgetastet bzw. gescannt, um die Bildaufzeichnung auszuführen.
16 ist eine Perspektivansicht, welche in schematischer Weise die Konstruktion eines Hauptabschnitts einer herkömmli chen optischen Abtastvorrichtung zeigt. In der Figur wird ein divergentes Lichtstrahlenbündel, das von einer Lichtquelle 91 emittiert wird, im wesentlichen zu dem parallelen Lichtstrahlenbündel oder gebündelten Lichtstrahlenbündel durch eine Kollimatorlinse 92 gemacht und dann werden die Lichtströme (Lichtmenge) von einer Aperturblende 93 geformt, um in eine zylindrische Linse 94 eingeführt zu werden, die eine Brechkraft lediglich in der Nebenabtastrichtung aufweist. Der in die zylindrische Linse 94 eingegangene Lichtstrom wird innerhalb eines Hauptabtastquerschnitts in seiner Gesamtheit emittiert, während er innerhalb des Nebenabtastquerschnitts gebündelt wird, um im wesentlichen in der Form eines Zeilenbilds in der Nähe einer Polygonspiegeloberfläche 95a eines durch einen rotierenden Polygonspiegel gebildeten optischen Ablenkers 95 abgebildet zu werden.
Dann wird das Lichtstrahlenbündel, das von der Polygonspiegeloberfläche 95a des optischen Ablenkers 95 reflektiert und abgelenkt wurde, auf eine photoempfindliche Trommeloberfläche als eine Oberfläche 98 eingeführt, um durch ein fθ-Linsensystem (optisches Abtastelement) 96, das die fθ-Charakteristiken aufweist, abgetastet zu werden. Dann wird die photoempfindliche Trommeloberfläche 98 in einer Richtung (Hauptabtastrichtung), die durch einen Pfeil B bezeichnet ist, mit dem abgelenkten Lichtstrahlenbündel abgetastet, indem der optische Ablenker 95 in einer durch einen Pfeil A bezeichneten Richtung gedreht bzw. rotiert wird, um dabei die Bildinformation aufzuzeichnen.
In einer derartigen optischen Abtastvorrichtung ist es für die optische Korrektur der Oberflächenneigung eines optischen Ablenkers innerhalb des Nebenabtastquerschnitts notwendig, eine optisch konjugierte Beziehung (Abbildungsbeziehung) zwischen der Nachbarschaft der Ablenkungsoberfläche des opti schen Ablenkers und der abzutastenden Oberfläche aufzustellen.
17 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in der Nebenabtastrichtung von der Ablenkungsoberfläche zu der abzutastenden Oberfläche. In dem Fall, wo die Ablenkungsoberfläche 95a und die abzutastende Oberfläche 98 auf eine derartige Weise die konjugierte Beziehung in vollkommener Weise unter der Bedingung aufweisen, bei der die sphärische Aberration des optischen Abtastelements 96 geringer ist und ebenso die Größe der Oberflächenneigung der Ablenkungsoberfläche geringer ist, wie durch punktierte Linien angezeigt ist, wird das durch die Ablenkungsoberfläche 95a, welche die Oberflächenneigung aufweist, abgelenkte Lichtstrahlenbündel notwendigerweise auf eine optische Achse zurückgelenkt und weist daher keine Verschiebung in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche 98 auf.
Jedoch wird in dem optischen Ablenker wie in einem Polygonspiegel, bei welchem die Ablenkungsoberfläche abseits von dem Rotationszentrum ist, wie in 18 dargestellt ist, die Ablenkungsoberfläche hin und her bewegt in Abhängigkeit von dem abgelenkten Feldwinkel zur Ablenkung. Somit ist es, falls das Lichtstrahlenbündel innerhalb des Nebenabtastquerschnitts auf der abzutastenden Oberfläche in dem ganzen Feldwinkel abgebildet werden soll, dann schwierig, die konjugierte Beziehung zwischen der Ablenkungsoberfläche 95a und der abzutastenden Oberfläche 98 in dem gesamten Feldwinkel aufzustellen. Im übrigen werden in der Figur dieselben Komponentenelemente wie jene, die in 16 dargestellt sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Dann bezeichnet das Bezugszeichen 71 ein durch die zylindrische Linse 94 erzeugtes Zeilenbild, bezeichnet das Bezugszeichen 81 eine Polygonspiegeloberfläche, um das Lichtstrahlenbündel auf die optische Achse abzulenken, bezeichnet das Bezugszeichen 82 eine Polygonspiegeloberfläche, um das äußerste außeraxiale bzw. achsenferne Lichtstrahlenbündel auf die gegenüber der Lichtquellenseite liegende Seite abzulenken, und bezeichnet das Bezugszeichen 83 eine Polygonspiegeloberfläche, um das äußerste außeraxiale Lichtstrahlenbündel auf die Lichtquellenseite abzulenken.
Somit wird, da die konjugierte Beziehung in vollkommener Weise in der Bildhöhe aufgestellt ist, bei der das durch die zylindrische Linse 94 erzeugte Zeilenbild 71 mit der Ablenkungsoberfläche zusammenfällt, die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung nicht verursacht. Jedoch ist die Veränderung der Bestrahlungsposition aufgrund der Oberflächenneigung groß in der Nähe der optischen Achse und in der Nähe des optisches Wegs, der am meisten außerhalb der optischen Achse ist, wobei in jedem von ihnen der Abstand von dem Zeilenbild 71 zu der Ablenkungsoberfläche lang ist. Diese Veränderung der Bestrahlungsposition aufgrund der Oberflächenneigung bewirkt eine Ungleichmäßigkeit der Teilung in der Nebenabtastrichtung mit dem Zyklus der Anzahl von Polygonspiegeloberflächen und wird daher ein Problem im Sinne der Aufzeichnung der Bildinformation mit hoher Genauigkeit.
Andererseits wurde in den letzten Jahren eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung zum simultanen Abtasten einer Oberfläche mit einer Vielzahl von aus einer Vielstrahl-Lichtquelle emittierten Lichtstrahlenbündeln vorgeschlagen, um die hohe Geschwindigkeit und die hohe Auflösung zu bewältigen. Jedoch wird, da in dieser Vorrichtung ein bestimmtes Maß eines Teilungsfehlers ursprünglich unter einer Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln bleibt, auf ein Problem gestoßen, dass die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung im hohem Maße ein Bild beeinflusst.
Außerdem wurde eine Farbbilderzeugungsvorrichtung vorgeschlagen, bei der vier photoempfindliche Körper (photoempfindliche Trommeln) für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb einer Farbkopiermaschine verwendet werden und optische Abtastvorrichtungen darin jeweils angeordnet sind, um latente Bilder unter Verwendung von Laserstrahlen zu erzeugen, um dabei jeweils Bilder einer Satzvorlage mit Y (Gelb), M (Magenta), C (Cyan) und Bk (Schwarz) auf den Oberflächen der entsprechenden photoempfindlichen Körper zu erzeugen. Jedoch wird in dieser Vorrichtung auf ein Problem gestoßen, dass die Anzahl von Zeilen der benutzten Maschenrasterpunktstrukturen und die Schirmrasterwinkel variiert werden, und somit erscheint in einem Teil der Strukturen die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der oben erwähnten Oberflächenneigung in der Form einer Moire-Struktur in einem Bild, um die Bildqualität beachtlich zu verschlechtern.
US 5247385 offenbart ein optische Abtastvorrichtung, bei der, wie in 9C angezeigt ist, das Problem der Feldkrümmung aufgrund der Rotation des rotierenden Polygonspiegels angesprochen wird.
EP 0987575 offenbart ein optisches Abtastsystem, bei dem ein Polygonspiegel als ein Lichtablenker fungiert. Wie in 3 dargestellt ist, ist der Punkt, wo die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung des Lichtstrahlenbündels am geringsten wird, d. h. wo die Bildhöhe null wird, an der Ablenkungselementseite bezüglich der abzutastenden Oberfläche angeordnet.
EP 1139142 offenbart ein optisches Lichtabtastsystem, bei dem Licht entweder von einer einzelnen oder von einer Vielfach-Lichtquelle auf einen rotierenden Polygonspiegel gerichtet wird.
US 6038053 offenbart eine Farbbilderzeugungsvorrichtung.
US 3750189 offenbart ein Lichtabtastsystem, um einen Fleck über einer photoleitenden Oberfläche abzutasten.
Im Lichte der vorangegangenen Erörterung wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die oben erwähnten Probleme, die mit dem Stand der Technik verknüpft sind, aufzugreifen, und es ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung derselben bereitzustellen, die zur Bildaufzeichnung mit hoher Qualität geeignet sind, welche in der Lage sind, die Funktion zur Korrektur der Oberflächenneigung zu verbessern, während die Feldkrümmung bzw. Bildfeldwölbung innerhalb eines Nebenabtastquerschnitts eingehalten wird, indem ein leichtes und einfaches Verfahren benutzt wird, und die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung einer Ablenkungsoberfläche eines Ablenkers auf den geringeren Grad herunterzudrücken.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine optische Abtastvorrichtung vorgesehen mit:
Lichtquellenmittel;
einem ersten optischen Element zur Umwandlung des Zustands eines von dem Lichtquellenmittel emittierten Lichtstrahlenbündels in einen anderen Zustand;
einem zweiten optischen Element zur Umwandlung des Lichtstrahlenbündels von dem ersten optischen Element in ein in einer Hauptabtastrichtung erstrecktes Zeilenbild;
einem rotierenden Polygonspiegel, um das Lichtstrahlenbündels von dem zweiten optischen Element abzulenken und abzutasten; und
einem optischen Abtastelement zum Erzeugen eines Bilds des von dem rotierenden Polygonspiegel abgelenkten Lichtstrahlen bündels auf einer abzutastenden Oberfläche mit einer fleckförmigen Form, wobei eine Ablenkungsoberfläche des rotierenden Polygonspiegels und die abzutastende Oberfläche nahezu konjugiert in einem Nebenabtastquerschnitt sind, wobei
das Lichtstrahlenbündel in einer Hauptabtastrichtung schräg auf den rotierenden Polygonspiegel bezüglich der optischen Achse des optischen Abtastelements einfällt,
die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des Lichtstrahlenbündels auf der optischen Achse des optischen Abtastelements in dem abgelenkten Lichtstrahlenbündel die geringste wird, auf der Seite des rotierenden Polygonspiegels bezüglich der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist,
die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass:
die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen Lichtstrahlenbündels auf der Seite des schräg auf den rotierenden Polygonspiegel einfallenden Lichtstrahlenbündels bezüglich der Lichtachse des optischen Abtastelements die geringste wird, auf der dem rotierenden Polygonspiegel gegenüberliegenden Seite bezüglich der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen mit:
der optischen Abtastvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
einem photoempfindlichen Element, das auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist;
einer Entwicklungseinheit zum Entwickeln eines elektrostatisch latenten Bilds, das auf dem photoempfindlichen Element mit dem für die Abtastung der optischen Abtastvorrichtung verwendeten Lichtstrahlenbündel erzeugt wird, in der Form eines Toner-Bilds;
einer Übertragungseinheit zum Übertragen des durch die Entwicklung erstellten Toner-Bilds auf ein Material, auf welches ein Bild zu übertragen ist; und
einer Fixierungseinheit zum Fixieren des übertragenen Toner-Bilds auf dem Material, auf welches ein Bild zu übertragen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen mit:
der optischen Abtastvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung; und
einer Druckersteuerungseinrichtung zum Umwandeln von aus einem externen Gerät eingegebenen Codedaten in Bildsignale, um die resultierenden Bildsignale in die optische Abtastvorrichtung einzugeben.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen mit:
einer Vielzahl von optischen Abtastvorrichtungen, die jeweils die optische Abtastvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung beinhalten; und
einer Vielzahl von Bildträgern, die jeweils auf den abzutastenden Oberflächen der optischen Abtastvorrichtungen angeordnet sind, um Bilder zu erzeugen, die jeweils voneinander verschiedene Farben aufweisen.
Die obigen und andere Ziele wie auch die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung klar werden, welche lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
1 ist eine Querschnittansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts in einer Hauptabtastrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts in einer Nebenabtastrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine vergrößerte Ansicht der Nachbarschaft eines Polygonspiegels gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine graphische Darstellung, die zur Erläuterung einer Position einer Bildoberfläche und einer Bestrahlungsposition aufgrund einer Oberflächenneigung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
5 ist eine schematische Querschnittansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts in der Nebenabtastrichtung auf einer optischen Achse der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine graphische Darstellung, die zu Erläuterung einer Position einer Bildoberfläche und einer Bestrahlungsposition aufgrund einer Oberflächenneigung in einem Vergleichsbeispiel nützlich ist;
7A und 7B sind jeweils eine schematische Querschnittansicht, welche einen Hauptabschnitt eines Lichtstrahlenbündels auf einer optischen Achse in einer Nebenabtastrichtung eines optischen Abtastelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und eine schematische Querschnittansicht, welche einen Hauptabschnitt des äußersten außeraxialen bzw. achsenfernen Lichtstrahlenbündels in einer Nebenabtastrichtung eines optischen Abtastelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine graphische Darstellung, die bei der Erläuterung einer Position einer Bildoberfläche und einer Bestrahlungsposition aufgrund einer Oberflächenneigung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
9 ist eine Querschnittansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts in einer Hauptabtastrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Querschnittansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts in einer Nebenabtastrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist eine graphische Darstellung, die bei der Erläuterung einer Position einer Bildoberfläche und einer Bestrahlungsposition aufgrund einer Oberflächenneigung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützlich ist;
12 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in einer Nebenabtastrichtung, welche ein Konstruktionsbeispiel einer Bilderzeugungsvorrichtung (elektrophotographischer Drucker) unter Verwendung einer optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist eine schematische Ansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts einer Farbbilderzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ist eine schematische Ansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts einer Farbbilderzeugungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist eine schematische Ansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts einer Farbbilderzeugungsvorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist eine Perspektivansicht, welche die Konstruktion eines Hauptabschnitts einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung zeigt;
17 ist eine Ansicht, die zur Erläuterung der Prinzipien der Korrektur einer Oberflächenneigung nützlich ist; und
18 ist eine vergrößerte Ansicht, welche die Konstruktion in der Nachbarschaft eines Polygonspiegels einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung zeigt.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
<Optische Abtastvorrichtung>
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in einer Hauptabtastrichtung (Hauptabtastquerschnittansicht) gemäß einer ersten Ausführungsform einer optischen Abtastvorrichtung (optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung) der vorliegenden Erfindung und 2 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in einer Nebenabtastrichtung von 1.
Im übrigen wird in der vorliegenden Patentschrift eine Richtung, entlang welcher ein Lichtstrahlenbündel durch ein Ablenkungselement 5 reflektiert und abgelenkt wird (Ablenkunggescannt), definiert als eine Hauptabtastrichtung und eine Richtung, welche senkrecht zu einer optischen Achse eines optischen Abtastelements 6 und der Hauptabtastrichtung verläuft, wird definiert als eine Nebenabtastrichtung.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Lichtquelle, die aus einem Vielstrahl-Halbleiterlaser (Vielstrahl-Lichtquelle) gebildet ist, welcher eine Vielzahl von Lichtemissionspunkten 1a und 1b (zwei Lichtemissionspunkte in der vorliegenden Ausführungsform) aufweist.
In 1 wird wegen der Einfachheit der Beschreibung von den zwei Lichtemissionspunkten 1a und 1b lediglich der notwendige Lichtemissionspunkt 1a veranschaulicht.
Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Aperturblende, um zwei Lichtstrahlenbündel (Lichtmenge), die von der Lichtquelle 1 emittiert werden, zu begrenzen. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Kollimatorlinse als ein erstes optisches Element, um die zwei Lichtstrahlenbündel, die durch die Aperturblende 3 begrenzt werden, in im wesentlichen parallele Lichtstrahlenbündel (oder die divergenten Strahlenbündel oder die konvergenten Strahlenbündel) umzuwandeln. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine zylindrische Linse als ein zweites optisches Element, das eine vorbestimmte Brechkraft lediglich in der Nebenabtastrichtung aufweist und das dazu dient, die zwei durch die Kollimatorlinse 2 durchgelaufenen Lichtstrahlenbündel im wesentlichen in der Form eines Zeilenbilds auf einer Ablenkungsoberfläche (Polygonspiegeloberfläche) 5a eines Lichtablenkers 5, der später beschrieben werden wird, in dem Nebenabtastquerschnitt abzubilden.
Im übrigen bildet jedes der Komponentenelemente wie die Aperturblende 3, die Kollimatorlinse 2 und die zylindrische Linse 4 ein Element eines optischen Einfallssystems 9.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen optischen Ablenker, der beispielsweise von einem Polygonspiegel (rotierender Mehrfachspiegel) gebildet wird, welcher bei konstanter Geschwindigkeit in einer von einem Pfeil A angezeigten Richtung durch eine Treibereinheit (nicht dargestellt) wie durch einen Motor gedreht wird.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein optisches Abtastelement mit den fθ-Charakteristiken, das eine torische Plastiklinse (brechendes Element) 61 auf der Seite des Polygonspiegels 5 und ein optisches Verbundelement (Beugungselement) 62 auf der Seite der abzutastenden Oberfläche bzw. Fläche bezüglich eines Mittelpunkts zwischen der Drehachse des Polygonspiegels und der abzutastenden Oberfläche aufweist. Das optische Verbundelement 62 weist eine asphärische Oberfläche, welche die Brechkraft lediglich in der Hauptabtastrichtung (eine flache Oberfläche in der Nebenabtastrichtung) aufweist, als die Oberfläche auf der Einfallsseite und eine Oberfläche auf, die durch Hinzufügen eines Beugungsgitters zu einer flachen Oberfläche auf der Emissionsseite erzielt wird. Hier ist hinsichtlich der Beugungsgitterform beispielsweise die Fresnelähnliche Beugungsgitterform mit einem sägezahnförmigen Beugungsgitter, das durch das Oberflächenschneiden hergestellt wird, die stufenförmige Beugungsgitterform, die durch Photoätzen hergestellt wird, oder dergleichen dafür geeignet. Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform das optische Verbundelement 62 aus Plastik durch den Spritzgussprozess hergestellt. Jedoch können auch in dem Fall, wo ein Beugungsgitter auf einem Glassubstrat durch den Replica-Prozess ausgebildet wird, um ein Gitter herzustellen, dieselben Effekte auftreten. Jedes dieser optischen Elemente 61 und 62 weist die verschiedenen Brechkräfte in der Hauptabtastrichtung und in der Nebenabtastrichtung auf und sie dienen dazu, die abgelenkten Lichtströme von dem Polygonspiegel 5 auf der abzutastenden Oberfläche 8 in einer fleckförmigen Form abzubilden und ferner die Neigung der Ablenkungsoberfläche des Polygonspiegels 5 zu korrigieren. Nun werden die Ablenkungsoberfläche 5a und die abzutastende Oberfläche 8 nahezu konjugiert.
Jedoch kann das optische Element 61 aus Glas hergestellt werden.
Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Oberfläche einer photoempfindlichen Trommel als die abzutastende Oberfläche.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die zwei divergenten Lichtstrahlenbündel (lediglich ein Lichtstrahlenbündel ist in der Figur veranschaulicht), welche optisch moduliert wurden entsprechend der Bildinformation, um von dem Vielstrahl-Halbleiterlaser 1 emittiert zu werden, durch die Aperturblende 3 begrenzt (hinsichtlich der Lichtmenge) und werden dann im wesentlichen in die parallelen Lichtstrahlenbündel durch die Kollimatorlinse 2 umgewandelt, um in die zylindrische Linse 4 nach Begrenzung der Ströme (Begrenzung der Lichtmenge der Lichtströme) durch die Aperturblende 3 eingeführt zu werden. Die zwei im wesentlichen parallelen Lichtstrahlenbündel, die in die zylindrische Linse 4 eingetreten sind, treten so, wie sie sind, innerhalb des Hauptabtastquerschnitts aus. Zusätzlich werden sie innerhalb des Nebenabtastquerschnitts gebündelt, um im wesentlichen in der Form eines Zeilenbilds (ein in der Hauptabtastrichtung erstrecktes Zeilenbild) auf der Ablenkungsoberfläche 5a des optischen Ablenkers (Polygonspiegel) 5 abgebildet zu werden. Dann werden die zwei von der Ablenkungsoberfläche 5a des optischen Ablenkers 5 abgelenkten Lichtstrahlenbündel in einer fleckähnlichen Form auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 durch die torische Plastiklinse 61 und das optische Verbundelement 62 abgebildet. Der optische Ablenker 5 wird in einer durch einen Pfeil A angezeigten Richtung gedreht bzw. rotiert, um dabei die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 mit dem erzeugten Bild bei konstanter Geschwindigkeit in einer durch einen Pfeil B angezeigten Richtung (Hauptabtastrichtung) zu scannen bzw. abzutasten. Dabei wird die Bildaufzeichnung für die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 als das Aufzeichnungsmedium ausgeführt.
Die Oberflächenform einer brechenden Oberfläche in der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der folgenden Formausdrucksformel ausgedrückt.
Wenn ein Schnittpunkt zwischen jeder Linsenoberfläche und der optischen Achse als ein Ursprung definiert wird, wird die optische Achsenrichtung als die x-Achse definiert, wird die Achse, welche die optische Achse innerhalb des Hauptabtastquerschnitts senkrecht schneidet, als die y-Achse definiert und wird die Achse, welche die optische Achse innerhalb des Nebenabtastquerschnitts senkrecht schneidet, als die z-Achse definiert, wobei die Oberflächenform in der meridionalen Richtung, welche der Hauptabtastrichtung entspricht, wie folgt ausgedrückt wird. Gleichung 1
wobei R ein Krümmungsradius ist und K, B₄, B₆, B₈ und B₁₀ asphärische Oberflächenkoeffizienten sind.
Die Oberflächenform in der Sagittalrichtung, welche der Nebenabtastrichtung (der Richtung, welche die optische Achse enthält und die Hauptabtastrichtung senkrecht schneidet) entspricht, wird wie folgt ausgedrückt. Gleichung 2
Hier ist r' = r₀(1 + D₂Y² + D₄Y⁴ + D₆Y⁶ + D₈Y⁸ + D₁₀Y¹⁰) wobei r₀ ein sagittaler Krümmungsradius auf der optischen Achse ist und D₂, D₄, D₆, D₈ und D₁₀ Koeffizienten sind.
Im übrigen ist der sagittale Krümmungsradius r' außerhalb der optischen Achse innerhalb einer Oberfläche definiert, die eine Normale eines Meridians (Generatrix bzw. Erzeugende) in jeder Position enthält und die Hauptabtastoberfläche senkrecht schneidet.
Die Form einer Oberfläche der Beugung in der vorliegenden Erfindung wird auf der Basis der folgenden Phasenausdrucksformel ausgedrückt, die durch eine Phasenfunktion ausgedrückt wird, in welcher die Hauptabtastrichtung von bis hinauf zu der zehnten Ordnung ist und die Nebenabtastrichtung von der zweiten Ordnung ist und in Abhängigkeit von der Position der Hauptabtastrichtung abweicht. ϕ = mλ = b2Y2 + b4Y4 + b6Y6 + b8Y8 + b10Y10 + (d0 + d1Y + d2Y2 + d3Y3 + d4Y4)Z2 wobei m die Beugungsordnung ist: das gebeugte Licht der positiven ersten Ordnung wird in der ersten bis dritten Ausführungsform verwendet.
Im übrigen kann, während sowohl die Formausdrucksformel als auch die Phasenausdrucksformel durch die Funktion ausgedrückt werden, welche das Polynom bis hinauf zu dem spezifischen Grad aufweist, der Grad gleich jenem oder höher als jener Grad sein oder gleich jenem oder niedriger als jener Grad sein.
3 ist eine vergrößerte Ansicht der Nachbarschaft des Polygonspiegels 5 in der vorliegenden Ausführungsform und zeigt die Bewegung von Polygonspiegeloberflächen, welche den Drehbetrieb des Polygonspiegels 5 begleitet. In der Figur ist eine Polygonspiegeloberfläche 81 eine Spiegeloberfläche für das Lichtstrahlenbündel, um auf der optischen Achse des optischen Abtastelements 6 zu laufen, und sind Polygonspiegeloberflächen 82 und 83 jeweils Spiegeloberflächen für das Lichtstrahlenbündel, um in Richtung auf die äußerste Achsenferne zu laufen. Somit ist es gezeigt worden, dass der ablenkende (reflektierende) Punkt in Abhängigkeit von dem Ablenkungswinkel des Lichtstrahlenbündels abweicht. Zusätzlich ist das durch die zylindrische Linse 4 erzielte Zeilenbild 71 zwischen der Spiegeloberfläche 81 und der Spiegeloberfläche 83 angeordnet. Dann werden in dem Fall, wo eine Oberfläche, bei der die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt am geringsten wird (nachstehend kurz als „die beste Bildoberfläche" bezeichnet), auf der abzutastenden Oberfläche vorhanden ist, die Spiegeloberfläche und die abzutastende Oberfläche vollkommen konjugiert in der Bildhöhe, welche abgelenkt wird, wenn das Zeilenbild und die Spiegeloberfläche einander überlappen.
Numerische Werte in der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform sind in der Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
4 zeigt die Positionen der Bildoberflächen (die Feldkrümmungen in den Hauptabtast- und Nebenabtastquerschnitten) und die Bestrahlungsposition, wenn die Polygonspiegeloberfläche geneigt ist. Im übrigen bezeichnet die Position der Bildoberfläche in der Figur nicht den paraxialen Abbildungspunkt, sondern bezeichnet den Abbildungspunkt, an dem die Wellenaberration am geringsten wird. Dieser Abbildungspunkt wird der Punkt, der fast mit dem Tiefenzentrum zusammenfällt, wenn die Tiefe an dem Schnittniveau definiert ist, das 1.2-mal so groß wie der beste Fleckdurchmesser ist.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in der Figur dargestellt ist, die Position (Abbildungspunkt), wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des Lichtstrahlenbündels entweder auf der optischen Achse (die optische Achse des optischen Abtastelements 6) oder in der Nähe davon (nachstehend wird es auch kurz als „das Lichtstrahlenbündel auf der optischen Achse" bezeichnet) am geringsten wird, auf der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche 8 angeordnet (die Position der Bildoberfläche ist negativ).
5 ist eine schematische Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in der Nebenabtastrichtung auf der optischen Achse der vorliegenden Ausführungsform. In der Figur bezeichnen durchgezogene Linien das tatsächliche Lichtstrahlenbündel und punktierte Linien zeigen die konjugierte Beziehung von der Polygonspiegeloberfläche. Es ist in der Figur gezeigt worden, dass die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt am geringsten wird, nicht auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, sondern auf der optischen Ablenkerseite bezüglich der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, wobei die Beziehung zwischen einer Polygonspiegeloberfläche 81 zum Ablenken des Lichtstrahlenbündels in Rich tung auf die optische Achse und der abzutastenden Oberfläche näher an die vollkommen konjugierte Beziehung herankommt.
Die Positionen der Bildoberflächen eines allgemeinen Design- bzw. Konzeptionsbeispiels, wenn die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt am geringsten wird, auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist (die Feldkrümmungen in den Hauptabtast- und Nebenabtastquerschnitten), und die Bestrahlungsposition, wenn die Polygonspiegeloberfläche geneigt ist, sind als ein Bezugsbeispiel in 6 dargestellt. Wenn 6 mit 4 verglichen wird, ist es dann ersichtlich, dass der Effekt der Korrektur der Neigung der Polygonspiegeloberfläche der vorliegenden Ausführungsform groß ist, d. h. die Veränderung der Bestrahlungsposition, wenn die Oberfläche geneigt ist, klein ist.
In dieser Ausführungsform wird, wenn die laterale Vergrößerung in dem Nebenabtastquerschnitt des optischen Abtastelements 6 gleich βs ist, die nachfolgende Bedingung erfüllt: 1 ≤ |βs| ≤ 3.5.
Zusätzlich werden in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Abstand von der abzutastenden Oberfläche 8 zu der Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt der Lichtströme auf der optischen Achse am geringsten wird, gleich dS0 ist, der Abstand von dem Ablenkungspunkt des Lichtstrahlenbündels auf der optischen Achse (die Position der Polygonspiegeloberfläche 81) zu der Abbildungsposition 71 in dem Nebenabtastquerschnitt der zylindrischen Linse 4 gleich HS0 ist und die laterale Vergrößerung in dem Nebenabtastquerschnitt des optischen Abtastelements 6 gleich βs ist, die Elemente so gesetzt, um den nachfolgenden Ausdruck (1) zu erfüllen: HS0 × βs2 ≤ dS0 < 0.1HS0 × βs2 (1)
Der Abstand ds0 wird so gesetzt, um den obigen Bedingungsausdruck (1) zu erfüllen, wobei der Effekt der Korrektur der Neigung der Polygonspiegeloberfläche gesteigert werden kann, während die Verschlechterung der Abbildungsleistung aufgrund einer Defokussierung auf einem Minimum gehalten wird.
Falls dS0 größer als der obere Grenzwert des obigen Bedingungsausdrucks (1) wird, wird es dann nicht besser, da die Feldkrümmung in dem Nebenabtastquerschnitt schlechter wird. Andererseits wird, falls dS0 kleiner als der untere Grenzwert des Bedingungsausdrucks (1) wird, es dann nicht besser, da der Effekt der Verbesserung der Korrektur der Neigung der Polygonspiegeloberfläche verschlechtert wird.
Da in der vorliegenden Ausführungsform die Bedingung von βs = –2.76 und HS0 = –0.62 aufgestellt ist, wird die Beziehung von –4.72 ≤ dS0 < –0.47 erzielt. Dann wird die Beziehung von dS0 = –0.91 mm gesetzt, um dabei den obigen Bedingungsausdruck (1) zu erfüllen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es noch bevorzugter besser, den Bereich von numerischen Werten des obigen Bedingungsausdrucks (1) wie folgt einzustellen. HS0 × βs2 ≤ dS0 < 0.15HS0 × βs2 (1a)
Vorstehend ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine optische Abtastvorrichtung vorzusehen, bei welcher die Veränderung der Bestrahlungsposition aufgrund der Oberflächenneigung einen großen Einfluß auf ein Bild ausübt, wobei die Vorrichtung für eine Bildaufzeichnung hoher Qualität geeignet ist und in der Lage ist, die Funktion zur Korrektur der Oberflächenneigung zu steigern, während die Feldkrümmung bzw. Bildfeldwölbung in dem Nebenabtastquerschnitt eingehalten wird, indem ein leichtes und einfaches Verfahren benutzt wird, und die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung der ablenkenden Oberfläche auf den geringeren Grad herunterzudrücken.
Im übrigen soll, während in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtquelle aus der Vielstrahl-Lichtquelle gebildet ist, welche zwei Lichtemissionspunkte aufweist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein.
Das heißt, auch wenn die Lichtquelle beispielsweise aus einer Einzelstrahl-Lichtquelle oder einer Vielstrahl-Lichtquelle gebildet ist, welche drei oder mehr Lichtemissionspunkte aufweist, bietet die vorliegende Erfindung dieselben Effekte wie jene in der oben erwähnten ersten Ausführungsform dar.
Zusätzlich kann in der vorliegenden Ausführungsform das Lichtstrahlenbündel von der Lichtquelle 1 direkt in den optischen Ablenker 5 eingeführt werden, ohne die Kollimatorlinse 2, die zylindrische Linse 4 und dergleichen zu verwenden.
(Zweite Ausführungsform)
7A und 7B sind jeweils schematische Querschnittansichten eines Hauptabschnitts in der Nebenabtastrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung eines wichtigen Abschnitts der vorliegenden Erfindung. In diesen Figuren sind dieselben Komponentenelemente wie jene, die in 3 dargestellt sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein Unterscheidungspunkt zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der oben erwähnten ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen bzw. achsenfernen Lichtstrahlenbündels auf der Lichtquellenseite (nachstehend wird es auch kurz als „das äußerste außeraxiale Strahlenbündel" bezeichnet) (das von der Polygonspiegel-Oberfläche 83 reflektierte Lichtstrahlenbündel) des in das optische Abtastelement 6 eingetretenen Lichtstrahlenbündels am geringsten wird, auf der Seite angeordnet ist, die der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche bzw. Fläche 8 gegenüberliegt. Eine andere Konstruktion und optische Funktion sind im wesentlichen dieselben wie jene der ersten Ausführungsform und daher werden dieselben Effekte dargeboten.
Das heißt, 7A zeigt das Lichtstrahlenbündel auf der optischen Achse und 7B zeigt das äußerste außeraxiale Lichtstrahlenbündel an der Lichtquellenseite. Für das Lichtstrahlenbündel auf der optischen Achse ist ähnlich wie bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt am geringsten wird (Abbildungspunkt), auf der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche 8 angeordnet (die Position der Bildoberfläche ist negativ), um dabei den Effekt der Korrektur der Oberflächenneigung auf der optischen Achse zu steigern.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen Strahlenbündels am geringsten wird, auf der Seite angeordnet, die der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche 8 gegenüberliegt, wobei sogar in dem äußersten außeraxialen Strahlenbündel genauso die Beziehung zwischen der Polygonspiegeloberfläche 83 und der abzutastenden Oberfläche 8 angepaßt ist, näher an die vollkommen konjugierte Beziehung heranzukommen. Folglich kann nicht nur für das Lichtstrahlenbündel auf der optischen Achse sondern auch für die Nachbarschaft des äußersten außeraxialen Strahlenbündels der Effekt zur Korrektur der Oberflächenneigung gesteigert werden.
Numerische Werte in der optischen Abtastvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
8 zeigt die Positionen der Bildoberflächen (die Feldkrümmungen in den Hauptabtast- und Nebenabtastquerschnitten) und die Bestrahlungsposition, wenn die Polygonspiegeloberfläche in der vorliegenden Ausführungsform geneigt ist. Indem 8 mit dem Ergebnis des in 6 dargestellten Bezugsbeispiels verglichen wird, ist es dann ersichtlich, dass sowohl in dem Lichtstrahlenbündel auf der optischen Achse als auch in dem äußersten außeraxialen Strahlenbündel der Effekt zur Korrektur der Neigung der Polygonspiegeloberfläche in der vorliegenden Ausführungsform groß ist, d. h. die Veränderung der Bestrahlungsposition, wenn die Oberfläche geneigt ist, klein ist.
Indessen entspricht die negative Seite der Achse der Abszisse (Bildhöhe) in 8 der Lichtquellenseite 1.
Im übrigen ist in der vorliegenden Ausführungsform die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen Strahlenbündels auf der Seite, welche der Lichtquellenseite 1 gegenüberliegt (die von der Polygonspiegeloberfläche 82 reflektierten Lichtströme), am geringsten wird, auf der Seite angeordnet, die der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche 8 gegenüberliegt. Dabei werden dieselben Effekte wie jene der oben erwähnten ersten Ausführungsform ebenso dargeboten.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine optische Abtastvorrichtung vorzusehen, bei der die Veränderung der Bestrahlungsposition aufgrund der Oberflächenneigung einen großen Einfluß auf ein Bild ausübt, wobei die optische Abtastvorrichtung an die Bildaufzeichnung mit hoher Qualität angepaßt ist und in der Lage ist, die Funktion zur Korrektur der Oberflächenneigung zu steigern, während die Feldkrümmung in dem Nebenabtastquerschnitt eingehalten wird, indem ein leichtes und einfaches Verfahren benutzt wird, und die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung der Ablenkungsoberfläche auf den geringeren Grad herunterzudrücken.
Im übrigen soll, während in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtquelle aus der Vielstrahl-Lichtquelle mit zwei Lichtemissionspunkten gebildet ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein. Das heißt, auch wenn die Lichtquelle beispielsweise aus einer Einzelstrahl-Lichtquelle oder einer Vielstrahl-Lichtquelle mit drei oder mehr Lichtemissionspunkten gebildet wird, bietet die vorliegende Erfindung dieselben Effekte wie jene in der oben erwähnten zweiten Ausführungsform dar.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Bedingungsausdruck (1) und (1a) ebenso erfüllt.
(Dritte Ausführungsform)
9 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in der Hauptabtastrichtung (Hauptabtastquerschnittansicht) gemäß einer dritten Ausführungsform der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung und 10 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in der Nebenabtastrichtung (Nebenabtastquerschnittansicht) von 9. In 9 und 10 werden dieselben Komponentenelemente wie jene, die in 1 und 2 dargestellt sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Unterscheidungspunkte zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der oben erwähnten ersten Ausführungsform bestehen darin, dass ein einzelnes optisches Element (einzelne Linse) 63 in einem optischen Abtastelement 16 verwendet wird und dass die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen Strahlenbündels auf der Lichtquellenseite des auf das optische Abtastelement 16 einfallenden Lichtstrahlenbündels am geringsten wird, auf der Seite angeordnet ist, welche der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche 8 gegenüberliegt. Eine andere Konstruktion und optische Funktion sind im wesentlichen dieselben wie jene der ersten Ausführungsform. Folglich werden dieselben Effekte dargeboten.
Das heißt, in 9 und 10 bezeichnet das Bezugszeichen 16 das optische Abtastelement, das durch die einzelne Linse 63 gebildet wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich wie bei der oben erwähnten ersten Ausführungsform ebenso die Position (Abbildungspunkt), wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des Lichtstrahlenbündels auf der optischen Achse am geringsten wird, auf der optischen Ablenkerseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche bzw. Fläche 8 angeordnet (die Position der Bildoberfläche ist negativ), um dabei den Effekt der Korrektur der Oberflächenneigung auf der optischen Achse zu steigern. Außerdem ist die Position, wo die Wellenaberrationen in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen Strahlenbündels am geringsten wird, auf der Seite angeordnet, die der optischen Reflektorseite 5 bezüglich der abzutastenden Oberfläche 8 gegenüberliegt, wobei auch in dem äußersten außeraxialen Strahlenbündel genauso die Beziehung zwischen der Polygonspiegeloberfläche 5a und der abzutastenden Oberfläche 8 daran angepaßt ist, näher an die vollkommen konjugierte Beziehung heranzukommen. Folglich kann nicht nur für die Lichtströme auf der optischen Achse, sondern auch in der Nachbarschaft des äußersten außeraxialen Strahlenbündels der Effekt zur Korrektur der Oberflächenneigung gesteigert werden.
Numerische Werte in der optischen Abtastvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
11 zeigt die Positionen der Bildoberflächen (die Feldkrümmungen in den Hauptabtast- und Nebenabtastquerschnitten) und die Bestrahlungsposition, wenn die Polygonspiegeloberfläche in der vorliegenden Ausführungsform geneigt ist. Indem 8 mit dem Ergebnis des in 6 dargestellten Bezugsbeispiels verglichen wird, ist es dann ersichtlich, dass sowohl in dem Lichtstrahlenbündel auf der optischen Achse als auch in dem äußersten außeraxialen Strahlenbündel der Effekt zur Korrektur der Neigung der Polygonspiegeloberfläche in der vorliegenden Ausführungsform groß ist, d. h. die Veränderung der Bestrahlungsposition, wenn die Oberfläche geneigt ist, klein ist.
Indessen entspricht die positive Seite der Achse der Abszisse (Bildhöhe) in 11 der Lichtquellenseite 1.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine optische Abtastvorrichtung vorzusehen, bei der die Veränderung der Bestrahlungsposition aufgrund der Oberflächenneigung einen großen Einfluß auf ein Bild ausübt, wobei die optische Abtastvorrichtung an die Bildaufzeichnung mit hoher Qualität angepasst ist und in der Lage ist, die Funktion zur Korrektur der Oberflächenneigung zu steigern, während die Feldkrümmung in dem Nebenabtastquerschnitt eingehalten wird, indem ein leichtes und einfaches Verfahren benutzt wird, und die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung der Ablenkungsoberfläche auf den geringeren Grad herunterzudrücken.
Zusätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform das optische Abtastelement durch das Einzellinsenelement gebildet, wobei es möglich ist, eine optische Abtastvorrichtung vorzusehen, die eine einfachere Konstruktion aufweist.
Im übrigen soll, während in der vorliegenden Ausführungsform die Lichtquelle aus der Vielstrahl-Quelle mit zwei Lichtemissionspunkten gebildet wird, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt werden. Das heißt, auch wenn die Lichtquelle beispielsweise aus einer Einzelstrahl-Lichtquelle oder einer Vielstrahl-Lichtquelle mit drei oder mehr Lichtemissionspunkten gebildet wird, bietet die vorliegende Erfindung dieselben Effekte wie jene der oben erwähnten ersten Ausführungsform dar.
In der vorliegenden Ausführungsform werden ebenso die Bedingungsausdrücke (1) und (1a) erfüllt.
Im übrigen soll, während in jeder der oben erwähnten Ausführungsformen das optische Abtastelement von zwei Elementen, welche ein brechendes Element und ein Beugungselement sind, oder von einem einzelnen brechenden Element (Einzellinsenelement) gebildet wird, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein. Das heißt, das optische Abtastelement kann von zwei oder mehr brechenden Elementen gebildet sein oder kann von drei oder mehr optischen Elementen einschließlich eines brechenden Elements und eines Beugungselements gebildet sein.
<Bilderzeugungsvorrichtung>
12 ist eine Querschnittansicht eines Hauptabschnitts in einem Nebenabtastquerschnitt, welche eine Ausführungsform einer Bilderzeugungsvorrichtung (elektrophotographischer Drucker) unter Verwendung der optischen Abtastvorrichtung der oben erwähnten ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform zeigt. In 12 bezeichnet das Bezugszeichen 104 eine Bilderzeugungsvorrichtung. Codedaten Dc werden von einem exter nen Gerät 117 wie einem Personal-Computer in die Bilderzeugungsvorrichtung 104 eingespeist. Die Codedaten Dc werden in Bilddaten (Punktdaten) Di von einer innerhalb der Vorrichtung vorgesehenen Druckersteuerungseinrichtung 111 umgewandelt. Die Bilddaten Di werden in die optische Abtasteinheit 100 eingespeist, welche die in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform dargestellte Konstruktion aufweist. Dann wird eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln (Lichtströme) 103, die entsprechend den Bilddaten Di optisch moduliert wurden, von der optischen Abtasteinheit (optische Abtastvorrichtung) 100 emittiert und eine photoempfindliche Oberfläche einer photoempfindlichen Trommel 101 wird in der Hauptabtastrichtung mit der Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln 103 abgescannt bzw. abgetastet.
Die photoempfindliche Trommel 101 wird als der elektrostatisch latente Bildträger (photoempfindlicher Körper) im Uhrzeigersinn von einem Motor 115 gedreht. Zusammen mit dieser Rotation bzw. Drehung wird die photoempfindliche Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 in der Nebenabtastrichtung senkrecht zu der Hauptabtastrichtung für die Lichtstrahlenbündel 103 bewegt. Eine Aufladungsrolle 102, um die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 elektrostatisch gleichmäßig aufzuladen, ist oberhalb der photoempfindlichen Trommel 101 vorgesehen, um in Kontakt mit der Oberfläche der Trommel 101 gebracht zu werden. Dann ist die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101, welche durch die Aufladungsrolle 102 mit Elektrizität geladen ist, geeignet, um mit der Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln 103 durch die Abtastung von der optischen Abtasteinheit 100 bestrahlt zu werden.
Wie schon beschrieben wurde, wird die Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln 103 entsprechend den Bilddaten Di optisch moduliert. Dann wird das elektrostatisch latente Bild auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 durch die Bestrahlung aus einer Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln 103 erzeugt. Das elektrostatisch latente Bild wird in der Form eines Toner-Bilds durch eine Entwicklungseinheit 107 entwickelt, welche auf der Abströmseite innerhalb des Rotationsquerschnitts der photoempfindlichen Trommel 101 bezüglich der Position der Bestrahlung von einer Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln 103 angeordnet ist, um in Kontakt mit der photoempfindlichen Trommel 101 gebracht zu werden.
Das von der Entwicklungseinheit 107 entwickelte Toner-Bild wird auf ein Blatt 112 als ein Material übertragen, auf dem das Toner-Bild von einer Übertragungsrolle (Übertragungseinheit) 108 zu übertragen ist, welche unterhalb der photoempfindlichen Trommel 101 vorgesehen ist, um der photoempfindlichen Trommel 101 gegenüberliegen. Obgleich das Blatt 112 in einer Blattkassette 109 aufgenommen wird, die bezüglich der photoempfindlichen Trommel 101 (auf der rechten Seite in 12) vorne vorgesehen ist, kann das Blatt ebenso manuell befördert werden. Eine Blattvorschubrolle 110 ist an dem Endabschnitt der Blattkassette 109 angeordnet und geeignet, ein Blatt 112 in der Blattkassette 109 auf einen Förderweg zu befördern.
Das Blatt 112, auf welches das unfixierte Toner-Bild übertragen wurde, wird ferner zu einer Fixiereinheit befördert, die rückwärtig bezüglich der photoempfindlichen Trommel 101 (auf der linken Seite in 12) vorgesehen ist. Die Fixiereinheit wird von einer Fixierrolle 113 gebildet, die in ihrem Innern einen Fixierheizer (nicht dargestellt) und eine Andruckrolle 114 aufweist, die vorgesehen ist, um die Fixierrolle 113 mit Druck zu kontaktieren. Dann wird das von der Übertragungseinheit beförderte Blatt 112 erwärmt, während es in dem Druckkontaktabschnitt zwischen der Fixierrolle 113 und der Andruckrolle 114 angedrückt wird, um dabei das unfixierte Toner-Bild auf dem Blatt 112 zu fixieren. Außerdem ist ein Paar von Blattausgaberollen 106 rückwärtig bezüglich der Fixierrolle 113 vorgesehen und daran angepaßt, das Blatt 112, welches das fixierte Toner-Bild aufweist, an die Außenseite der Bilderzeugungsvorrichtung auszugeben.
Obgleich nicht in 12 veranschaulicht, führt die Druckersteuerungseinrichtung 111 nicht nur die Umwandlung der Daten aus, wie bereits beschrieben wurde, sondern auch die Steuerung für Abschnitte in der Bilderzeugungsvorrichtung einschließlich eines Motors 115 und eines Polygonmotors und dergleichen in der optischen Abtasteinheit 100.
<Farbbilderzeugungsvorrichtung>
13 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Farbbilderzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform betrifft eine Farbbilderzeugungsvorrichtung vom Tandemtyp, in welcher vier optische Abtastvorrichtungen (optische Vielstrahl-Abtastvorrichtungen) angeordnet sind, um eine Bildinformation auf den Oberflächen von vier photoempfindlichen Trommeln als Bildträger aufzuzeichnen, welche jeweils parallel zu den optischen Abtastvorrichtungen angeordnet sind. In 13 bezeichnet das Bezugszeichen 60 eine Farbbilderzeugungsvorrichtung, bezeichnen die Bezugszeichen 11, 12, 13 und 14 jeweils optische Abtastvorrichtungen, die jeweils irgendeine der in der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform beschriebenen Konstruktionen aufweisen, bezeichnen die Bezugszeichen 21, 22, 23 und 24 jeweils photoempfindliche Trommeln als Bildträger, bezeichnen die Bezugszeichen 31, 32, 33 und 34 jeweils Entwicklungseinheiten und bezeichnet das Bezugszeichen 51 ein Förderband.
In 13 werden Farbsignale R (Rot), G (Grün) und B (Blau) von einem externen Gerät 52 wie einem Personal-Computer in die Farbbilderzeugungsvorrichtung 60 eingespeist. Diese Farbsignale werden in Bilddaten aus C (Cyan), M (Magenta), Y (Gelb) und B (Schwarz) von einer Druckersteuerungseinrichtung 53 innerhalb der Vorrichtung umgewandelt. Die Bilddaten werden jeweils in die optischen Abtastvorrichtungen 11, 12, 13 und 14 eingespeist. Eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln 41, 42, 43 und 44, die entsprechend den Bilddaten moduliert wurden, werden jeweils von den optischen Abtastvorrichtungen emittiert und dann werden die photoempfindlichen Oberflächen der photoempfindlichen Trommeln 21, 22, 23 und 24 in der Hauptabtastrichtung mit der Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln abgetastet.
In der Farbbilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform sind die vier optischen Abtastvorrichtungen 11, 12, 13 und 14 angeordnet und die Bildsignale (Bildinformation) werden auf den photoempfindlichen Oberflächen der photoempfindlichen Trommeln 21, 22, 23 und 24 aufgezeichnet, welche parallel zu der optischen Abtastvorrichtung 11, 12, 13 und 14 jeweils angeordnet sind, um mit C (Cyan), M (Magenta), Y (Gelb) und B (Schwarz) zu korrespondieren, um das Farbbild mit hoher Geschwindigkeit zu drucken.
In der Farbbilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform werden, wie oben beschrieben wurde, die latenten Bilder der vier Farben auf den photoempfindlichen Oberflächen der entsprechenden photoempfindlichen Trommeln 21, 22, 23 und 24 erzeugt, indem eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln auf der Basis der Bilddaten von den vier optischen Abtastvorrichtungen 11, 12, 13 und 14 verwendet wird. Danach werden die latenten Bilder auf ein Aufzeichnungsmaterial in einem Mul tiplexverfahren übertragen, um ein Blatt eines Vollfarbbilds zu erzeugen.
Hinsichtlich des oben erwähnten externen Gerätes 52 kann beispielsweise ein Farbbildleser einschließlich eines CCD-Sensors verwendet werden. In diesem Fall wird eine digitale Farbkopiermaschine von diesem Farbbildleser und der Farbbilderzeugungsvorrichtung 60 gebildet.
In einer derartigen Farbbilderzeugungsvorrichtung sind die Anzahl von Linien der verwendeten Maschenrasterpunktstruktur und die Schirmrasterwinkel variiert. Dann erscheint in einem Teil der Strukturen die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung in der Form der Moire-Struktur in dem Bild, um die Bildqualität beachtlich zu verschlechtern. Folglich erlaubt eine Kombination der Farbbilderzeugungsvorrichtung mit der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, dass das Bild mit hoher Qualität, das weniger Moire enthält, erzielt wird.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Farbbilderzeugungsvorrichtung vom Tandemtyp vorzusehen, bei der die Veränderung der Bestrahlungsposition aufgrund der Oberflächenneigung einen großen Einfluß auf ein Bild ausübt, wobei die optische Abtastvorrichtung an die Bildaufzeichnung hoher Qualität angepaßt ist und in der Lage ist, die Funktion zur Korrektur der Oberflächenneigung zu steigern, während die Feldkrümmung in dem Nebenabtastquerschnitt eingehalten wird, indem ein leichtes und einfaches Verfahren benutzt wird, und die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung der Ablenkungsoberfläche auf den geringeren Grad herunterzudrücken.
<Andere Farbbilderzeugungsvorrichtungen>
In dieser Verbindung soll die vorliegende Erfindung nicht auf die in 13 dargestellte Farbbilderzeugungsvorrichtung vom Tandemtyp der vorliegenden Ausführungsform beschränkt sein. Das heißt, wie in 14 dargestellt ist, dass beispielsweise ein Bild ebenso erzeugt werden kann, indem eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln, die von zwei unabhängigen optischen Ablenkern abgelenkt werden, indem die optische Abtastvorrichtung, welche irgendeine der in den oben erwähnten Ausführungsformen dargestellten Konstruktionen aufweist, verwendet wird. Oder, wie in 15 dargestellt ist, zwei Stufen von optischen Ablenkern können innerhalb des Nebenabtastquerschnitts vorgesehen sein. In diesem Fall kann ein Bild erzeugt werden, indem eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln, die durch jeweilige optische Ablenker 5A und 5B abgelenkt werden, verwendet werden, indem die optische Abtastvorrichtung benutzt wird, welche irgendeine der in den oben erwähnten Ausführungsformen dargestellten Konstruktionen aufweist.
Noch spezifischer ist 14 eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Farbbilderzeugungsvorrichtung. In dieser Ausführungsform wird ein Vollfarbbild erzeugt, indem eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln verwendet wird, die von zwei optischen Ablenkern 5 und 5 abgelenkt werden. In der Figur werden vier Lichtströme, welche von Polygonspiegeln (optische Ablenker) 5 und 5 reflektiert und abgelenkt werden, um durch erste Abtastlinsen 61a, 61b, 61c und 61d durchzulaufen, nach unten um 90 Grad auf der Zeichnung durch Faltspiegel 73a, 73b, 73c und 73d reflektiert, um auf photoempfindliche Oberflächen von entsprechenden photoempfindlichen Trommeln 8a, 8b, 8c und 8d durch zweite Abtastlinsen 62a, 62b, 62c und 62d jeweils eingeführt zu werden. Dabei wird das Vollfarbbild erzeugt.
15 ist eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts einer anderen Farbbilderzeugungsvorrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Vollfarbbild erzeugt, indem eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln verwendet wird, die von den jeweiligen optischen Ablenkern 5A und 5B abgelenkt werden. In der Figur werden, nachdem die von dem optischen Ablenker 5A in der oberen Stufe reflektierten und abgelenkten (gescannten) Lichtstrahlenbündel durch erste Abtastlinsen 61c und 61d durchgegangen sind, sie mit ihren optischen Wegen durch drei Gruppen von Faltspiegeln 73c, 74c und 74d sowie 73d und 74d und 75d gefaltet, um auf entsprechende photoempfindliche Trommeln 8c und 8d jeweils eingeführt zu werden. Nachdem die von dem optischen Ablenker 5B in der unteren Stufe reflektierten und abgelenkten (gescannten) Lichtstrahlenbündel durch Abtastlinsen 61a und 61b durchgegangen sind, werden sie mit ihren optischen Wegen von einer Gruppe von Spiegeln 73a und 73b gefaltet, um auf entsprechende photoempfindliche Trommeln 8a und 8b jeweils eingeführt zu werden. Dabei wird das Vollfarbbild erzeugt.
Wie vorstehend dargelegt wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine optische Abtastvorrichtung, die zur Bildaufzeichnung mit hoher Qualität geeignet ist, und eine Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung derselben zu erzielen, wobei die Position, wo die Wellenaberration in einem Nebenabtastquerschnitt von Lichtströmen auf einer optischen Achse am geringsten wird, auf der Ablenkungselementseite bezüglich einer abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, wobei die Funktion zur Korrektur der Oberflächenneigung gesteigert wird, während die Feldkrümmung in einem Nebenabtastquerschnitt eingehalten wird, und die Bestrahlungspositionsverschiebung aufgrund der Oberflächenneigung einer Ablenkungsoberfläche auf den geringeren Grad heruntergedrückt wird, indem ein leichtes und einfaches Verfahren benutzt wird.

Claims

Optische Abtastvorrichtung mit: Lichtquellenmittel (1); einem ersten optischen Element (2) zur Umwandlung des Zustands eines von dem Lichtquellenmittel (1) emittierten Lichtstrahlenbündels in einen anderen Zustand; einem zweiten optischen Element (4) zur Umwandlung des Lichtstrahlenbündels von dem ersten optischen Element (2) in ein in einer Hauptabtastrichtung erstrecktes Zeilenbild (71); einem rotierenden Polygonspiegel (5), um das Lichtstrahlenbündel von dem zweiten optischen Element abzulenken und abzutasten; und einem optischen Abtastelement (6) zum Erzeugen eines Bilds des von dem rotierenden Polygonspiegel (5) abgelenkten Lichtstrahlenbündels auf einer abzutastenden Oberfläche (8) mit einer fleckförmigen Form, wobei eine Ablenkungsoberfläche (5a) des rotierenden Polygonspiegels (5) und die abzutastende Oberfläche nahezu konjugiert in einem Nebenabtastquerschnitt sind, wobei das Lichtstrahlenbündel in einer Hauptabtastrichtung schräg auf den rotierenden Polygonspiegel (5) bezüglich der optischen Achse des optischen Abtastelements (6) einfällt, die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des Lichtstrahlenbündels auf der optischen Achse des optischen Abtastelements (6) in dem abgelenkten Lichtstrahlenbündel die geringste wird, auf der Seite des rotie renden Polygonspiegels (5) bezüglich der abzutastenden Oberfläche (8) angeordnet ist, die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des äußersten außeraxialen Lichtstrahlenbündels auf der Seite des schräg auf den rotierenden Polygonspiegel (5) einfallenden Lichtstrahlenbündels bezüglich der Lichtachse des optischen Abtastelements (6) die geringste wird, auf der dem rotierenden Polygonspiegel (5) gegenüberliegenden Seite bezüglich der abzutastenden Oberfläche (8) angeordnet ist.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die laterale Vergrößerung in dem Nebenabtastquerschnitt des optischen Abtastelements (6) βs ist, wobei die nachstehende Bedingung erfüllt ist: 1 ≤ |βs| ≤ 3.5.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der Abstand von der abzutastenden Oberfläche (89 zu der Position, wo die Wellenaberration in dem Nebenabtastquerschnitt des Lichtstrahlenbündels auf der optischen Achse am geringsten wird, gleich dS0 ist, der Abstand von dem Ablenkungspunkt des Lichtstrahlenbündels auf der optischen Achse zu der Bilderzeugungsposition in dem Nebenabtastquerschnitt des zweiten optischen Elements (4) gleich HS0 ist und die laterale Vergrößerung in dem Nebenabtastquerschnitt des optischen Abtastelements (6) gleich βs ist, die nachstehende Bedingung erfüllt ist: HS0 × βs² ≤ dS0 < 0.1HS0 × βs², und HS0 < 0.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Lichtquellenmittel (1) einen einzelnen Lichtemissionspunkt aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lichtquellenmittel (1) eine Vielzahl von Lichtemissionspunkten aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optische Abtastelement ein einzelnes optisches Element beinhaltet.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das optische Abtastelement eine Vielzahl optischer Elemente beinhaltet.
Bilderzeugungsvorrichtung mit: der optischen Abtastvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; einem photoempfindlichen Element (101), das auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist; einer Entwicklungseinheit (107) zum Entwickeln eines elektrostatisch latenten Bilds, das auf dem photoempfindlichen Element mit dem für die Abtastung der optischen Abtastvorrichtung verwendeten Lichtstrahlenbündel erzeugt wird, in der Form eines Toner-Bilds; einer Übertragungseinheit (108) zum Übertragen des durch die Entwicklung erstellten Toner-Bilds auf ein Material (112), auf welches ein Bild zu übertragen ist; und einer Fixierungseinheit (113, 114) zum Fixieren des übertragenen Toner-Bilds auf dem Material (112), auf welches ein Bild zu übertragen ist.
Bilderzeugungsvorrichtung mit: der optischen Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und einer Druckersteuerungseinrichtung (111) zum Umwandeln von aus einem externen Gerät eingegebenen Codedaten in Bildsignale, um die resultierenden Bildsignale in die optische Abtastvorrichtung einzugeben.
Bilderzeugungsvorrichtung mit: einer Vielzahl von optischen Abtastvorrichtungen (11, 12, 13, 14), die jeweils die optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 beinhalten; und einer Vielzahl von Bildträgern (21, 22, 23, 24), die jeweils auf den abzutastenden Oberflächen der optischen Abtastvorrichtungen angeordnet sind, um Bilder zu erzeugen, die jeweils voneinander verschiedene Farben aufweisen.
Bilderzeugungsvorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit einer Druckersteuerungseinrichtung (53) zum Umwandeln von aus einem externen Gerät (52) eingegebenen Farbsignalen in Bilddaten mit verschiedenen Farben und zum Ausgeben der resultierenden Bilddaten an die jeweiligen optischen Abtastvorrichtungen (11, 12, 13, 14).