DE69417681T2

DE69417681T2 - Optisches Abtastsystem

Info

Publication number: DE69417681T2
Application number: DE69417681T
Authority: DE
Inventors: Takeo C/O Kabushiki Kaisha Nagoya-Shi Aichi-Ken Iwasaki
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: US5661587A; JP3242238B2; JPH07120696A; EP0651275A1; DE69417681D1; EP0651275B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Abtastsystem, das ein optisches Bild auf einem Objekt ausbildet und das Objekt durch Streifenlassen des optisches Bildes über das Objekt abtastet.
Es ist ein Laserdrucker bekannt, der ein optisches Abtastsystem enthält, bei dem eine bildformende Linse mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen ist, zum Verhindern, daß ein Geisterstrahl von dieser reflektiert wird, und derart zum Verhindern, daß ein, Geisterbild auf einem Objekt durch den Geisterstrahl, der durch eine Spiegeloberfläche eines Polygonspiegel reflektiert wird, ausgebildet wird.
Zusätzlich offenbaren die U. S. -Patente Nr. 5 191 463, 4 745 416 und 4 586 892 Wege des Reduzierens der Ausbildung eines Geisterbildes auf einer Bildoberfläche.
Bei dem oben erwähnten herkömmlichen optischen Abtastsystem werden, da die Antireflexionsbeschichtung auf der bildformenden Linse ausgebildet werden muß, um zu verhindern, daß das Geisterbild ausgebildet wird, mehr Schritte zum Herstellen der Linse benötigt. Zusätzlich leiden die Geisterbildverhinderungstechniken, die durch die oben erwähnten Patente offenbart werden, an Problemen, die unten im Detail erläutert werden.
Das U. S. -Patent Nr. 4 586 782 offenbart ein optisches Abtastsystem, bei dem die optische Achse einer bildformenden Linse bezüglich einer Ablenkungsebene geneigt ist, die durch einen Lichtstrahl, der auf einen Polygonspiegel einfällt, und den Lichtstrahl, der in Richtung der Linse durch den Polygonspiegel abgelenkt ist, definiert wird. Die Mittellinie der Spiegeloberflächen des Polygonspiegel, die parallel zu der oberen und der unteren Kantenlinie der Spiegeloberflächen ist, ist ausgerichtet mit und enthalten in der Ablenkungsebene. Jedoch kann die Breite oder Dicke W der Spiegeloberflächen des Polygonspiegels nicht unter ungefähr 3 mm reduziert werden, da, falls ihre Breite W kleiner als 3 mm ist, die Spiegeloberflächen nicht mit zufriedenstellender Genauigkeit ausgebildet werden können und daher der Betrag der Verzerrung eines optischen Bildes, das auf einem Objekt ausgebildet wird, übermäßig wird. Darum kann der Neigungswinkel der optischen Achse der bildformenden Linse nicht unter eine gewisse untere Grenze reduziert werden, und in ähnlicher Weise kann der Betrag der Verzerrung des optischen Bildes nicht unter eine gewisse untere Grenze reduziert werden.
Die JP-A-62 237 419 offenbart ein optisches Abtastsystem für einen Laserdrucker, der einen als einen Lichtablenker wirkenden vielflächigen Spiegel, der eine Mehrzahl von reflektierenden Oberflächen zum Ablenken eines Lichtstrahles in eine Ablenkungsebene, die durch den auf den Spiegel einfallenden Lichtstrahl und den durch den Spiegel abgelenkten Lichtstrahl definiert wird, aufweist, und eine lichtkonvergierende Vorrichtung, die eine erste Linse und eine zweite, zylindrische Linse aufweist und die den durch den Spiegel abgelenkten Lichtstrahl empfängt und ein optisches Bild bildet, aufweist. Desweiteren ist die optische Achse der zweiten, zylindrischen Linse von der Ablenkungsebene so getrennt, daß der von dieser teilweise reflektierte Lichtstrahl nicht zu dem vielflächigen Spiegel zurückgespiegelt wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Abtastsystem vorgesehen, das aufweist:
eine Lichtquelle, die zum Emittieren eines Lichtstrahles angeordnet ist;
einen drehbaren Lichtablenker, der mindestens eine ablenkende Oberfläche aufweist, die eine drehbare ablenkende Oberfläche liefert, zum Ablenken des durch die Lichtquelle emittierten Lichtstrahles in eine Ablenkungsebene, die sowohl den auf den Lichtablenker einfallenden Lichtstrahl als auch den durch den Lichtablenker abgelenkten Lichtstrahl enthält, wobei die reflektierende Oberfläche zwei entgegengesetzte, gerade Kantenlinien, die jeweils parallel zu der Ablenkungsebene sind, und eine Mittellinie in der Ebene der reflektierenden Oberfläche des Lichtablenkers parallel zu und zentral zwischen den beiden Kantenlinien aufweist; und
eine lichtkonvergierende Vorrichtung, die mindestens eine Linse aufweist, die eine optische Achse aufweist und zum Empfangen des durch den Lichtablenker abgelenkten Lichtstrahles und zum Bilden eines optischen Bildes auf einem abtastenden Objekt angeordnet ist,
bei dem die Mittellinie der reflektierenden Oberfläche des Lichtablenkers um einen ersten Betrag getrennt von der und parallel zu der Ablenkungsebene ist und die optische Achse der Linse entweder um einen zweiten Betrag getrennt von der, oder geneigt bezüglich der, Ablenkungsebene ist, wobei der erste und der zweite Betrag derart sind, daß das Licht, das teilweise von der Linse zurück in Richtung des Ablenkers reflektiert wird, durch den Ablenker nicht zurück in Richtung des abzutastenden Objektes reflektiert wird.
Der von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahl wird durch den Lichtablenker abgelenkt und dann durch die lichtkonvergierende Vorrichtung empfangen, so daß ein optisches Bild auf einem abzutastenden Objekt ausgebildet wird.
Entsprechend der ersten Alternative der Erfindung, wie sie oben genannt ist, ist die optische Achse der Linse der lichtkonvergierenden Vorrichtung von der Ablenkungsebene getrennt. In diesem Fall kehrt, obwohl der auf die lichtkonvergierende Vorrichtung einfallende Lichtstrahl teilweise durch diese reflektiert wird, das reflektierte Licht in Richtung des Lichtablenkers in einem Winkel relativ zu der Ablenkungsebene derart zurück, daß er nicht erneut auf den Lichtablenker einfällt. Derart wird das von der lichtkonvergierenden Vorrichtung reflektierte Licht nicht erneut durch den Lichtablenker reflektiert. Dieses bedeutet, daß die lichtkonvergierende Vorrichtung keine Antireflexionsbeschichtung benötigt, so daß das vorliegende optische Abtastsystem den Vorteil des effektiven Verhinderns des Ausbildens eines Geisterbildes durch teilweise von der lichtkonvergierenden Vorrichtung reflektiertes Licht ohne Erhöhung der Anzahl der zur Herstellung der lichtkonvergierenden Vorrichtung notwendigen Arbeitsschritte genießt.
Entsprechend der zweiten Alternative der Erfindung, wie sie oben erläutert ist, ist die Mittellinie der ablenkenden Oberfläche des Lichtablenkers getrennt von und parallel zu der Ablenkungsebene und die optische Achse der lichtkonvergierenden Vorrichtung ist bezüglich der Ablenkungsebene geneigt. Als ein Ergebnis kann der Neigungswinkel der optischen Achse der lichtkonvergierenden Vorrichtung wie einer optischen Linse gegenüber der unteren Grenze für das herkömmliche optische Abtastsystem, bei dem die Mittellinie der Spiegeloberflächen des Polygonspiegels mit der Ablenkungsebene ausgerichtet ist, weiter reduziert oder sogar minimiert werden. Dementsprechend kann der Betrag der Verzerrung des optischen Bildes, das auf dem Objekt ausgebildet wird, gegenüber der unteren Grenze für das herkömmliche optische Abtastsystem weiter reduziert werden. Auch in diesem Fall benötigt die lichtkonvergierende Vorrichtung keine Antireflexionsbeschichtung und daher kann sie mit einer verminderten Anzahl von Arbeitsschritten hergestellt werden.
Bevorzugterweise ist die Breite des Lichtablenkers, die gleich dem Abstand zwischen den beiden entgegengesetzten Kanten ist, nicht kleiner als 3 mm.
Bevorzugterweise weist der Lichtablenker einen Polygonspiegel auf, der eine Mehrzahl von Spiegeloberflächen als die mindestens eine ablenkende Oberfläche aufweist.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, von denen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein optisches Abtastsystem ist, das keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aber nützlich zum Verstehen ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des optischen Abtastsystems aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Teils des optischen Abtastsystems aus Fig. 1 ist;
Fig. 4 ein Graph ist, der eine Beziehung zwischen dem Versatzbetrag einer optischen Achse 19 einer bildformenden Linsenvorrichtung 12 und der Wellenfrontaberration eines bildformenden Strahls 17 des optischen Abtastsystems aus Fig. 1 zeigt;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht ist, die Fig. 3 entspricht, die einen Teil eines anderen optischen Abtastsystems zeigt, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine Draufsicht ist, die Fig. 2 entspricht, die einen Teil eines anderen optischen Abtastsystems zeigt;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht ist, die Fig. 3 entspricht, die einen Teil eines anderen optischen Abtastsystems zeigt;
Fig. 8 eine Draufsicht ist, die Fig. 2 entspricht, die einen Teil eines anderen optischen Abtastsystems zeigt;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht ist, die Fig. 3 entspricht, die einen Teil eines anderen optischen Abtastsystems zeigt;
Fig. 10 eine Querschnittsansicht ist, die Fig. 3 entspricht, die einen Teil eines optischen Abtastsystems zeigt, das eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 eine Draufsicht ist, die Fig. 2 entspricht, die einen Teil eines herkömmlichen optischen Abtastsystems zeigt; und
Fig. 12 eine Querschnittsansicht ist, die Fig. 3 entspricht, die einen Teil des herkömmlichen optischen Abtastsystems aus Fig. 11 zeigt.
Unter Bezugnahme auf zuerst Fig. 1, es ist ein optisches Abtastsystem 1 für einen Laserdrucker gezeigt, das keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aber nützlich für das Verstehen ist. Es wird die Konstruktion und der Betrieb des optischen Abtastsystems 1 aus Fig. 1 beschrieben.
Das optische Abtastsystem 1 enthält ein kastenartiges Gehäuse 2, in dem alle Elemente angeordnet sind, die zum Erzeugen eines Lichtstrahles zum Bestrahlen eines Aufzeichnungsmediums in der Form einer photoempfindlichen Trommel 3 notwendig sind. Das Gehäuse 2 ist z. B. aus einem Harz, das darin verteilte Glasfasern enthält, ausgebildet. Das Gehäuse 2 hält jedes Element mit hoher Genauigkeit in Position, so daß ein optisches Bild, das auf der Trommel 3 auszubilden ist, nicht an einer Verzeichnung aufgrund der Vibrationen, die in das Gehäuse eingegeben werden, leidet.
Das Abtastsystem 1 enthält weiter eine Lasereinheit 6. Die Lasereinheit 6 enthält eine Lichtquelle 4, die einen Laserstrahl emittiert, eine Kollimatorlinse 5 und einen Schlitz 7. Die drei Elemente 4, 5, 7 sind, wie die Lasereinheit 6, an dem Gehäuse 2 fixiert.
Die Lichtquelle 4 enthält eine Halbleiterlaservorrichtung und emittiert einen Laserstrahl, der entsprechend zu Bildsignalen oder Bilddaten, die von einer Bilddatenzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) des Laserdruckers geliefert werden, intensitätsmodulliert worden ist. Der von der Lichtquelle 4 emittierte Lichtstrahl wird von der Kollimatorlinse 5 empfangen.
Die Kollimatorlinse 5 wird durch eine einzelne Glaslinse gebildet. Die Kollimatorlinse 5 empfängt den Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 4 emittiert worden ist, und formt den Lichtstrahl in parallele Lichtstrahlen.
Der Schlitz 7 wird mittels einer Platte vorgesehen, die eine/ein rechteckige(s) Öffnung oder Fenster aufweist. Der Schlitz 7 definiert die Kontur der parallelen Lichtstrahlen als die Ausgabe von der Kollimatorlinse 5, und definiert außerdem den Durchmesser des Laserstrahles als das optische Bild, das auf der photoempfindlichen Trommel 3 ausgebildet wird.
Eine zylindrische Linse 8 ist auf einem optischen Weg der Lichtquelle 4 vorgesehen. Die zylindrische Linse 8 wird durch eine einzelne Plastiklinse gebildet. Die zylindrische Linse 8 empfängt die parallelen Lichtstrahlen über den Schlitz 7 von der Kollimatorlinse 5 und konvergiert die parallelen Strahlen in ein lineares Bild, das sich in einer Richtung, die senkrecht zu der Drehachse 10a eines Antriebsmotors 10 ist, in der Nachbarschaft von Spiegeloberflächen 9a eines Polygonspiegels 9 erstreckt. Die Lasereinheit 6 und die zylindrische Linse 8 arbeiten miteinander zum Bereitstellen einer Lichtquellenvorrichtung zusammen.
Der Polygonspiegel 9 und der Antriebsmotor 10 sind, als eine Spiegel/Motor-Einheit 11, an dem Gehäuse 2 fixiert. Der Polygonspiegel 9 ist mit einer hohen und konstanten Geschwindigkeit durch den Antriebsmotor 10 drehbar.
Der Polygonspiegel 9 wird durch Schneiden eines Aluminiumrohlings in eine regelmäßig sechseckige Stange hergestellt, und die sechs Seitenflächen der sechseckigen Stange werden zum Bereitstellen der Spiegeloberflächen 9a auf Spiegelqualität endbearbeitet. Die Toleranz der Endbearbeitung der Spiegeloberflächen 9a fällt in den Bereich von ungefähr λ/4 (λ ist die Wellenlänge des Laserstrahls, der von der Lichtquelle 4 emittiert wird) zur Vermeidung einer übermäßigen Deformation der Form des Laserstrahls als dem auf der Trommel 3 gebildeten optischen Bild. Die Dicke oder Breite W (Fig. 3) des Polygonspiegels 9, wie sie in der Richtung der Erstreckung der Drehachse 10a des Antriebsmotors 10 gemessen wird, liegt im Bereich von ungefähr 3 bis 4 mm.
Der Polygonspiegel 9 fungiert als eine Lichtablenkungsvorrichtung.
Der Antriebsmotor 10 ist ein bürstenloser Gleichstromtyp und so entworfen, daß Fluktuationen der Umdrehungsgeschwindigkeiten desselben auf den Bereich von ungefähr ± 0,01% begrenzt sind. Mit der Drehung des Polygonspiegels 9 um die Achse 10a des Antriebsmotors 10 wird der Laserstrahl, der auf eine momentan wirksame Oberfläche der sechs Spiegeloberflächen 9a einfällt (im folgenden als die "ablenkende Oberfläche 9a" bezeichnet), fortlaufend abgelenkt, so daß der Ort des fortlaufend abgelenkten Laserstrahls eine Ablenkungsebene 18 (Fig. 3) definiert, die senkrecht zu der Drehachse 10a des Antriebsmotors 10 ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt die Ablenkungsebene 18 durch eine Mittellinie CL der Spiegeloberflächen 9a des Polygonspiegels 9, wobei diese Linie parallel zu der oberen und der unteren geraden Kantenlinie der Spiegeloberfläche 9a ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Eine bildformende Linsenvorrichtung 12, die als eine lichtkonvergierende Vorrichtung fungiert, wird durch zwei Plastiklinsen 12a, 12b gebildet, die als eine Mehrzahl von optischen Teilen der lichtkonvergierenden Vorrichtung fungieren. Die Linsenvorrichtung 12 bildet ein optisches Bild auf der photoempfindlichen Trommel 3 aus dem durch den Polygonspiegel 9 abgelenkten Laserstrahl. Die Linsenvorrichtung 12 weist eine bekannte F-θ- Charakteristik auf, so daß der Laserstrahl als das auf der Trommel 3 gebildete optische Bild die Trommel 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit abtastet. Da die Plastiklinsen 12a, 12b keine Antireflexionsbeschichtung aufweisen, beträgt der Reflexionsgrad jeder Plastiklinse 12a, 12b ungefähr 5% pro Reflexion. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine optische Achse 19 der Linsenvorrichtung 12 weist nach oben gegenüber der Ablenkungsebene 18 einen Abstand auf und erstreckt sich parallel zu der Ablenkungsebene 18.
Ein länglicher Spiegel 13 ist zwischen der Linsenvorrichtung 12 (d. h. der zweiten Linse 12b) und der photoempfindlichen Trommel 3 vorgesehen. Der Spiegel 13 wird hergestellt durch Unterwerfen einer Glasplatte unter eine Aluminiumdampfabscheidung. Der Spiegel 13 faltet, durch Reflexion, den optischen Weg des Laserstrahls, der der Linsenvorrichtung 12 nachfolgt, so daß die Trommel 3 an einer gewünschten Position in dem Gehäuse 2 angeordnet werden kann.
Der Laserstrahl, der von der Linsenvorrichtung 12 (zweite Linse 12b) ausgegeben wird, kann auf eine Strahldetektoreinheit 14 gerichtet werden, die außerhalb eines wirksamen Abtastbereiches angeordnet ist, in dem der Laserstrahl, der durch den Polygonspiegel 9 reflektiert wird, wirksam zum Abtasten der photoempfindlichen Trommel 3 verwendet wird. Die Laserdetektoreinheit 14 enthält ein photoelektrisches Umsetzerelement wie eine PIN- Photodiode und detektiert eine momentane Position des Laserstrahls, der fortlaufend durch den sich drehenden Polygonspiegel 9 abgelenkt wird. Die Detektoreinheit 14 erzeugt ein Detektionssignal, das durch eine Steuervorrichtung (nicht gezeigt) zum Starten des Lieferns der Bilddaten an die Lichtquelle 4 derart verwendet wird, daß der Laserstrahl, der gewünschte Lichtinformation oder Bilddaten trägt, gewünschte Bereiche der Trommel 3 abtastet.
Die Bilddaten, die über den Laserstrahl in die photoempfindliche Trommel 3 in der oben beschriebenen Weise eingegeben werden, werden z. B. durch einen bekannten elektrophotographischen Prozeß entwickelt und nachfolgend auf ein Aufzeichnungsmedium wie ein gewöhnliches Blatt oder ein spezielles Blatt übertragen und auf diesem fixiert. Derart wird eine Hardcopy der ursprünglichen Bilddaten ausgegeben.
Die Fig. 11 und 12 zeigen ein herkömmliches optisches Abtastsystem. Es wird der Grund beschrieben, warum ein Geisterbild auf einem Aufzeichnungsblatt ausgebildet wird.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ein Laserstrahl wird durch eine ablenkende Oberfläche als einer momentan wirksamen Oberfläche von sechs Spiegeloberflächen eines Polygonspiegels 90 abgelenkt. Der Laserstrahl, der durch den Polygonspiegel 90 abgelenkt wird, wird teilweise durch eine rückseitige Oberfläche einer ersten Linse 120a einer bildformenden Linsenvorrichtung 120 und eine vorderseitige und einer rückseitige Oberfläche einer zweiten Linse 120b der Linsenvorrichtung 120 reflektiert, wie es bei entsprechenden Einfallswinkeln a, b, und c, jeweils relativ zu einer Bildoberfläche oder einem Schirm 150, d. h. der äußeren Umfangsoberfläche einer abzutastenden photoempfindlichen Trommel, angezeigt ist. Bei dieser Vorrichtung weisen die beiden Linsen 120a, 120b keine Antireflexionsbeschichtung auf. Die Laserstrahlen, die durch drei Oberflächen der Linsenvorrichtung 120 reflektiert werden, fallen auf eine Spiegeloberfläche, die der ablenkenden Oberfläche benachbart ist. Die Laserstrahlen, die durch die benachbarte Spiegeloberfläche des Polygonspiegels 90 reflektiert werden, laufen erneut durch die Linsenvorrichtung 120 und bilden entsprechende Geisterbilder auf dem Schirm 150. Da, wie in Fig. 12 gezeigt ist, die optische Achse der Linsenvorrichtung 120 in einer Ablenkungsebene, die durch den Ort des fortlaufend durch den Polygonspiegel 90 abgelenkten Laserstrahls definiert ist, enthalten ist, kehren die Laserstrahlen, die durch die Oberflächen der Linsenvorrichtung 120 reflektiert worden sind, zu der benachbarten Spiegeloberfläche des Polygonspiegels 90 über andere optische Wege in der Ablenkungsebene zurück.
Hier wird die Intensität oder die Leistung von jedem der drei Geisterstrahlen 160 (angezeigt durch eine gestrichelte Linie), die durch die drei Oberflächen der Linsenvorrichtung 120 reflektiert werden, mit der Leistung eines Abtaststrahles 170 (angezeigt durch eine durchgezogene Linie) zum Abtasten des Schirmes 150 verglichen. Vorausgesetzt daß der Reflexionsgrad der Linsenvorrichtung 120 gleich 5% pro Reflexion (d. h. pro Oberfläche) ist, der Transmissionsgrad der Linsenvorrichtung 120 gleich 95% pro Transmission (d. h. pro Oberfläche) ist und der Reflexionsgrad der ablenkenden Oberfläche des Polygonspiegels 90 gleich 90% pro Reflexion ist, ist das Verhältnis der Leistung von jedem der drei Geisterstrahlen 160, die durch die rückseitige Oberfläche der ersten Linse 120a und die vordere und die rückseitige Oberfläche der zweiten Linse 120b reflektiert werden, zu der Leistung des Abtaststrahles 170 gleich 4,1%, 3,7% bzw. 3, 3%. Diese Verhältnisse oder Leistungen der Geisterstrahlen 160 sind merklich hoch und können nicht ignoriert werden. Tatsächlich werden die entsprechenden Geisterbilder, die durch diese Geisterstrahlen 160 an unerwünschten Orten gebildet werden, durch einen normalen elektrophotographischen Prozeß entwikkelt und als dünne Bilder auf das Aufzeichnungsblatt gedruckt. In dem Fall, in dem ein Laserstrahl zweimal oder mehrmals durch jeweilige Oberflächen der Linsenvorrichtung 120 reflektiert wird, überschreitet die Leistung des resultierenden Geisterstrahles unter denselben wie den obigen Bedingungen 0,25% nicht. Diese niedrige Leistung des Geisterstrahles stellt kein Problem dar, wenn die latenten Bilder, die auf der photoempfindlichen Trommel ausgebildet sind, durch einen normalen elektrophotographischen Prozeß entwickelt werden.
In dem Fall, in dem jede der beiden Linsen 120a, 120b der bildformenden Linsenvorrichtung 120 eine Antireflexionsbeschichtung aufweist, wird die Leistung von jedem der drei Geisterstrahlen 160, die entsprechend durch die rückseitige Oberfläche der ersten Linse 120a und die vordere und die rückseitige Oberfläche der zweiten Linse 120b reflektiert werden, mit der Leistung eines Abtaststrahles 170 zum Abtasten eines Schirmes 150 unter der Bedingung verglichen, daß der Reflexionsgrad der Linsenvorrichtung 120 gleich 1% pro Reflexion ist, der Transmissionsgrad der Linsenvorrichtung 120 gleich 99% pro Transmission ist und der Reflexionsgrad der ablenkenden Oberfläche des Polygonspiegels 90 gleich 90º pro Reflexion ist. In diesem Fall ist das Verhältnis der Leistung von jedem der drei Geisterstrahlen 160, die durch die drei Flächen der Linsenvorrichtung 120 reflektiert werden, zu der Leistung des Abtaststrahles 170 gleich 0,88%, 0,86% bzw. 0,85%. Diese Verhältnisse oder Leistungen der Geisterstrahlen 160 erzeugen das Problem, daß Geisterbilder auf einem Aufzeichnungsblatt erzeugt werden, nicht, weswegen keine Gegenmaßnahme benötigt worden ist. Jedoch resultiert das Vorsehen einer Antireflexionsbeschichtung auf jeder Linse 120a, 120b, die eine merkliche Größe aufweist, in der Erhöhung der Anzahl der Bearbeitungsschritte, die zum Herstellen der Linse 120a, 120b verglichen mit dem Fall, in dem eine Linse 120a, 120b ohne irgendeine Antireflexionsbeschichtung hergestellt wird, benötigt werden. Als Folge werden die Herstellungskosten der herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung erhöht.
Unter Bezugnahme auf erneut Fig. 11, die Linsenvorrichtung 120 enthält eine vordere Oberfläche der ersten Linse 120a als die vierte Oberfläche, die teilweise den Laserstrahl, der von der ablenkenden Oberfläche des Polygonspiegels 90 reflektiert wird, reflektiert, wie es bei einem entsprechenden Einfallswinkel d relativ zu dem Schirm 150 angezeigt ist. Jedoch kann der durch die vordere Oberfläche der ersten Linse 120a reflektierte Laserstrahl nicht erneut durch die Linsenvorrichtung 120 übertragen werden oder der Schirm 150 erreichen, nachdem er durch die benachbarte Oberfläche des Polygonspiegels 90, die der ablenkenden Oberfläche desselben benachbart ist, reflektiert worden ist. Daher ist es möglich, ein Geisterbild durch Auswählen einer geeigneten Krümmung jeder Linse 120a, 120b der Linsenvorrichtung 120, einer geeigneten Anzahl und/oder Form der Spiegeloberflächen des Polygonspiegels 90, und/oder eines geeigneten Einfallswinkels des Laserstrahls relativ zu den Polygonspiegeln 90 zu eliminieren. Jedoch kann es für einige Linsen 120a, 120b, die spezifische Abmessungen aufweisen, keine Lösung zur Eliminierung eines Geisterbildes geben.
Es ist die Technik des Entfernens eines Geisterbildes mittels Anordnen einer lichtabschirmenden Vorrichtung außerhalb des wirksamen Abtastbereiches, der durch den Ort des Laserstrahls, der fortlaufend durch den Polygonspiegel 90 abgelenkt wird, definiert wird, in einem kastenartigen Gehäuse bekannt. Diese Technik kann jedoch nicht einen Geisterstrahl entfernen, der ein Geisterbild innerhalb eines begrenzungsdefinierenden Endes des wirksamen Abtastbereiches definiert, der durch einen entsprechenden Einfallswinkel e angezeigt ist. Bei dem vorherigen Abtastsystem werden Geisterbilder a', b' und c' durch die Geisterstrahlen a, b, c ausgebildet, deren optische Wege innerhalb des effektiven Abtastbereiches fallen. Darum kann diese Technik nicht für das vorliegende optische Abtastsystem 1 verwendet werden.
Das U. S. -Patent Nr. 4 586 782, das oben diskutiert worden ist, offenbart ein optisches Abtastsystem, bei dem die optische Achse einer bildformenden Linse bezüglich einer Ablenkungsebene, in der der Laserstrahl fortlaufend durch einen Polygonspiegel abgelenkt ist, geneigt ist. Diese Technik ist ausreichend wirksam, beim Hindern eines Geisterstrahles, der durch die bildformende Linse reflektiert wird, am tatsächlichen Ausbilden eines Geisterbildes. Jedoch ist die Toleranz der Positionierung der bildformenden Linse sehr klein, und es ist erforderlich, daß ein kastenartiges Gehäuse die geneigte bildformende Linse mit einer höheren Positionierungsgenauigkeit als ein kastenartiges Gehäuse zum senkrechten Halten einer bildformenden Linse in einer solchen Weise, daß die optische Achse der bildformenden Linse parallel zu der Ablenkungsebene ist, hält. Darum wird sowohl in dem Fall, in dem das kastenartige Gehäuse ein Produkt ist, das durch Schneiden eines Rohlings erhalten wird, als auch in dem Fall, in dem das Gehäuse ein Produkt ist, das durch Formen eines Materials in einer metallischen Form erhalten wird, die Anzahl der Arbeitsschritte, die zum Vorsehen einer Referenzebene zum Positionieren der bildformenden Linse benötigt wird, erhöht. Zusätzlich ist die Anzahl der Arbeitsschritte, die zum Überprüfen der Referenzebene benötigt werden, ebenfalls erhöht. Derart werden die Herstellungskosten des vorhergehenden Abtastsystems erhöht.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 der Grund beschrieben, warum das optische Abtastsystem 1 aus Fig. 1 ein Geisterbild eliminieren kann.
In Fig. 2, der Laserstrahl, der durch die ablenkende Oberfläche 9a des Polygonspiegels 9 abgelenkt worden ist, wird teilweise durch die rückseitige Oberfläche der ersten Linse 12a und die vordere und die rückseitige Oberfläche der zweiten Linse 12b reflektiert, wie es bei den entsprechenden Einfallswinkeln a, b, c relativ zu einem Schirm 15, d. h. der äußeren Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 3, angezeigt ist, und er wird in Richtung des Polygonspiegels 9 gerichtet. Da jedoch die optische Achse 19 der beiden Linsen 120a, 120b der bildformenden Linsenvorrichtung 120 nach oben gegenüber der Ablenkungsebene 18 verschoben ist, wie es in Fig. 3 zu sehen ist, treffen die Laserstrahlen, die von den drei Oberflächen der Linsenvorrichtung 12 reflektiert werden, nicht auf irgendeine Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels 9 auf. Diese wird detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 3 unten erklärt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, der durch die ablenkende Oberfläche 9a des Polygonspiegels 9 reflektierte Laserstrahl wird teilweise durch die rückseitige (d. h. die zweite) Oberfläche der ersten Linse 12a und die vordere (d. h. die dritte) und die hintere (d. h. die vierte) Oberfläche der zweiten Linse 12b reflektiert, und die reflektierten Strahlen kehren als Geisterstrahlen 16 in Richtung des Polygonspiegels 9 zurück. Da jedoch die optische. Achse 19 der bildformenden Linsenvorrichtung 12 nach oben gegenüber der Ablenkungsebene 18 verschoben ist, laufen die drei Geisterstrahlen 16, die von der Linsenvorrichtung 12 reflektiert worden sind, durch entsprechende optische Wege, die jeweils mit einer gestrichelten Linie angezeigt sind, in Richtung eines freien Raumes oberhalb des Polygonspiegels 9. Derart treffen die Geisterstrahlen 16, die von den drei Oberflächen der Linsenvorrichtung 12 reflektiert worden sind, nicht auf irgendeine Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels 9.
Entsprechende Ablenkungsbeträge S. 20 der Geisterstrahlen 16 gegenüber einer Mittellinie CL der Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels, d. h. gegenüber der Ablenkungsebene 18, wie sie in der Position der Spiegeloberflächen 9a des Polygonspiegels 9 gemessen werden, werden unter Bezugnahme auf ein Beispiel berechnet, bei dem die Dicke oder Breite W der Spiegeloberflächen 9a gleich 4 mm ist, der Abstand zwischen der Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels 9, die die nächste zu der vorderen (d. h. der ersten) Oberfläche der ersten Linse 12a ist, und der vorderen Oberfläche der ersten Linse 12a ungefähr gleich 25 mm ist, der Betrag der Verschiebung nach oben der optischen Achse 19 der Linsenvorrichtung 12 gegenüber der Ablenkungsebene 18 gleich 1 mm ist, die Krümmung der vorderen Oberfläche der ersten Linse 12a gleich 120 mm ist, die Krümmung der rückseitigen Fläche der ersten Linse 12a gleich 45 mm ist, die entsprechenden Krümmungen, der vorderen Oberfläche der zweiten Linse 12b, wie sie in einer Haupt- und einer zweiten Laserstrahlabtastrichtung genommen werden, gleich 300 mm bzw. 25 mm sind (die Hauptabtastrichtung ist parallel zu der Längsachsenlinie der Trommel 3 und die sekundäre Abtastrichtung ist senkrecht zu der Hauptabtastrichtung), die Krümmung der rückseitigen Oberfläche der zweiten Linse 12b gleich 3000 mm ist, der Abstand zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche der ersten Linse 12a entlang der Länge der optischen Achse der ersten Linse 12a gleich 12 mm ist, der Abstand zwischen der rückseitigen Oberfläche der Linse 12a und der vorderen Oberfläche der zweiten Linse 12b gleich 6Smm ist, der Abstand zwischen der vorderen und der rückseitigen Oberfläche der zweiten Linse 12b entlang der Länge der optischen Achse der zweiten Linse 12b gleich 4 mm ist, jede Linse 12a, 12b aus PMMA (d. h. Polymethylmethacrylat) ausgebildet ist, und der Brechungsindex jeder Linse 12a, 12b gleich 1,49 ist. Der Ablenkungsbetrag S 20 für den Geisterstrahl 16, der von der vorderen Oberfläche der ersten Linse 12a reflektiert wird, wird als 0,41 mm berechnet, die Ablenkung S 20 für den Geisterstrahl 16, der von der rückseitigen Oberfläche der ersten Linse 12a reflek tiert wird, ist gleich 2,2 mm, die Ablenkung S 20 für den Geisterstrahl 16, der von der vorderen Oberfläche der zweiten Linse 12b reflektiert wird, ist gleich 2,4 mm, und die Ablenkung S 20 für den Geisterstrahl 16, der von der rückseitigen Oberfläche der zweiten Linse 12b reflektiert wird, ist gleich 2,9 mm.
Derart fällt im wesentlichen keine Leistung der Geisterstrahlen 16, die von der rückseitigen Oberfläche der ersten Linse 12a und der vorderen und der rückseitigen Oberfläche der zweiten Linse 12b reflektiert werden, auf die Spiegeloberflächen 9a des Polygonspiegels 9. Da der Grad der Konvergenz jedes Geisterstrahls 16 wesentlich niedriger als derjenige des ursprünglich auf die ablenkende Oberfläche 9a des Polygonspiegels 9 einfallenden Laserstrahls ist, trifft im wesentliche, keine Leistung des Geisterstrahls auf die Spiegeloberflächen 9a des Polygonspiegels 9 auf. Selbst falls ein Teil jedes Geisterstrahls 16 auf den Polygonspiegel 9 fällt, ist die einfallende Leistung des Geisterstrahls sehr niedrig, was im wesentlichen keinen Beitrag zur Ausbildung eines Geisterbildes auf dem Schirm 15 erbringt.
Zusätzlich trifft der Geisterstrahl, der von der vorderen Oberfläche der ersten Linse 12a reflektiert wird, auf die Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels 9, die der ablenkenden Oberfläche 9a benachbart ist, auf, aber dieser Geisterstrahl bildet kein Geisterbild auf dem Schirm 15 aus den oben unter Bezugnahme auf den optischen Weg, der dem Einfallswinkel d entspricht, erläuterten Gründen aus.
Es wird bevorzugt, daß der Betrag des Versatzes der optischen Achse 19 der bildformenden Linsenvorrichtung 12 gegenüber der Ablenkungsebene 18 als der mindestens mögliche Wert, der zum Entfernen der Geisterbilder notwendig ist, gewählt wird.
Falls der Versatzbetrag der optischen Achse 19 gegenüber der Ablenkungsebene 18 erhöht wird, werden die optischen Eigenschaften der Linsenvorrichtung 12 erniedrigt, insbesondere wird der Be trag der Aberration des Laserstrahls als dem optischen Bild, das auf dem Schirm 15 ausgebildet wird, erhöht. Aus diesem Grund sollte der Betrag des Versatzes der optischen Achse 19 so klein wie möglich gehalten werden.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen (A) einer Wellenfrontaberration RMS des Laserstrahls als dem auf dem Schirm 15 ausgebildeten optischen Bild und (B) (b1) dem Ablenkungsbetrag S des Geisterstrahls 16 und (b2) dem Versatzbetrag der optischen Achse 19 der Linsenvorrichtung 12. Es ist aus dieser Beziehung zu verstehen, daß, falls der Versatzbetrag der optischen Achse 19 übermäßig überhöht wird, die Qualität des Laserstrahls als dem auf dem Schirm 15 ausgebildeten optischen Bild stark erniedrigt wird. Die Qualität des Laserstrahls als dem auf dem Schirm 15 ausgebildeten optischen Bild kann durch Halten der Wellenfrontaberration RMS innerhalb einer Wellenlänge λ des durch die Lichtquelle 4 emittierten Laserstrahls (d. h. RMS < λ) garantiert werden. Es ist wünschenswert, daß ein Abtastlaserstrahl ein optisches Bild auf dem Schirm 15 mit der kleinsten möglichen Wellenfrontaberration RMS bildet.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung zu verstehen ist, bildet kein Geisterstrahl 16 ein Geisterbild, falls die Ablenkung S 20 jedes Geisterstrahls 16 gegenüber der Ablenkungsebene 18 und die Breite W der Spiegeloberflächen 9a des Polygonspiegels 9 den folgenden Ausdruck erfüllen:
S > W/2.
Falls zusätzlich die Ablenkung S und die Breite W den folgenden Ausdruck: 2 W > S > W/2, erfüllen, bildet der Abtastlaserstrahl 17 ein exzellentes optisches Bild auf dem Schirm 15 oder der photoempfindlichen Trommel 3 mit einer kleinen Wellenfrontaberration RMS, ungeachtet des Versatzes der optischen Achse 19 der bildformenden Linsenvorrichtung 12 gegenüber der Ablenkungsebene 18.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die erste Ausführungsform bezieht sich auch auf eine optische Abtastvorrichtung, aber der Versatzbetrag der bildformenden Linsenvorrichtung 22 gegenüber der Ablenkungsebene 18 ist kleiner als derjenige für die Abtastvorrichtung aus Fig. 1, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Die Abtastvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform genießt ebenfalls den Vorteil des Eleminierens eines Geisterbildes. Dieselben Bezugszeichen, wie sie bei der Abtastvorrichtung aus Fig. 1 benutzt worden sind, werden zum Bezeichnen der entsprechenden Elemente der ersten Ausführungsform verwendet und die entsprechende Beschreibung dieser Elemente ist weggelassen.
Die erste Ausführungsform unterscheidet sich von der Abtastvorrichtung aus Fig. 1 darin, daß die Ablenkungsebene 18 um z. B. einen mm gegenüber der Mittellinie CL der Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels 9 in derselben Richtung wie der Richtung, in der eine optische Achse 19 der bildformenden Linsenvorrichtung 22 gegenüber der Ablenkungsebene 18 versetzt ist, versetzt ist.
Bei der ersten Ausführungsform ist daher der Betrag des Versatzes der bildformenden Linsenvorrichtung 22 gegenüber der Ablenkungsebene 18 kleiner als derjenige der bildformenden Linsenvorrichtung 12 für die Abtastvorrichtung aus Fig. 1. Zum Beispiel kann der erstere die Hälfte des letzteren sein. Aus Fig. 5 ist es leicht zu verstehen, daß selbst in einem solchen Fall die Linsenvorrichtung 22 und der Polygonspiegel 9 so konstruiert werden können, daß jeder der Geisterstrahlen 16, der von den vorderen und rückseitigen Oberflächen der beiden Linsen 22a, 22b der Linsenvorrichtung 22 reflektiert wird, nicht auf irgendeine Spiegeloberfläche 9a des Polygonspiegels 9 auftrifft.
Jeder Geisterstrahl 16 bildet kein Geisterbild, falls eine Ablenkung S 20 jedes Geisterstrahls 16 gegenüber der Ablenkungsebene 18, die Breite W der Spiegeloberflächen 9a des Polygonspiegels 9 und ein Versatzbetrag dW der Ablenkungsebene 18 gegenüber der Mittellinie CL der Spiegeloberflächen 9a den folgenden Ausdruck: S > W/2 > - dW, erfüllen, in dem dW ein positiver Wert ist, falls die Ablenkungsebene 18 in derselben Richtung wie der Richtung versetzt ist, in der jeder Geisterstrahl 16 abgelenkt wird.
Darüber hinaus bildet, falls die Ablenkung S. die Breite W und der Versatzbetrag dW den folgenden Ausdruck: 2 W > S > W/2 - dW, erfüllen, ein Abtastlaserstrahl 17 ein exzellentes optisches Bild auf einem Schirm 15 oder einer photoempfindlichen Trommel 3 mit einer kleinen Wellenfrontaberration RMS ungeachtet des Versatzes der optischen Achse 19 der bildformenden Linsenvorrichtung 22 gegenüber der Ablenkungsebene 18.
Es geht aus der vorhergehenden Beschreibung hervor, daß die erste Ausführungsform den Vorteil des Elminierens eines Geisterbildes ohne Erhöhen der Anzahl der zur Herstellung der bildformenden Linsenvorrichtung 12, 22 oder des kastenartigen Gehäuses 2 erforderlichen Bearbeitungsschritte genießt.
Erneut auf Fig. 1 bezugnehmend, wird der Betrieb der optischen Abtastvorrichtung 1 aus Fig. 1 beschrieben.
Jedoch gilt die folgende Beschreibung ebenfalls für die optische Abtastvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist.
Die Lichtquelle 4 blitzt entsprechend der Bilddaten, die von der Bilddatenzufuhrvorrichtung des Laserdruckers geliefert werden, wodurch ein Laserstrahl, der die Bilddaten repräsentiert, erzeugt wird. Der Laserstrahl läuft durch die Kollimatorlinse 5, die ihn zu parallelen Lichtstrahlen formt. Der Schlitz 7 formt die Kontur der parallelen Lichtstrahlen und der derart geformte Laserstrahl wird von der Lasereinheit 6 ausgegeben. Die zylindrische Linse 8 konvergiert den Laserstrahl in ein lineares optisches Bild, das nahe der Spiegeloberfläche 9a des Polygonspie gels 9 einfällt. Da der Polygonspiegel 9 mit einer konstanten Geschwindigkeit durch den Antriebsmotor 10 gedreht wird, wird der Laserstrahl oder das lineare Bild mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit durch die ablenkende Oberfläche 9a des Polygonspiegels 9 abgelenkt, und die Ablenkungsebene 18 ist derart definiert. Der durch den Polygonspiegel 9 abgelenkte Laserstrahl wird durch die bildformende Vorrichtung 12 konvergiert, so daß der Laserstrahl ein optisches Bild auf der photoempfindlichen Trommel 3 liefert. Die Linsenvorrichtung 9 bricht den optischen Weg des Laserstrahls, der durch den Polygonspiegel 9 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit abgelenkt wird, so, daß der Abtaststrahl 17 die Trommel 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit überstreicht.
Der in die bildformende Linsenvorrichtung 12 einfallende Laserstrahl wird teilweise durch die vorderen und rückseitigen Oberflächen der beiden Linsen 12a, 12b der Linsenvorrichtung 12 reflektiert und geht zurück in Richtung des Polygonspiegels 9. In dem optischen Abtastsystem 1 wird jedoch nahezu die gesamte Leistung der reflektierten Laserstrahlen nicht erneut durch den Polygonspiegel 9 reflektiert, da die optische Achse 19 der Linsenvorrichtung 12 gegenüber der Ablenkungsebene 18 versetzt ist. Die Leistung der reflektierten Laserstrahlen, die letztlich auf die photoempfindliche Trommel 3 fällt, ist sehr klein und kann ignoriert werden.
Der Laserstrahl, der durch die bildformende Linsenvorrichtung 12 konvergiert worden ist, wird durch den länglichen Spiegel 13 so reflektiert, daß der optische Weg des Laserstrahls gefaltet wird. Dann bildet der Laserstrahl oder, abtastende Strahl 17 das optische Bild auf der photoempfindlichen Trommel 3 und streicht kontinuierlich über die Trommel 3 mit einer konstanten Geschwindigkeit. Der Abtaststrahl 17 kann in Richtung der Strahldetektoreinheit 14, die außerhalb des wirksamen Abtastbereiches angeordnet ist, geworfen werden, so daß die Detektoreinheit 19 die momentane Position des Abtaststrahles 17 detektiert und das De tektionssignal, das die detektierte Position des Abtaststrahles 17 repräsentiert, erzeugt.
Die photoempfindliche Trommel 3 wird durch den Abtaststrahl 17, der die Bilddaten repräsentiert, überstrichen, so daß latente Bilder auf der Trommel 3 ausgebildet werden. Die Trommel 3 wird, z. B. durch einen bekannten elektrophotographischen Prozeß, entwickelt und auf ein Aufzeichnungsblatt wie ein normales geschnittenes Blatt oder ein spezielles Blatt übertragen und darauf fixiert, so daß das bedruckte Blatt als eine Hardcopy der Bilddaten ausgegeben wird.
Während die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung anders ausgeführt werden.
Zum Beispiel kann ein Geisterbild durch einen Geisterstrahl 16 gebildet werden, der nicht durch eine benachbarte Oberfläche 9a der ablenkenden Oberfläche 9a des Polygonspiegels 9 sondern durch die ablenkende Oberfläche 9a selbst reflektiert wird. Auch in diesem Fall wird das Geisterbild durch das Versetzen der optischen Achse einer bildformenden Linse 32 gegenüber der Ablenkungsebene 18 eliminiert.
Desweiteren kann, wie in Fig. 7 gezeigt ist, eine bildformende Linse 42, die eine konvexe vordere Oberfläche und eine konkave rückseitige Oberfläche aufweist, anstelle der ersten Linse 12a, die die konkave vordere Oberfläche und die konvexe rückseitige Oberfläche aufweist, verwendet werden. Auch in diesem Fall können dieselben Vorteile wie diejenigen der optischen Abtastsystems 1 durch Versetzen der optischen Achse der bildformenden Linse 42 gegenüber der Ablenkungsebene 18 erhalten werden.
Zusätzlich kann, wie in Fig. 8 gezeigt ist, der sich drehende Polygonspiegel 9 durch einen feststehenden oder oszillierenden Reflexionsspiegel 59 ersetzt werden. Auch in diesem Fall können dieselben Vorteile wie diejenigen der optischen Abtastsystems 1 durch Versetzen der optischen Achse der bildformenden Linse 12 gegenüber einer Ablenkungsebene, die durch einen auf den Reflexionsspiegel 59 einfallenden Laserstrahl und den durch den Spiegel 59 abgelenkten Laserstrahl definiert, wird, erhalten werden.
Darüber hinaus können, wie in Fig. 9 gezeigt ist, dieselben Vorteile wie diejenigen des optischen Abtastsystems 1 durch Versetzen der optischen Achse von nur einer 62a von zwei Linsen 62a 62b einer bildformenden Linsenvorrichtung 62 gegenüber der Ablenkungsebene 18 erhalten werden. In diesem Fall kann eine Antireflexionsbeschichtung auf der zweiten Linse 62b vorgesehen werden, die nicht gegenüber der Ablenkungsebene 18 versetzt ist. In dem Fall, in dem durch das Versetzen von nur der ersten Linse 62a kein Geisterbild gebildet wird, gibt es keine Notwendigkeit, die Antireflexionsbeschichtung auf der zweiten Linse 62b vorzusehen.
Das herkömmliche optische Abtastsystem, bei dem ein Geisterbild durch Neigen der optischen Achse einer bildformenden Linse bezüglich einer Ablenkungsebene eliminiert wird, wie es durch das zuvor identifizierte U. S. -Patent Nr. 4 586 782 offenbart wird, leidet an demselben Problem, daß die Wellenfrontaberration aufgrund der geneigten optischen Achse der bildformenden Linse erhöht wird. Da bei dem herkömmlichen System die Ablenkungsebene mit der Mittellinie der Spiegeloberflächen des Polygonspiegels ausgerichtet ist, kann die Neigung der optischen Achse der bildformenden Linse nicht auf weniger als eine gewissere untere Begrenzung unter der Bedingung, daß die Dicke oder Breite der Spiegeloberflächen des Polygonspiegels nicht auf weniger als ungefähr 3 mm reduziert werden kann, reduziert werden. Dieses Problem ist durch die vorliegende Erfindung gelöst werden, wie unten beschrieben wird.
Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine optische Achse 74 einer bildformenden Lin se 72 bezüglich einer Ablenkungsebene 78, die durch einen Laserstrahl, der auf eine ablenkende Oberfläche 82a eines Polygonspiegels 82 einfällt, definiert wird, geneigt ist und die Ablenkungsebene 78 um einen kleinen Abstand dW gegenüber einer Mittellinie CL der ablenkenden Oberfläche 82a des Polygonspiegels 82 in derselben Richtung wie der Richtung, in der die Geisterstrahlen 76 von den vorderen und rückseitigen Oberflächen der Linse 72 reflektiert werden, versetzt ist. In diesem Fall werden die Geisterbilder eliminiert, während zur selben Zeit der Betrag der Neigung der optischen Achse 74 der bildformenden Linse 72 minimiert wird. Da der Neigungsbetrag der Linse 72 minimiert ist, ist der Aberrationsbetrag eines optischen Bildes, das durch einen Abtastlaserstrahl 80 auf einer Trommel 3 oder einem Schirm 15 gebildet wird, ebenfalls minimiert und die Qualität des Abtaststrahles 80 wird auf ein befriedigendes Maß verbessert.
Es ist zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung mit anderen Änderungen, Verbesserungen und Modifikationen, die den Fachleuten einfallen können, ohne Abweichung von dem Umfang der Erfindung, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, ausgeführt werden kann.

Claims

1. Optisches Abtastsystem (1), das aufweist:

eine Lichtquelle (6), die zum Emittieren eines Lichtstrahles angeordnet ist;

einen drehbaren Lichtablenker (11, 82), der mindestens eine reflektierende Oberfläche (9a, 82a) aufweist, der eine drehbare ablenkende Oberfläche liefert, zum Ablenken des durch die Lichtquelle emittierten Lichtstrahls in eine Ablenkungsebene (18), die sowohl den auf den Lichtablenker einfallenden Lichtstrahl als auch den durch den Lichtablenker abgelenkten Lichtstrahl enthält, wobei die ablenkende Oberfläche (9a) zwei entgegengesetzte, gerade Kantenlinien, von denen jede parallel zu der Ablenkungsebene (18) ist, und eine Mittellinie (CL) in der Ebene der ablenkenden Oberfläche (9a) des Lichtablenkers parallel zu und zentral zwischen den beiden Kantenlinien aufweist; und

eine lichtkonvergierende Vorrichtung (22, 72), die mindestens eine Linse (22a, 22b; 72) mit einer optischen Achse (19, 74) aufweist und zum Empfangen des Lichtstrahles, der durch den Ablenker abgelenkt ist, und zum Ausbilden eines optischen Bildes auf einem abzutastenden Objekt (3, 15) angeordnet ist,

bei dem die Mittellinie (CL) der reflektierenden Oberfläche (9a) des Lichtablenkers (11) um einen ersten Betrag (dW) getrennt von und parallel zu der Ablenkungsebene (18) ist und die optische Achse (19, 74) der Linse (22a, 22b; 72) entweder um einen zweiten Betrag getrennt von, oder geneigt bezüglich zu, der Ablenkungsebene (18) ist, wobei der erste und der zweite Betrag derart sind, daß das Licht (16, 76), das von der Linse teilweise in Richtung des Ablenkers zurück reflektiert wird, nicht durch den Ablenker zurück in Richtung des abzutastenden Objektes reflektiert wird.

2. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, bei dem die optische Achse (19) der Linse (22) von der Ablenkungsebene (18) um einen Abstand getrennt ist, der sicherstellt, daß der Ablenkungsbetrag S eines teilweise reflektierten Geisterstrahls (16), gemessen von der Ablenkungsebene in einer Position des Lichtablenkers (11), den folgenden Ausdruck 2 W > S > W/2 - dW erfüllt, wobei W die Breite der reflektierenden Oberfläche (9a) des Lichtablenkers in einer Richtung senkrecht zu der Ablenkungsebene ist und dW der Abstand zwischen der Ablenkungsebene und der Mittellinie (CL) der reflektierenden Oberfläche in der Richtung ist.

3. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optische Achse (19) der Linse von der Ablenkungsebene (18) um einen Abstand getrennt ist, der sicherstellt, daß der Ablenkungsbetrag S eines teilweisen reflektierten Geisterstrahls (16), gemessen von der Ablenkungsebene an einer Position des Lichtablenkers (11), größer als der Abstand zwischen der Ablenkungsebene und einer der beiden entgegengesetzten, geraden Kantenlinien der reflektierenden Oberfläche (9a) des Lichtablenkers, in deren Richtung der Geisterstrahl abgelenkt wird, ist.

4. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optische Achse (19) der Linse von der Ablenkungsebene (18) um einen Abstand getrennt ist, der sicherstellt, daß die Wellenfrontaberration des Lichtstrahles, der das optische Bild auf dem Objekt (3, 15) bildet, kleiner als die Wellenlänge des durch die Lichtquelle (6) emittierten Lichtstrahles ist.

5. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, bei dem die Breite (W) des Lichtablenkers (82), die gleich zu dem Abstand zwischen den beiden entgegengesetzten Kantenlinien ist, nicht kleiner als 3 mm ist.

6. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtquelle (6) eine Laserlichtquelle (4) aufweist, die einen Laserstrahl als den Lichtstrahl emittiert.

7. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lichtkonvergierende Vorrichtung eine Mehrzahl von Linsen (22a, 22b) aufweist, wobei die optische Achse von mindestens einer (22a) der Linsen von der Ablenkungsebene (18) getrennt ist.

8. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lichtablenker (11) aufweist:

einen Polygonspiegel (9), der eine Mehrzahl von Spiegeloberflächen (9a), die die mindestens eine reflektierende Oberfläche bilden, aufweist; und

einen Antriebsmotor (10), der den Polygonspiegel so dreht, daß jede der Spiegeloberflächen wiederum als die ablenkende Oberfläche zum Ablenken des Lichtstrahles, der durch die Lichtquelle (6) emittiert wird, dient.

9. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 8, bei dem der Lichtablenker (11) und die Linse (22, 72) derart konstruiert sind, daß der Lichtstrahl, der teilweise von der Linse reflektiert wird, in Richtung von mindestens einer der Spiegeloberflächen (9a), die benachbart zu der ablenkenden Oberfläche ist, zurückkehrt aber nicht in Richtung des Objektes durch irgendeine der Spiegeloberflächen inklusive der genannten mindestens einen Spiegeloberfläche, die benachbart zu der ablenkenden Oberfläche ist, reflektiert wird.

10. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 8, bei dem der Lichtablenker (9) und die Linse (22, 72) derart konstruiert sind, daß der Lichtstrahl, der teilweise von der Linse reflektiert wird, in Richtung der ablenkenden Oberfläche zurückkehrt aber nicht in Richtung des Objektes durch irgendeine der Spiegeloberflächen (9a) inklusive der ablenkenden Oberfläche reflektiert wird.

11. Optisches Abtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Lichtablenker einen Spiegel (59) aufweist, der eine einzelne Spiegeloberfläche als die mindestens eine reflektierende Oberfläche aufweist.

12. Optisches Abtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lichtkonvergierende Vorrichtung eine Linse (42) aufweist, die entweder eine konvexe oder eine konkave Oberfläche auf der Seite, die näher an dem Lichtablenker (11) ist, aufweist.