DE68922868T2

DE68922868T2 - Optisches Abtastgerät.

Info

Publication number: DE68922868T2
Application number: DE68922868T
Authority: DE
Inventors: Toshinori Ando
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-01-06
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2009-01-06
Also published as: US5122658A; DE68922868D1; EP0323850B1; EP0323850A2; EP0323850A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung, um eine abzutastende Fläche mit einem Strahl von einer Lichtquelle durch ein Ablenkungselement und ein optisches System abzutasten, vor allem auf eine optische Abtastvorrichtung, die mit einem Mechanismus, um eine Abweichung eines Brennpunkts eines abgebildeten Flecks, die einer Änderung in Umgebungsbedingungen, wie einer Temperatur o. dgl., zuzuschreiben ist, durch den Strahl an der abzutastenden Fläche zu ermitteln und um die Abweichung zu korrigieren, ausgestattet ist.
In jüngerer Zeit wird ein Laserstrahldrucker in weitem Umfang verwendet, der eine optische Abtastvorrichtung umfaßt, um einen Laserstrahl von der Laserquelle in Übereinstimmung mit einem Bildsignal zu modulieren, um periodisch den durch die Laserquelle erzeugten und modulierten Laserstrahl durch ein Ablenkungselement abzulenken, um den Laserstrahl durch ein Objektivsystem zur Ausbildung eines Flecks an einem lichtempfindlichen Aufzeichnungsmedium, das die abzutastende Fläche ist, zu konvergieren und um das Aufzeichnungsmedium mit dem Laserstrahl zu belichten sowie abzutasten.
Der herkömmliche Laserstrahldrucker ist mit einem Problem verbunden, daß aufgrund der Änderung in der Umgebungstemperatur das Objektivsystem bildende Glieder mit dem Ergebnis einer Ablenkung des Laser-Konvergenzpunkts am lichtempfindlichen Element (der abzutastenden Fläche) verformt werden, so daß die Bildqualität verschlechtert wird.
Im Bestreben, das Problem zu vermeiden, schlägt die Japanische offengel-egte Patentanmeldung Nr. 100113/1985 die Anwendung einer Ermittlungseinrichtung, um die Ablenkung des Brennpunkts des das lichtempfindliche Element abtastenden Strahls zu erfassen, und eine Korrekturlinse, um die Brennpunktablenkung durch deren Bewegung zu korrigieren, vor.
Jedoch wendet dieser Vorschlag einen Astigmatismus zur Ermittlung der Brennpunktablenkung an. Das ist für einen stationären Strahl wirksam, es ist jedoch nicht für die Ermittlung der Brennpunktablenkung eines Lichtstrahls geeignet, der sich mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt.
Die Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 81873/1987 macht einen anderen Vorschlag, wobei die Brennpunktablenkung- Ermittlungseinrichtung eine Mehrzahl von Lichtempfangselementen enthält, die in einer zur Abtastrichtung durch den Lichtstrahl rechtwinkligen Richtung angeordnet sind, und wobei die Zahl der Lichtempfangselemente, die den Strahl auffangen, als eine Information oder Daten für die Scharfeinstellung verwendet wird.
Das läßt eine Ermittlung einer Größe des Abbildungspunkts in der Unter-Abtastrichtung, die zur Abtastrichtung rechtwinklig ist, zu,doch kann diese Größe in der Haupt-Abtastrichtung nicht ermittelt werden. In einem üblichen Laserstrahldrucker ist die Größe des Abbildungspunkts in der Haupt-Abtastrichtung geringer als in der Unter-Abtastrichtung, und deshalb wird die in der Haupt-Abtastrichtung gemessene Größe des Abbildungspunkts leichter durch die Änderung in den Umgebungsbedingungen beeinflußt als dessen Größe in der Unter-Abtastrichtung. Aus diesem Grund stellt dieses System eine optische Abtastvorrichtung nicht zur Verfügung, bei der die der Änderung in der Umgebungstemperatur zuzuschreibende Brennpunktablenkung des abgebildeten Flecks verhindert wird, um einen korrekten Laser-Abtastprozeß zu gewährleisten.
Die Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr.9243/1985 offenbart eine Einrichtung zur Scharfeinstellung des Abtastflecks, die einen Strahlungsempfänger enthält, der auf einer zur Abtastbreite verschiedenen Abtastlinie für die Abtastung der abzutastenden Fläche angeordnet ist, um eine Größe des Punktstrahls zu ermitteln. Dieses System ist imstande, die Größe des Flecks zu ermitteln, wenn die Abtastgeschwindigkeit niedrig ist; wenn jedoch die Bewegungsgeschwindigkeit des Flecks hoch ist (1 Mikron/1n sec), ist es schwierig, die Größe des Flecks zu ermitteln. Darüber hinaus wird das Ermittlungssignal durch eine Differenzierschaltung differenziert, weshalb der Aufbau des Kreises kompliziert ist.
Ferner ist aus der JP-A-57 44 111 eine Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung bekannt, wobei ein Fokusermittlungsschema an einer Maskengrundplatte vorhanden ist, die an einer Bühne angebracht ist und mittels einer Bewegung der Bühne in horizontaler Richtung abgetastet wird. Der Kontrast des beobachteten Fokusermittlungsschemas wird in ein elektrisches Signal umgewandelt. Wenn der größte Spitzenwert erhalten wird,d.h. der größte Kontrast des Fokusermittlungsschemas, wird eine Scharfeinstellung mittels einer Auf- und Abbewegung der Bühne beendet und das Abtasten der Maske durchgeführt.
Es ist ein prinzipielles Ziel dieser Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung zu schaffen, wobei die Brennpunktablenkung der Abtasteinrichtung beständig ermittelt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch eine optische Abtastvorrichtung erreicht, die umfaßt: eine einen Lichtstrahl zum Abtasten einer Fläche aussendende Lichtquelle; eine Modulationseinrichtung, um einen Lichtstrahl von der genannten Lichtquelle intermittierend oder diesen in einer Amplitude zu modulieren; eine Abbildungseinrichtung, um den besagten Lichtstrahl von der genannten Lichtquelle auf eine vorbestimmte Stelle abzubilden, wobei der besagte Lichtstrahl durch die erwähnte Modulationseinrichtung an der genannten vorbestimmten Stelle moduliert wird; eine Ablenkeinrichtung, um den besagten Lichtstrahl von der genannten Lichtquelle in einer vorbestimmten Richtung abzulenken und dadurch den besagten Lichtstrahl über die erwähnte Modulationseinrichtung hinweg abzutasten; eine Lichtempfangseinrichtung zum Empfang des durch die erwähnte Ablenkeinrichtung abgelenkten sowie durch die erwähnte Modulationseinrichtung modulierten Lichtstrahls; eine Verarbeitungseinrichtung, um ein durch die besagte Lichtempfangseinrichtung erzeugtes Signal zu verarbeiten; und eine auf die genannte Verarbeitungseinrichtung ansprechende Einstelleinrichtung, um eine Position der besagten Abbildungseinrichtung einzustellen und dadurch eine Abbildungsstelle des besagten Lichtstrahls von der besagten Abbildungseinrichtung zu justieren; wobei das erwähnte optische Abtastgerät dadurch gekennzeichnet ist, daß die erwähnte Modulationseinrichtung auf einer Abtastlinie angeordnet ist, welche außerhalb einer Abtastbreite einer Abtastlinie der genannten Fläche liegt; der Abstand zwischen der erwähnten Modulationseinrichtung und der genannten Lichtquelle im wesentlichen derselbe wie der Abstand von der genannten Lichtquelle zu der genannten Fläche ist; eine Fokussierposition des besagten Lichtstrahls durch Bewegen der besagten Abbildungseinrichtung, die zwischen der genannten Lichtquelle sowie der erwähnten Ablenkeinrichtung angeordnet ist, in einer Richtung der optischen Achse justiert wird; und die erwähnte Modulationseinrichtung ein Filter besitzt, das transparente Teile und untransparente Teile hat, die beide Abmessungen, gemessen in der Abtastrichtung, von 0,45W bis 0,65W haben, wobei W ein Strahldurchmesser des Strahls an einer Stelle ist, wo die Lichtstärke 1/e², multipliziert mit deren Stärke auf der optischen Achse, beträgt.
Dieses und weitere Ziele, die Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden bei Würdigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung.
Figur 2 ist eine vergrößerte Draufsicht auf ein Streifencodefilter.
Figuren 3A und 3B zeigen die Menge von an der Position eines Abtastflecks übertragenem Licht.
Figuren 4A und 4B sind Diagramme, die die Beziehungen zwischen einem Abtastfleckdurchmesser und der übertragenen Lichtmenge zeigen.
Figur 5 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Mechanismus zur Bewegung eines Kollimatorobjektivsystems zur Brennpunkt-Scharfeinstellung.
Figur 6 ist ein Flußplan, der eine Funktionsweise der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung erläutert.
Figur 7 zeigt eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung.
Figur 8 zeigt eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung.
Figur 9 ist eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab auf ein Streifencodefilter vom reflektierenden Typ.
Figur 10 zeigt eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform dieser Erfindung.
Figuren 11A und 11B zeigen Signale, die während des Scharfeinstellvorgangs bei der Ausführungsform der Fig. 10 erzeugt werden, wobei die Figur 11A das Signal von einem Lasertreiber und die Figur 11B ein Ausgangssignal von einem CCD-Element zeigen.
Figur 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Fleckdurchmesser des Laserstrahls und einer Belichtungsverteilung zeigt.
Figur 13 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Mechanismus zur Bewegung eines Kollimatorobjektivsystems zur Abbildungsorteinstellung gemäß einer weiteren Ausführungsform.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung werden in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird die Beschreibung bezüglich einer Ausführungsform gegeben, die ein in der Abtastrichtung des Strahls angeordnete Öffnungen aufweisendes Gitter als eine Einrichtung zur Modulierung des Lichtstrahls von der Lichtquelle verwendet.
Anhand der Figur 1 wird eine optische Abtastvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt, wobei die Bezugszahl 1 einen Lasertreiber bezeichnet, der als ein Licht emittierender Signalgenerator arbeitet, um ein Lichtemissionssignal zur Erzeugung des Laserstrahls hervorzurufen. Eine Festkörper-Laservorrichtung 2, die als eine Licht- oder Laserquelle wirkt, ist mit dem Lasertreiber 1 verbunden und wird in Übereinstimmung mit dem Lichtemissionssignal von diesem betrieben. Das optische Abtastsystem umfaßt ein Kollimatorobjektivsystem, um den von der Festkörper-Laservorrichtung 2 ausgesandten Laserstrahl im wesentlichen zu kollimieren. Das Kollimatorobjektivsystem 3 ist über eine vorbestimmte Strecke in einer Richtung A, die zur optischen Achse des Laserstrahls parallel ist, durch eine Scharfeinstelleinrichtung 4, die später im einzelnen beschrieben werden wird, bewegbar. Das optische Abtastsystem enthält ferner einen Polygonspiegel 5, der mit einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung B drehbar ist, um den vom Kollimatorobjektivsystem 3 kollimierten Strahl in einer vorbestimmten Abtastrichtung C abzulenken.
Die Vorrichtung umfaßt ferner eine f-Θ-Linsengruppe, die bei dieser Ausführungsform von Linsen 6a, 6b sowie 6c gebildet und stromab vom drehenden Polygonspiegel 5 mit Bezug zur Bewegungsrichtung des Laserstrahls angeordnet ist. Die f-Θ- Linsengruppe ist wirksam, um den durch den Polygonspiegel 5 abgelenkten Laserstrahl auf der abzutastenden Fläche zu einer vorbestimmten Position abzubilden und auch eine konstante lineare Abtastgeschwindigkeit an der abzutastenden Fläche zu erzeugen. Ein Laserstrahl L wird zu einem Lichtempfangs element 8 gerichtet, das als eine Lichtempfangseinrichtung arbeitet, um den durch ein Streifencodefilter 7, das ein Gitter mit in einer vorbestimmten Richtung angeordneten Öffnungen ist und als eine Modulationseinrichtung dient, modulierten Strahl aufzufangen. Der Laserstrahl L tastet auch eine Fläche einer lichtempfindlichen Trommel 9 ab, die eine abzutastende Fläche ist.
Um die lichtempfindliche Trommel 9 herum sind eine Entwicklungsvorrichtung, ein Primär-Ladegerät, ein Transfer-Ladegerät, eine Bildfixiervorrichtung und ein Reinigungsgerät od. dgl., die nicht dargestellt sind, angeordnet, um eine latente Abbildung an der Fläche der lichtempfindlichen Trommel 9 zu erzeugen und eine latente Abbildung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes durch einen bekannten elektrophotographischen Prozeß zu entwickeln. Das sichtbar gemachte Bild wird dann auf ein Transfermaterial übertragen.
Das Streifencodefilter 7 ist in einer Position angeordnet, die im wesentlichen zur Fläche der lichtempfindlichen Trommel 9 mit Bezug zur Lichtquelle optisch äquivalent ist. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem Streifencodefilter 7 und der Lichtquelle im wesentlichen der gleiche wie der Abstand von der Lichtquelle zum abzutastenden Element. Bei dieser Ausführungsform ist das Streifencodefilter 7 auf einer Abtastlinie angeordnet, die außerhalb der gewünschten Abtastbreite auf der Abtastlinie für die abzutastende Fläche liegt. Hier bedeutet die gewünschte Abtastbreite auf der Abtastlinie eine gewünschte Schreib- oder Lesebreite für das Schreiben oder das Lesen auf der Abtastlinie.
Das Lichtempfangselement 8 ist an ein Steuersystem 10 zur Steuerung des Lasertreibers 1 und die Scharfeinstelleinrichtung 4 angeschlossen. Mit dem Lasertreiber 1 ist eine Bildverarbeitungsstation 11 verbunden.
Im Betrieb wird zur Ausbildung einer gewünschten Abbildung ein Bildsignal S von der Bildverarbeitungsstation 11 zum Lasertreiber 1 übertragen, um die Festkörper-Laservorrichtung 2 mit vorbestimmten Intervallen an- und abzuschalten. Der von der Festkörper-Laservorrichtung 2 emittierte Laserstrahl wird im wesentlichen durch das Kollimatorobjektivsystem 3 kollimiert und dann durch den drehenden Polygonspiegel 5, der in der Richtung B dreht, in der Richtung C abtastend abgelenkt. Der abgelenkte Strahl wird als ein Fleck auf der lichtempfindlichen Trommel 9 durch die von den Linsen 6a, 6b und 6c gebildete f-Θ-Linsengruppe abgebildet. Das Abtasten durch den Lasertrahl L erzeugt eine Belichtungsverteilung für eine einzelne Abtastlinie als ein Element einer Abbildung an der Fläche der lichtempfindlichen Trommel 9. Die lichtempfindliche Trommel 9 wird in einem vorbestimmten Ausmaß für jede der Abtastungen gedreht, so daß eine latente Abbildung, die eine dem Bildsignal S entsprechende Belichtungsverteilung hat, an der lichtempfindlichen Trommel 9 ausgebildet wird. Die latente Abbildung wird bearbeitet und in eine sichtbare Abbildung am Aufzeichnungsblatt durch einen bekannten elektrophotographischen Prozeß umgewandelt.
Im folgenden wird die Beschreibung bezüglich einer Funktionsweise des Brennpunktscharfeinstellungsmechanismus für den Laserstrahl L gegeben. Dem Lasertreiber 1 wird vom Steuersystem 10 ein Betätigungssignal zugeführt, so daß der Lasertreiber 1 Wellenformsignale mit einem hohen Pegel für vorbestimmte Zeitperioden erzeugt, wodurch die Festkörper-Laservorrichtung 2 im Ansprechen auf das Signal für die vorbestimmte Periode mit einer vorgegebenen konstanten Lichtmenge angeschaltet wird. Der Laserstrahl von der Festkörper-Laservorrichtung 2 wird in der oben beschriebenen Weise abtastend abgelenkt, so daß das an einer der lichtempfindlichen Trommel 9 optisch äquivalenten Position angeordnete Streifencodefilter 7 mit dem Laserstrahl beleuchtet und abgetastet wird. Der durch das Streifencodefilter 7 übertragene Laserstrahl fällt auf das Lichtempfangselement 8 ein.
Die Figur 2 zeigt das Streifencodefilter 7 bei Betrachtung von der Seite des Lichtempfangselements 8 aus. Der abtastende Laserstrahl, der sich in der Richtung C bewegt, ist durch den Buchstaben S bezeichnet. Das Streifencodefilter 7 enthält transparente Teile 7a (Glas od. dgl.) und Licht blockierende Teile 7b, die durch Verdampfung von Aluminium od. dgl. ausgestaltet sind. Die Breite der transparenten Teile und die Breite der das Licht blockierenden Teile ist, gemessen in der Richtung C, im wesentlichen dieselbe.
Anhand der Figuren 3A und 38 wird eine durch das Streifencodefilter 7 übertragene Lichtmenge dargestellt, die in Abhängigkeit von der Position des abtastenden Strahlflecks unterschiedlich ist. Die Figur 3A zeigt den Zustand, wenn sich der abtastende Strahlfleck am transparenten Teil 7a befindet, und in diesem Fall wird der schraffierte Teil D des Abtastflecks S durch das Filter hindurch übertragen, während der restliche Teil blockiert wird. Wenn der Abbildungszustand gut und die Größe des Abtastflecks S, gemessen in der Abtastrichtung, klein ist, ist der Anteil des übertragenen Lichts bezüglich des gesamten Lichtflecks groß, d.h., die Menge des übertragenen Lichts ist groß. Wenn dagegen der Abbildungszustand nicht gut und deshalb der Abtastfleck S in der Abtastrichtung groß ist, ist der Anteil des übertragenen Lichts D bezüglich des gesamten Lichts des Flecks klein, d.h., die Menge des übertragenen Lichts ist gering. Früher oder später bewegt sich der Abtastfleck, um den Licht blockierenden Teil 7b zu erreichen. Wenn in diesem Zustand die Abbildungsbedingung gut und deshalb die Größe des Abtastflecks S in der Abtastrichtung klein ist, ist die Lichtstreuung durch die benachbarten transparenten Teile 7a gering. Ist dagegen die Abbildungsbedingung nicht gut und deshalb die Größe des Abtastflecks S in der Abtastrichtung groß, ist die Lichtstreuung durch die benachbarten transparenten Teile 7a groß. Auf diese Weise ist die Lichtmengenverteilung am Lichtempfangselement 8 so, wie in den Figuren 4A und 48 gezeigt ist, wobei periodische Änderungen mit der Zeit in Übereinstimmung mit der Größe des Fleckdurchmessers des Laserstrahls L vorliegen. Der Lichtstrahl von der Lichtquelle wird in der Stärke alternierend übertragen, mit anderen Worten wird er zu einer Amplitude moduliert. Die Figur 4A zeigt eine gute Abbildungsbedingung, wobei die Größe des Abtastflecks S in der Abtastrichtung klein ist, wogegen die Figur 4B eine schlechte Abbildungs bedingung zeigt, wobei die Größe des Abtastflecks S in der Abtastrichtung groß ist, d.h., der Fleck ist unscharf. Das Lichtempfangselement 8 führt das für die Lichtmengenänderung kennzeichnende Signal dem Steuersystem 10 zu. Dieses Steuersystem 10 berechnet nach der folgenden Gleichung einen Kontrast V:
V = (Θmax - Θmin)/(Θmax + Θmin) (1)
worin Θmax ein maximaler Pegel des Ausgangs des Lichtempfangselements 8 (maximale Menge an übertragenem Licht) und Θmin ein minimaler Pegel von diesem (minimale Menge an übertragenem Licht) sind.
Der berechnete Kontrast wird in einem (nicht dargestellten) Speicher im Steuersystem 10 als ein Kontrast gespeichert, der durch die gegenwärtige Position des Kollimatorobjektivsystems erzeugt wird.
Anschließend bewegt das Steuersystem 10 das Kollimatorobjektivsystem 3 durch die Scharfeinstelleinrichtung 4 über eine vorgegebene Strecke. Dann wird der Kontrast V in derselben Weise berechnet und gespeichert.
Die obige Funktionsweise wird mit einer vorbestimmten Anzahl von Malen wiederholt, und der maximale Kontrast wird aus den gespeicherten mehreren Kontrasten gesucht. Dann wird das Kollimatorobjektivsystem zu der Position des Kollimatorobjektivsystems, das den maximalen Kontrast V erzeugt hat, bewegt und fixiert.
Anhand der Figur 5 ist das mit der Scharfeinstelleinrichtung 4 ausgestattete Kollimatorobjektivsystem 3 in einem vergrößertem Maßstab dargestellt. Wie in dieser Figur gezeigt ist, enthält das Kollimatorobjektivsystem 3 ein Gestell 41, die Festkörper-Laservorrichtung 2, einen Schrittmotor 42 und eine am Gestell 41 montierte Führungsstange 45. Das Kollimatorobjektivsystem 3 wird durch, eine Leitspindel 43, die an einer Abtriebswelle des Schrittmotors 42 ausgebildet ist, und die Führungsstange 45 gelagert. Ein Ende der Leitspindel 43 ist in einem am Gestell 41 festen Lager 44 abgestützt. Das Kollimatorobjektivsystem 3 ist mit einer Mutter für einen Gewindeeingriff mit der Leitspindel 43 und auch mit einem Gleitlager, das mit der Führungsstange 45 in Gleitanlage ist, ausgestattet. Der Schrittmotor 42 wird im Ansprechen auf ein vom Steuersystem 10 zugeführtes Treibersignal betrieben, wodurch die Leitspindel 43 gedreht wird. Durch die Drehung der Leitspindel 43 wird das Kollimatorobjektivsystem 3 in der Richtung A bewegt, die eine Richtung der optischen Achse des Laserstrahls ist.
Wie beschrieben wurde, wird gemäß dieser Ausführungsform der Laserstrahl L am Streifencodefilter 7 abgebildet, das in einer zur lichtempfindlichen Trommel 9 optisch äquivalenten Position angeordnet ist, um die Änderung der durch das Filter hindurch übertragenen Lichtmenge zu ermitteln. Im Ansprechen auf das Ermittlungssignal wird die Position des Kollimatorobjektivsystems 3 nachgestellt. Somit kann die Vergrößerung des Fleckdurchmessers des Laserstrahls aufgrund einer Änderung in der Umgebungsbedingung, wie einer Temperaturänderung od. dgl., verhindert werden. Als Ergebnis kann die gewünschte Größe des Flecks allzeit erzeugt werden, und deshalb können Abbildungen von hoher Schwärzung und hoher Qualität ständig geliefert werden.
Was die in der Abtastrichtung gemessenen Breiten der transparenten und der Licht blockierendne Teile des in Figur 2 gezeigten Streifencodefilters 7 angeht, wird bevorzugt, daß diese annähernd W/2 sind, wenn die Verteilung der Stärke des einfallenden Laserstrahls eine Gauß-Verteilung ist, wobei W ein Durchmesser des Laserstrahls, insbesondere der Durchmesser ist, bei welchem die Stärke 1/e² der Stärke auf der optischen Achse ist. Bei der Verwendung des Filters, das derartige Breiten hat, kann die Änderung in der Lichtmenge in zufriedenstellender Weise ermittelt werden.
Versuche der Erfinder haben gezeigt, daß in einer Vorrichtung, die imstande ist, einen abgebildeten Abtastfleck mit einem Durchmesser W von 45 Mikron in der Haupt-Abtastrichtung auszubilden, die Breiten der transparenten Teile und der Licht blockierenden Teile des Streifencodefilters vorzugsweise 20 - 30 Mikron (0,45W bis 0,65W) in der Haupt-Abtastrichtung bei guter Ermittlung der Änderung der Lichtmenge betragen, und insbesondere ist das beste Resultat erlangt worden, wenn die Breiten 25 Mikron (0,55W) betragen.
Auf der Grundlage der Gleichung (1) werden die Breiten des transparenten und des Licht blockierenden Teils des Streifencodefilters vorzugsweise so vorbestimmt, daß der Kontrast V (Gleichung (1)) 0,5 - 0,6 beträgt, wenn der Abbildungszustand der beste ist, und deshalb ist die Abmessung des Abtastflecks in der Abtastrichtung minimal. Das heißt mit anderen Worten, die Breiten werden so bestimmt, daß ein Verhältnis R = (Θmax/Θmin), worin Θmax die maximale Menge des übertragenen Lichts und Θmin die minimale Menge des übertragenen Lichts sind, 3 - 4 beträgt. Durch Wahl der Breite der weißen und schwarzen Teile des Filters in der oben beschriebenen Weise ist die Änderung im Kontrast in Abhängigkeit von der Änderung des Fleckdurchmessers klar.
Anhand der einen Flußplan darstellenden Figur 6 wird die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform im einzelnen beschrieben. Es wird angenommen, daß die Position, in der der Durchmesser des Flecks des Laserstrahls minimal ist, in dem Bereich vorhanden ist, in welchem das Kollimatorobjektivsystem bewegbar ist.
Dem Steuersystem 10 wird ein Signal zum Betreiben des Scharfeinstellmechanismus zugeführt. Dann wird die Scharfeinstelleinrichtung 4 betrieben, um das Objektivsystem 3 in seine Ausgangslage zurückzuführen. Anschließend wird die Laservorrichtung 2 angeschaltet und der Kontrast V auf der Grundlage des Ausgangs des Lichtempfangselements 8 bestimmt.
Der Wert des bestimmten Kontrastes V und die Position des Obkektivsystems 3 zu dieser Zeit werden in einem Speicher des Steuersystems 10 gespeichert.
Bei einer Bewegung des Objektivsystems 3 mittels der Scharfeinstelleinrichtung wird zuerst eine Entscheidung getroffen, ob das Objektivsystem bewegt werden kann oder nicht. Im positiven Fall wird das Objektivsystem um einen Schritt bewegt und der Kontrast V in der neuen Position bestimmt, und die Position sowie der Kontrast werden gespeichert. Die gleichen Vorgänge werden wiederholt, bis eine Bewegung des Objektivsystems unmöglich wird (Endposition).
Wenn die Endposition erreicht ist, wird der maximale Wert der im Steuersystsem 10 gespeicherten Kontraste herausgesucht und das Objektivsystem 3 zu der Position, die den maximalen Kontrast V liefert, bewegt sowie dort fixiert. Das ist das Ende des Scharfeinstellvorgangs.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 wird eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung gezeigt, bei welcher dieselben Bezugszeichen wie in der Fig. 1 den Elementen mit entsprechenden Funktionen zugewiesen sind,wobei eine detaillierte Beschreibung dieser der Einfachheit halber unterbleibt. Bei dieser Ausführungsform wird der durch das Streifencodefilter 7 hindurch übertragene Laserstrahl durch eine Kondensorlinse 13 konzentriert und dann auf das Lichtempfangselement 8 zum Einfallen gebracht. Mit dieser Konstruktion ist eine bessere Ermittlung der Änderung in der Lichtmenge möglich. Zusätzlich kann im Vergleich mit der Ausführungsform der Figur 1 das Lichtempfangselement 8 verkleinert werden.
Bei den Ausführungsformen der Figuren 1 und 7 besitzt das Lichtempfangselement 8 lediglich ein Lichtempfangsteil, jedoch ist es möglich, daß das Lichtempfangselement 8 eine Mehrzahl von Lichtempfangsteilen mit denselben vorteilhaften Wirkungen in der Abtastrichtung aufweist, die entsprechend den Positionen der Öffnungen des Gitters angeordnet sind.
Das Streifencodefilter ist bei den Ausführungsformen der Figuren 1 und 7 von einem transparenten Typ, es kann jedoch mit denselben vorteilhaften Effekten von einem reflektierenden Typ sein.
Anhand der Figur 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der ein Streifencodefilter vom reflektierenden Typ verwendet wird, wobei dieselben Bezugszeichen wie in der Figur 1 den Elementen mit entsprechenden Funktionen zugeordnet sind und deshalb deren detaillierte Beschreibung aus Gründen der Vereinfachung weggelassen wird. Der durch das Streifencodefilter 12 reflektierte Laserstrahl fällt bei dieser Ausführungsform auf das Lichtempfangselement 8.
Die Figur 9 zeigt das Streifencodefilter 12 vom reflektierenden Typ bei einer Betrachtung von der Seite des Lichtempfangselement 8 aus. Das Bezugszeichen S bezeichnet einen Abtastfleck des Laserstrahls, der in der Richtung C bewegt wird. Das Streifencodefilter vom reflektierenden Typ enthält ein reflektierendes Element 12a, das beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist, und eine Maske 12b zum Absorbieren des abtastenden Laserstrahls, um einen Streifencode zu bilden, der sich in der zur Abtastrichtung rechtwinkligen Richtung erstreckt.
Das Lichtempfangselement 8 erfaßt den durch das Streifencodefilter 8 reflektierten abtastenden Laserstrahl und erzeugt einen Ausgang, der der Menge des dadurch empfangenen Lichts entspricht.
Wenn sich das Zentrum des Abtastflecks S am reflektierenden Element 12a befindet, ist die Menge des reflektierten Lichts maximal, und deshalb ist der Ausgang des Lichtempfangselement ein Maximum. Befindet sich das Zentrum des Abtastflecks S am absorbierenden Material 12b, ist die Stärke des reflektierten Lichts minimal und deshalb der Ausgang des Lichtempfangselement ein Minimum. Wenn sich der Abtastfleck S am Streifencodefilter vom reflektierenden Typ mit der Zeit bewegt, ändert sich der Ausgang des Lichtempfangselements in derselben Weise, wie mit Bezug zum Streifencodefilter vom transparenten Typ beschrieben wurde, und die Beziehung zwischen dem Kontrast V sowie dem Durchmesser des Abtastflecks ist dieselbe.
Was die Breiten der reflektierenden Teile 12a und der Maskenteile 12b des reflektierenden Streifencodefilters angeht, so werden sie bevorzugt in derselben Weise wie die transparenten und die das Licht. blockierenden Teile des Streifencodefilters vom transparenten Typ bestimmt.
Es wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, wobei ein Licht aussendender Signalgenerator, um ein Lichtemissionssignal der Lichtquelle zu übertragen, als eine Einrichtung zum Modulieren des Lichtstrahls von der Lichtquelle verwendet wird.
Anhand der Fig. 10 wird diese Ausführungsform gezeigt, wobei dieselben Bezugszeichen wie in Figur 1 den Elementen mit den entsprechenden Funktionen zugeordnet sind und deshalb deren detaillierte Beschreibung der Einfachheit halber unterbleibt. Bei dieser Ausführungsform wird der Laserstrahl L mittels eines Umlenkspiegels 14 einem CCD-Element 15 (einem Festkörper-Bildaufnahmeelement) zugeleitet, welches das Licht empfängt. Der Laserstrahl L tastet auch die Fläche der lichtempfindlichen Trommel ab, die eine abzutastende Fläche ist. Das CCD-Element 15 enthält eine Mehrzahl von Lichtempfangselementen, die in der Richtung C angeordnet sind, welche die Haupt-Abtastrichtung des Strahls ist, und es ist in einer Position angebracht, die im wesentlichen der Fläche der lichtempfindlichen Trommel 9 mit Bezug zur Lichtquelle optisch äquivalent ist. Das bedeutet, daß der Abstand vom CCD-Element 15 zur Lichtquelle im wesentlichen derselbe ist wie der Abstand von der Lichtquelle zur abzutastenden Fläche. Das CCD- Element 15 ist mit dem das Licht aussendenden Signalgenerator und dem Steuersystem 10 zur Steuerung der Scharfeinstelleinrichtung 4 verbunden.
Im folgenden wird eine Beschreibung bezüglich der Funktionsweise des Brennpunktscharfeinstellmechanismus für den Strahl L bei dieser Ausführungsform gegeben. Das Steuersystem 10 führt dem Lasertreiber 1 ein Betätigungssignal zu, und im Ansprechen hierauf erzeugt der Lasertreiber 1 für eine vorbestimmte Zeitspanne eine Impulswelle, die hohe und niedrige Pegel mit regelmäßigen Intervallen annimmt, wie in Figur 11A gezeigt ist. Im Ansprechen auf das Impulswellensignal wird die Festkörper-Laserelementvorrichtung (Lichtquelle) betrieben. Das heißt, daß das Licht von der Lichtquelle intermittierend moduliert wird. Der Laserstrahl von der Festkörper- Laservorrichtung 2 wird abtastend abgelenkt, wie oben beschrieben wurde, und durch den Umlenkspiegel 14 reflektiert. Er wird auf das in einer zur lichtempfindlichen Trommel 9 optisch äquivalenten Position angeordnete CCD-Element 15 projiziert und abtastend an diesem bewegt.
Das Steuersystem 10 löscht die in allen Bildelementen des CCD-Elements 15 akkumulierte elektrische Ladung, bevor dieses mit dem Laserstrahl L abgetastet wird. Nachdem eine elektrische Ladung in jedem der Bildelemente des CCD-Elements 15 als Ergebnis der Fleckabtastung für eine Linie oder Zeile akkumuliert ist, wird die akkumulierte Ladung als ein elektrisches Signal ausgelesen.
Wenn das CCD-Element 15 mit dem Laserstrahl über eine Abtastung abgetastet wird, während die Festkörper-Laservorrichtung 2 periodisch an- und abschaltet, ist düe Verteilung der Expositionsmenge des CCD-Elements 15 so, wie in Figur 12 gezeigt ist, wobei sich die Stärke periodisch in Übereinstimmung mit dem Fleckdurchmesser des Laserstrahls L ändert, weil das CCD-Element 15 in einer zur lichtempfindlichen Trommel 9 optisch äquivalenten Position angeordnet ist. Deshalb ist der Ausgang eines jeden der Bildelemente des CCD-Elements der in Fig. 11B gezeigte Ausgang. Das Signal wird dem Steuersystem 10 übertragen, das seinerseits einen Kontrast V gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
V = (Θmax - Θmin)/(Θmax + Θmin) .... (1)
worin Θmax der maximale Ausgang des CCD-Elements 15 und Θmin dessen minimaler Ausgang sind. Der berechnete Kontrast wird in einem (nicht dargestellten) Speicher des Steuersystems 10 als der Kontrast für die gegenwärtige Position des Kollimatorobjektivsystems 3 gespeichert.
Anschließend bewegt das Steuersystem 10 das Kollimatorobjektivsystem 3 in einem vorbestimmten Ausmaß durch die Scharfeinstelleinrichtung 4, es wird der Kontrast V berechnet, und dieser wird mit dessen Position in der gleichartigen Weise gespeichert.
Durch Wiederholen der obigen, Vorgänge mit einer vorgegebenen Anzahl von Malen wird der maximale Kontrast des gespeicherten Kontrastes V herausgesucht und das Kollimatorobjektivsystem in die den maximalen Kontrast bietende Position bewegt sowie in dieser fixiert.
Die Figur 13 zeigt in vergrößertem Maßstab ein weiteres Beispiel des mit der Scharfeinstelleinrichtung 4 ausgestatteten Kollimatorobjektivsystems 3 Bei diesem Beispiel ist die Festkörper-Laservorrichtung 2 an einem Befestigungsteil 51a eines Lagerungselements 51 mit einem U-Profilquerschnitt angebracht. Das Kollimatorobjektivsystem 3 ist in dem Lagerteil 51b für eine Gleitbewegung in der Richtung A, die die Richtung der optischen Achse des Laserstrahls ist, gelagert. Der Boden des Kollimatorobjektivsystems 3 ist zu einem Flansch 52 ausgestaltet. Der Flansch 52 und das Lagerungselement 51 sind über einen piezoelektrischen Stellantrieb 53 verbunden, der ein piezoelektrisches Element oder solche Elemente enthält, die in der Richtung A, d.h. der Längsrichtung, in Übereinstimmung mit einer an sie gelegten Spannung kollabier- und expandierbar sind. Der piezoelektrische Stellantrieb 53 ist elektrisch mit dem Steuersystem 10 verbunden und wird durch dieses System betrieben.
Wenn das Kollimatorobjektivsystem 3 durch ein Kollabieren des piezoelektrischen Stellantriebs 53, d.h. in der Richtung A1, bewegt wird, wird der Abstand zwischen dem Kollimatorobjektivsystem 3 und der Festkörper-Laservorrichtung 2 vermindert, so daß der vom Kollimatorobjektivsystem 3 ausgehende Laserstrahl divergierend wird, und deshalb wird der Brennpunkt des optischen Abtastsystem von der f-Θ-Linsengruppe 6c weg bewegt. Wird dagegen das Kollimatorobjektivsystem durch ein Expandieren des piezoelektrischen Stellantriebs 53, d.h. in der Richtung A2, bewegt, wird der vom Kollimatorobjektivsystem 3 ausgehende Laserstrahl konvergierend, so daß der Brennpunkt zur f-Θ-Linsengruppe 6c hin bewegt wird. Anstelle des piezoelektrischen Stellantriebs 53 kann eine Schwingspule od. dgl. verwendet werden, um das Kollimatorobjektiv zu bewegen oder zu verschieben.
Wie im Vorstehenden beschrieben wurde, kann durch Auffangen des Lichtstrahls, der in der Richtung der Strahlabtastung intermittierend moduliert oder in einer Amplitude moduliert wird, mittels einer Lichtempfangseinrichtung die Brennpunktablenkung des Strahls ohne Schwierigkeiten ermittelt werden, selbst wenn die Abtastgeschwindigkeit des Strahls hoch ist.
Bei den vorausgehenden Ausführungsformen wird das Kollimatorobjektivsystem bewegt, um die Konvergenzposition des Lichtstrahls an dem Abtastfläche zu bewegen, jedoch können andere bekannte Mittel als die Einrichtungen zur Bewegung der Konvergenzposition des Lichtstrahls zur Anwendung kommen. Als Beispiele dieser Einrichtungen sind zu nennen: eine bewegbare Konvexlinse, die zwischen dem Kollimatorobjektiv und dem drehenden Polygonspiegel angeordnet ist, wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 100113/1985 beschrieben ist, ein bewegbares Abbildungsobjektiv oder eine bewegbare Laserquelle, wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 116603/1984 offenbart ist, ein veränderbarer optischer Abstand zwischen einem Abtastobjektiv und einem abzutastenden Element, wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 112020/1985 beschrieben ist, und eine Laservorrichtung mit veränderbarer Leistung, wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. beschrieben ist.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist die Diskriminierung des Abbildungszustandes unter Verwendung eines Kontrastes vorgenommen worden, der ein Verhältnis der Lichtintensitäten ist; wenn jedoch die Lichtmenge des Laserstrahls konstant ist, kann die Diskriminierung unter Verwendung des Maximums des Ausgangs des Lichtempfangselements, des Minimums des Ausgangs des Lichtempfangselements, während der abtastende Laserstrahl durch das Filter übertragen wird, oder des Unterschiedes zwischen diesen vorgenommen werden.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf die hier offenbarten Konstruktionen beschrieben worden ist, so ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten beschränkt, und diese Erfindung ist vorgesehen, solche Abwandlungen oder Änderungen, die innerhalb der Zwecke der Verbesserungen oder des Rahmens der folgenden Patentansprüche liegen, abzudecken.
Eine optische Abtastvorrichtung enthält eine Lichtquelle, einen Modulator, um einen Strahl von der Lichtquelle intermittierend zu modulieren oder diesen als Amplitude zu modulieren, eine Abbildungsvorrichtung, um den Strahl von der Lichtquelle in einer vorbestimmten Position abzubilden, ein Ablenkungselement, um den Strahl von der Lichtquelle in einer vorbestimmten Richtung abzulenken, einen Lichtempfänger zum Empfang des vom Ablenkungselement abgelenkten sowie durch den Modulator modulierten Lichtstrahls, eine Verarbeitungseinrich tung, um ein durch den Lichtempfänger erzeugtes Signal zu verarbeiten, und eine auf die Verarbeitungseinrichtung ansprechende Justiervorrichtung, um eine Abbildungsposition des Strahls durch die Abbildungsvorrichtung einzustellen.

Claims

1. Eine-optische Abtastvorrichtung, die umfaßt:

- eine einen Lichtstrahl zum Abtasten einer Flache (9) aussendende Lichtquelle (2);

- eine Modulationseinrichtung (7), um einen Lichtstrahl (L) von der genannten Lichtquelle (2) intermittierend oder diesen in einer Amplitude zu modulieren;

- eine Abbildungseinrichtung (3), um den besagten Lichtstrahl (L) von der genannten Lichtquelle (2) auf eine vorbestimmte Stelle (S) abzubilden, wobei der besagte Lichtstrahl durch die erwähnte Modulationseinrichtung (7) an der genannten vorbestimmten Stelle (S) moduliert wird;

- eine Ablenkeinrichtung (5), um den besagten Lichtstrahl (L) von der genannten Lichtquelle (2) in einer vorbestimmten Richtung abzulenken und dadurch den besagten Lichtstrahl über die erwähnte Modulationseinrichtung (7) hinweg abzutasten;

- eine Lichtempfangseinrichtung (8; 15) zum Empfang des durch die erwähnte Ablenkeinrichtung (5) abgelenkten sowie durch die erwähnte Modulationseinrichtung (7) modulierten Lichtstrahls (L);

- eine Verarbeitungseinrichtung (10), um ein durch die besagte Lichtempfangseinrichtung (8; 15) erzeugtes Signal zu verarbeiten; und

- eine auf die genannte Verarbeitungseinrichtung (10) ansprechende Einstelleinrichtung (4), um eine Position der besagten Abbildungseinrichtung (3) einzustellen und dadurch eine Abbildungsstelle (S) des besagten Lichtstrahls (L) von der besagten Abbildungseinrichtung (3) zu justieren;

- die erwähnte optische Abtastvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß

die erwähnte Modulationseinrichtung (7) auf einer Abtastlinie angeordnet ist, welche außerhalb einer Abtastbreite einer Abtastlinie der genannten Fläche (9) liegt;

- der Abstand zwischen der erwähnten Modulationseinrichtung (7) und der genannten Lichtquelle (2) im wesentlichen derselbe wie der Abstand von der genannten Lichtquelle (2) zu der genannten Fläche (9) ist;

- eine Fokussierposition des besagten Lichtstrahls (L) durch Bewegen der besagten Abbildungseinrichtung (3), die zwischen der genannten Lichtquelle (2) sowie der erwähnten Ablenkeinrichtung (5) angeordnet ist, in einer Richtung der optischen Achse justiert wird; und

- die erwähnte Modulationseinrichtung (7) ein Filter besitzt, das transparente Teile und untransparente Teile hat, die beide Abmessungen, gemessen in der Abtastrichtung (C), von 0,45W bis 0,65W haben, wobei W ein Strahldurchmesser des Strahls an einer Stelle ist, wo die Lichtstärke 1/e², multipliziert mit deren Stärke auf der optischen Achse, beträgt.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Modulationseinrichtung (7) ein Gitter mit in einer vorbestimmten Richtung angeordneten Öffnungen enthält, das benachbart zu der besagten Lichtempfangseinrichtung (8; 15) angeordnet ist.

3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Lichtempfangseinrichtung (8; 15) eine Mehrzahl von in der genannten vorbestimmten Richtung angeordneten Lichtempfangsteilen enthält.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Modulationseinrichtung (7) einen Licht emittierenden Generator enthält, um ein Lichtemissionssignal zu der genannten Lichtquelle (2) zu übertragen.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Einstelleinrichtung (4) die besagte Abbildungeinrichtung (3) steuert, um die Abbildungsstelle (S) einzuregeln.

6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Lichtempfangseinrichtung (8) ein einzelnes Lichtempfangsteil besitzt.

7. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der erwähnten Modulationseinrichtung (7) und der besagten Lichtempfangseinrichtung (8) eine Licht konvergierende Einrichtung (13) angeordnet ist.