DE69522885T2

DE69522885T2 - Anordnung zur Justierung der Krümmung eines Umlenkspiegels in einem Rasterscanner

Info

Publication number: DE69522885T2
Application number: DE69522885T
Authority: DE
Inventors: Tibor Fisli
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1994-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2015-10-20
Also published as: US5543829A; JP3745420B2; EP0708349A3; EP0708349B1; EP0708349A2; JPH08122674A; DE69522885D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen der Krümmung eines Spiegels in einem Rasterabtastsystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das Einstellen der Krümmung eines Spiegels zur Korrektur von Differenzkrümmung (differential bow) in einem Rasterabtastsystem.
Lichtpunktabtastvorrichtungen (die häufig als Raster-Ausgabeabtastvorrichtungen (raster output scanner) bzw. ROS bezeichnet werden) weisen herkömmlicherweise einen reflektierenden Polygonspiegel mit mehreren Facetten auf, der um seine Mittelachse gedreht wird, um ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmedium in einer Schnellabtastrichtung mit einem oder mehreren modulierten Lichtstrahlen wiederholt zu überstreichen, wobei das Aufzeichnungsmedium in der Langsamabtastrichtung transportiert wird. Der Strahl tastet das Aufzeichnungsmedium auf der Grundlage eines Rasterabtastmusters ab. Digitales Drucken wird durch serielle Modulation jedes der Strahlen entsprechend dem binären Abtaststring ausgeführt. Drucker, die gleichzeitig mit mehreren Strahlen arbeiten, werden als Mehrfachstrahldrucker bezeichnet. Sowohl ROS als auch Mehrstrahl-Druckerverfahren sind in US-A-4,474,422 dargestellt.
Hochgeschwindigkeitsverarbeitungs-Farb- oder Mehrfachhervorhebungs-Farb- Xerografiebild-Ausgabeterminals machen mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Rasterzeilen erforderlich, um gleichzeitig in verschiedenen Belichtungsstationen zu drucken. Dies wird als Mehrfachstationsdrucken bezeichnet. Herkömmliche Architekturen für Mehrfachstationsverarbeitungs-Farbdrucker weisen normalerweise eine Vielzahl separater ROS, normalerweise vier unabhängige ROS, d. h. eine für jede Systemfarbe auf, wie dies in US-A-4,847,642 sowie US-A-4,903,067 dargestellt ist.
Die Probleme bei diesen Systemen bestehen in den hohen Kosten für mehrere ROS, den hohen Kosten für die Herstellung nahezu identischer ROS und der dazugehörigen optischen Systeme sowie der Schwierigkeit, die Systemfarben aufeinander auszurichten.
US-A-5,243,359 offenbart ein ROS-System, das sich zum Ablenken mehrerer Laserstrahlen in einem Mehrfachstationsdrucker eignet. Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung stellt eine Ausführung des Mehrfachstationsdruckers 10 aus US-A-5,243,359 dar. Ein sich drehender Polygonspiegel 12 lenkt gleichzeitig eine Vielzahl in Clustern angeordneter Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge ab, deren größte Divergenzwinkel parallel zueinander sind. Die Laserstrahlen werden anschließend mit einer Vielzahl optischer Filter 16, 18 und 20 getrennt und mit Spiegeln 21 und 22 auf entsprechende Fotorezeptoren 24, 26, 28 und 30 gerichtet. Ähnlich dimensionierte Punkte werden auf jedem Fotorezeptor 24, 26, 28 und 30 erzeugt, indem gleiche optische Weglängen für jeden Strahl hergestellt werden. Die Laserdioden sind bei US-A-5,243,359 in der Langsamabtastrichtung angeordnet (d. h. sagittal versetzt). Dioden, die in der Langsamabtastabrichtung angeordnet sind, müssen so angeordnet werden, dass sie in einer Richtung parallel zu der Drehachse des Polygonspiegels dicht gepackt sind, um Strahleigenschaftsabweichungen, wie beispielsweise Punktgröße, Energieeinheitlichkeit, Krümmung und Linearität auf ein Minimum zu verringern. Daher werden die Laserdioden in der Richtung parallel zur Drehachse des Polygonspiegels so nahe wie möglich beieinander gehalten, so dass die Lichtstrahlen auf möglichst den gleichen Abschnitt des Polygonspiegels auftreffen.
US-A-5,341,158 offenbart ein ROS-System, bei dem die Laserstrahlen tangential versetzt sind (d. h. in der Schnellabtastrichtung getrennt), um die Beschränkungen hinsichtlich des Abstandes der Laserdioden in US-A-5,243,359 auszugleichen.
Bei optischen Systemen auf der Grundlage von Einzelpunkt-Drehpolygonen treten Krümmungsabweichungen aufgrund der Akkumulation optischer Toleranzen auf. Die Krümmung ist die gekrümmte Linie, die der Abtast-Laserstrahl des ROS beschreibt, wenn sich der Laserstrahl in der Schnellabtastrichtung bewegt. Zur Krümmung kommt es aufgrund einer Verschiebung der Abtastzeile in der Prozessrichtung, wenn sich die Zeile in der Schnellabtastrichtung erstreckt.
Obwohl Mehrfachstrahl-ROS auf Laserdiodenbasis als die leistungsfähigste Technologie für qualitativ hochwertiges xerografisches Drucken angesehen wird, bleibt die Differenz- Abtastzeilenkrümmung eine unerwünschte Nebenwirkung. Die Differenz-Abtastzeilenkrümmung beruht auf dem Wesen von optischen Systemen mit Mehrfachstrahlen, bei denen die Strahlen sagittal versetzt sind (d. h. in der Langsamabtastrichtung). Zu der Krümmung kommt es, weil sich die Vergrößerung des optischen Systems über jede Sagittalebene ändert, wenn die sagittal versetzten Strahlen sich durch das optische System ausbreiten.
Je nach der Konstruktion des Systems kann die Differenz-Abtastzeilenkrümmung bewirken, dass sich Abtastzeilen aufeinanderzu bewegen (Tonnenverzerrung (barrel distortion)) oder sich voneinander weg bewegen (Nadelkissenverzerrung (pincushion distortion)). In beiden Fällen liegen die Lichtquellen auf einander gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse. Daher liegen die Krümmungsmittelpunkte der gekrümmten Abtastzeilen ebenfalls auf einander gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse.
Fig. 5A-5C der vorliegenden Anmeldung stellen die Probleme der Differenz-Abtastzeilenkrümmung auf der Oberfläche eines Fotorezeptors dar. Die ideale Abtastzeile 70 ist als unterbrochene Linie dargestellt. In Fig. 5A entsteht die gekrümmte Abtastzeile 72 durch das Abtasten mit dem Laserstrahl neben der optischen Achse. Wenn die Differenzkrümmung nicht korrigiert wird, ist eine gedruckte Zeile möglicherweise gekrümmt und nicht gerade. Derartige Fehler sind im Allgemeinen für das menschliche Auge sichtbar.
Fig. 5B zeigt eine Differenzkrümmung bei einem Zweipunkt-ROS. Ein Zweipunkt-ROS stellt, wie in der Technik bekannt ist, gleichzeitig zwei Punkte auf einem einzelnen Fotorezeptor dar. Bei einem derartigen ROS können zwei verschiedene Differenzkrümmungen auftreten. In Fig. 5B wird eine zweite Abtastzeile 74 erzeugt, die einen Krümmungsradius aufweist, der sich vom Krümmungsradius der ersten Abtastzeile 72 unterscheidet. In Fig. 5B liegen die Krümmungsmittelpunkte der gekrümmten Abtastzeilen 72 und 74 auf einander gegenüberliegenden Seiten der idealen Abtastzeilen 70, so dass eine Nadelkissenverzerrung entsteht.
Fig. 5C zeigt die gekrümmten Abtastzeilen 76 und 78, die Krümmungsmittelpunkte haben, die auf einander gegenüberliegenden Seiten der idealen Abtastzeile 70 liegen und eine Tonnenverzerrung bewirken.
EP-A-0,661,573 offenbart einen Mehrfachstrahl-ROS, bei dem die Hauptaustrittsstrahlen des optischen Systems auf den Fotorezeptor zu telezentrisch sind. Durch das Vorhandensein von telezentrischen Hauptaustrittsstrahlen weist das Mehrfachstrahlsystem Toleranz gegenüber pyramidalen Polygonwinkelfehlern auf und ist darüber hinaus in der Lage, ausreichend stabile, im Wesentlichen krümmungsfreie Leistung über eine akzeptable Schärfentiefe in dem xerografischen Einzelstationsdrucker aufrechtzuerhalten. Des Weiteren können durch genaue Steuerung der Gesamtform und Ausrichtung der Krümmung Einzeldurchlauf-Mehrfachstationssysteme mit akzeptablen Fehlausrichtungswerten zwischen den verschiedenen Bildern drucken, die auf den weit voneinander entfernten xerografischen Stationen geschrieben werden.
Fig. 2 der vorliegenden Erfindung zeigt eine Draufsicht auf eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik zum Anbringen von Spiegeln 22 in einem ROS-System wie dem in Fig. 1. Jeder Spiegel 22 ist so angebracht, dass die reflektierende Vorderseite 23 dem auftreffenden Lichtstrahl zugewandt ist, während die Rückseite 23 in entgegengesetzte Richtung gewandt ist. Die Halteelemente 34 sind fest an einer Anbringungsplatte (in Fig. 2 nicht dargestellt) angebracht. Die Halteelemente 34 können Arme 32 enthalten, die in Kontakt mit den Längsenden des Spiegels 22 kommen. Der Spiegel 22 kann unter Verwendung von Anbringungsklammern, Klebstoff oder mit anderen Anbringungsvorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, an den Armen 32 angebracht werden. Der Spiegel 22 ist in einem nicht verformten Modus jedoch nicht in der Lage, Differenzkrümmungsprobleme zu korrigieren.
JP-A-4,264,417 beschreibt ein Rasterabtastsystem, das mit einem piezoelektrischen Element versehen ist, das in der Mitte eines gekrümmten Spiegels angeordnet ist, um die Krümmung desselben einzustellen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Korrigieren von Krümmung in einem Rasterabtastsystem zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird ein Rasterabtastsystem geschaffen, das eine Bildempfangsvorrichtung zum Empfangen eines Lichtstrahls;
eine Abtastvorrichtung, die die Bildempfangsvorrichtung mit dem Lichtstrahl abtastet; und
einen Spiegel aufweist, der sich auf einem Weg des Lichtstrahls zwischen der Abtastvorrichtung und der Bildempfangsvorrichtung befindet, um den Lichtstrahl auf die Bildempfangsvorrichtung zu richten, wobei der Spiegel an einander gegenüberliegenden Enden gelagert ist; und
eine Reguliervorrichtung zum Regulieren einer Krümmung des Spiegels, wobei die Reguliervorrichtung an einem Abschnitt des Spiegels angebracht ist, der mittig zwischen den einander gegenüberliegenden Enden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reguliervorrichtung wenigstens ein Paar Auflagen enthält, die mit der Rückseite des Spiegels in dem mittigen Abschnitt in Kontakt kommen, und wenigstens ein Paar Auflagen, die mit der Vorderseite des Spiegels in dem mittigen Abschnitt in Kontakt kommen, so dass die Krümmung des Spiegels reguliert werden kann, indem über die Auflagen geeignete Kräfte auf den Spiegel ausgeübt werden.
So schafft die Erfindung ein optisches System, das das Problem der Differenzkrümmung löst, indem die Krümmung eines Spiegels reguliert wird.
Ein Bildempfangselement wird mit einem Lichtstrahl abgetastet, und die Krümmung eines Spiegels wird reguliert. Die regulierte Krümmung des Spiegels hebt im Wesentlichen die Krümmung des Lichtstrahls auf dem Bildempfangselement auf.
Ein Rasterabtastsystem gemäß der Erfindung wird als Beispiel ausführlich unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Mehrfachstations-Rasterausgabe- Abtastvorrichtung ist;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Spiegel und Halteelemente nach dem Stand der Technik ist, die bei einer Rasterausgabe-Abtastvorrichtung eingesetzt werden;
Fig. 3 einen Spiegel und eine Reguliervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4A eine Hinteransicht des Spiegels und der Reguliervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4B eine Vorderansicht des Spiegels und der Reguliervorrichtung einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5A eine Abtastzeile mit einer Krümmung zeigt; und
Fig. 5B und 5C ein Paar Abtastzeilen mit Differenzkrümmung zeigen.
Fig. 3 zeigt die Seitenansicht einer Reguliervorrichtung, mit der die Krümmung des Spiegels 22 reguliert wird. Die Reguliervorrichtung enthält eine Anbringungsvorrichtung 50 sowie eine Biegevorrichtung 40, die an einer mittigen Position des Spiegels 22 zwischen Längsenden des Spiegels 22 angeordnet ist. Der Spiegel 22 ist darüber hinaus fest an seinen Längsenden an den Halteelementen 34 angebracht, wie dies in Fig. 4A und 4B dargestellt ist. Fig. 4A und 4B zeigen darüber hinaus die mittige Position der Anbringungsvorrichtung 50. Daher ist der Spiegel 22 an seinen Längsenden fixiert, kann sich jedoch entlang seiner Längsachse biegen, wobei der Grad der Biegung mit der Reguliervorrichtung reguliert wird, wie dies im Folgenden beschrieben ist.
Die Biegevorrichtung 40 kommt mit dem Spiegel 22 vorzugsweise über die Auflagen 42, 44, 45 und 45A in Kontakt und hält ihn mit diesen. Die Rückseite 25 des Spiegels 22 weist eine Mittellängsachse und eine Mittelquerachse auf, die sich in einem Mittelpunkt CP des Spiegels 22 schneiden. Die Auflagen 42 und 44 sind vorzugsweise fluchtend mit der Mittelquerachse, wobei jedes Paar gleich weit von dem Mittelpunkt CP beabstandet ist. Die Biegevorrichtung 40 enthält, wie in Fig. 3 dargestellt, hintere Auflagen 42 und 44, die mit der Rückseite 25 des Spiegels 22 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Mittelpunktes CP des Spiegels 22 in Kontakt kommen. Die Biegevorrichtung 40 enthält des Weiteren zwei Auflagen 45 und 45A, die mit einer Vorderseite 23 des Spiegels 22 an einander gegenüberliegenden Seiten des Mittelpunktes CP an Positionen in der Nähe des oberen und des unteren Randes des Spiegels 22 in Kontakt kommen. Die Auflagen 42, 44, 45 und 45A bestehen vorzugsweise aus weichem Metall, wie beispielsweise Aluminium, um zu verhindern, dass der Spiegel 22 bricht, wenn mit der Biegevorrichtung 40 Kraft ausgeübt wird, um die Krümmung des Spiegels 22 zu regulieren. Andere Ausführungen der Auflagen 42, 44, 45 und 45A liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Die Anbringungsvorrichtung 50 umgibt die Biegevorrichtung 40. Die Anbringungsvorrichtung 50 ist vorzugsweise an einer Montageplatte 90 befestigt und ermöglicht Bewegung der Biegevorrichtung 40 in Bezug auf die Montageplatte 90, wie dies weiter unten beschrieben ist. Fig. 4A zeigt eine Rückansicht des Spiegels 22 und der Anbringungsvorrichtung 50, wobei die Anbringungsvorrichtung 50 um einen Mittelabschnitt des Spiegels 22 herum angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Anbringungsvorrichtung 50 an der Rückseite zwischen der Oberseite und der Vorderseite des Spiegels 22. Die Biegevorrichtung 40 ist in der Hinteransicht nicht sichtbar, da die Anbringungsvorrichtung 50 vorzugsweise die Biegevorrichtung 40 umschließt.
Die Anbringungsvorrichtung 50 enthält vorzugsweise eine Stellschraube 60, die auf den Mittelpunkt CP ausgerichtet ist und sich durch die Anbringungsvorrichtung 50 hindurch zu der Biegevorrichtung 40 erstreckt. Die Stellschraube 60 kann einen Gewindeabschnitt 64 enthalten, der in einem Gewindeloch der Anbringungsvorrichtung aufgenommen wird, sowie einen vergrößerten Abschnitt 62, der in einer Aussparung 46 der Biegevorrichtung 40 aufgenommen ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der vergrößerte Abschnitt 62 ist T-förmig, um die Bewegung der Biegevorrichtung 40 in Bezug auf die Anbringungsvorrichtung 50 zu steuern. Das heißt, da der Gewindeabschnitt 64 in dem Gewindeloch der Anbringungsvorrichtung 50 aufgenommen ist, bewirken unterschiedliche Winkeldrehungen der Stellschraube 50, dass sich der vergrößerte Teil 62 und damit die Biegevorrichtung 40 in einer Richtung von Pfeil A bzw. in der Pfeil A entgegengesetzten Richtung bewegen, wobei dies von der Richtung der Winkeldrehung abhängt.
Die Anbringungsvorrichtung 50 und damit die Biegevorrichtung 40 sind, wie in Figur A und 4B dargestellt, um einen Mittelabschnitt des Spiegels 22 (d. h. den Bereich in der Nähe des Mittelpunktes CP) herum angeordnet. So übt die Biegevorrichtung 40, wenn die Stellschraube 60 entsprechend verstellt wird, eine Kraft auf den Spiegel 22 aus, um so den Mittelabschnitt des Spiegels 22 entweder zu "drücken" oder zu "ziehen". Es hat sich herausgestellt, dass durch dieses "Drücken" und "Ziehen" mit der Biegevorrichtung 40 die Krümmung des Spiegels 22 aufgrund der Biegung der Längsachse reguliert wird. Das heißt, die Position des Mittelpunktes CP bewegt sich über eine bestimmte Strecke aus der Ebene heraus, die durch die Längsenden des Spiegels gebildet wird, so dass eine "Krümmung" bzw. "Biegung" des Spiegels 22 erzeugt wird. Normale Biegespiegel 22 können je nach der Breite und der Länge ohne weiteres um bis zu 2 mm bezüglich der Durchbiegung reguliert werden. Jedoch reichen bereits Bewegungen im Bereich von Bruchteilen eines Millimeters aus, um Krümmungsprobleme zu korrigieren.
Mit der Biegevorrichtung 40 und der Anbringungsvorrichtung 50 wird vorzugsweise die Krümmung des letzten Spiegels 22 in einem optischen Kanal vor dem Auftreffen des Lichtstrahls auf einen Fotorezeptor reguliert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch bei jedem beliebigen Spiegel in dem optischen System eingesetzt werden.
So kann die Differenzkrümmung korrigiert werden, indem eine Ausgleichskrümmung jedes der Spiegel 22 eines optischen Systems unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung und des obenbeschriebenen Verfahrens hergestellt wird. Wenn die Ausgleichskrümmung hergestellt worden ist, nimmt der Spiegel 22 entweder eine einheitliche konkave Form oder eine einheitliche konvexe Form ein. Mit Computeranalyse ist nachgewiesen worden, dass eine Krümmung eines Spiegels von 14 um eine Krümmung im optischen System von 9,3 um aufheben kann.
Die Stellschraube 40 wird von einem Benutzer vorzugsweise eingestellt, indem zunächst der Betrag der Krümmung in einem optischen System bestimmt wird. Dies kann getan werden, indem zunächst ein Lichtstrahl von dem Spiegel reflektiert wird und damit ein Fotorezeptor abgetastet wird. Die Krümmung kann dann auf in der Technik bekannte Weise bestimmt und gemessen werden. Anschließend wird die Stellschraube 60 unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens und der oben beschriebenen Vorrichtung entsprechend eingestellt, um die Krümmung zu korrigieren. Dann wird der Lichtstrahl von dem Spiegel reflektiert und der Fotorezeptor wird damit mit der Ausgleichskrümmung des Spiegels abgetastet. Erneut wird die Krümmung bestimmt und gemessen. Die Stellschraube 60 wird dann, wenn erforderlich, erneut eingestellt, bis die Krümmung im Wesentlichen aufgehoben ist. Dieser Vorgang wird für jeden der vier Kanäle des in Fig. 1 dargestellten Farbdrucksystems wiederholt. Andere Verfahren zum Bestimmen der Krümmung sind ebenfalls möglich.

Claims

1. Rasterabtastsystem, das umfasst:

eine Bildempfangsvorrichtung zum Empfangen eines Lichtstrahls;

eine Abtastvorrichtung, die die Bildempfangsvorrichtung mit dem Lichtstrahl abtastet; und

einen Spiegel (22), der sich auf einem Weg des Lichtstrahls zwischen der Abtastvorrichtung und der Bildempfangsvorrichtung befindet, um den Lichtstrahl auf die Bildempfangsvorrichtung zu richten, wobei der Spiegel an einander gegenüberliegenden Enden gelagert ist; und

eine Reguliervorrichtung (40, 50, 60) zum Regulieren einer Krümmung des Spiegels, wobei die Reguliervorrichtung an einem Abschnitt des Spiegels angebracht ist, der mittig zwischen den einander gegenüberliegenden Enden angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Reguliervorrichtung wenigstens ein Paar Auflagen (42, 44) enthält, die mit der Rückseite (25) des Spiegels in dem mittigen Abschnitt in Kontakt kommen, und wenigstens ein Paar Auflagen (45, 45A), die mit der Vorderseite des Spiegels in dem mittigen Abschnitt in Kontakt kommen, so dass die Krümmung des Spiegels reguliert werden kann, indem über die Auflagen geeignete Kräfte auf den Spiegel ausgeübt werden.

2. Rasterabtastsystem nach Anspruch 1, wobei die Reguliervorrichtung umfasst:

eine Anbringungsvorrichtung (50); und eine Biegevorrichtung (40), die die Auflagen (42, 44, 45, 45A) enthält.

3. Rasterabtastsystem nach Anspruch 2, wobei die Anbringungsvorrichtung (50) umfasst:

wenigstens eine Stellschraube (60), die mit der Biegevorrichtung in Kontakt kommt und eine Position der Biegevorrichtung in Bezug auf die Anbringungsvorrichtung reguliert.

4. Rasterabtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bildempfangsvorrichtung einen Fotorezeptor umfasst.

5. Rasterabtastsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abtastvorrichtung einen Polygonspiegel umfasst.

6. Einsatz eines Rasterabtastsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, um die Krümmung eines Lichtstrahls auf der Bildempfangsvorrichtung durch Regulierung der Krümmung des Spiegels auszugleichen.