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Diese Erfindung bezieht sich allgemein
auf eine Vorrichtung zur Verbesserung der Fokustiefe in einem Rasterausgabescanner
(ROS – raster
output scanner) und im Besonderen auf ein System zur Maximierung der
Zeilentrennung eines Mehrpunkt-ROS, wobei eine wesentliche systemeigene
Fokustiefe beibehalten wird.
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Die vorliegende Erfindung wird in
einem drehenden, Polygon basierten, optischen System verwendet. Zum
leichteren Verständnis
der technischen Erläuterung
wird unten mit Bezug zu 10 ein
bekanntes mehrstrahliges ROS-Abtastsystem mit drehendem Polygon
beschrieben. Es sollte zu erkennen sein, dass die unten beschriebenen
Funktionen gleichermaßen
für viele
Polygon-basierte Systeme gelten, unabhängig von der Anzahl der benutzten
Lichtquellen.
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10 zeigt
ein Paar sagittal versetzte Laserdioden 31 und 32.
Die durch die Laserdioden 31 und 32 ausgesendeten
Strahlen 41 und 42 werden durch den Kollimator 33 (Linse
L1) parallel gerichtet. Dem Kollimator folgt eine saggitale Blende 34 zum
Steuern des F/#, was wiederum die von den Strahlen erzeugte Punktgröße steuert.
Das optische Eingabezylinderelement 35 (Linse L2) fokussiert
die Strahlen 41 und 42 auf der Oberfläche einer
Polygonfassette 36 des drehenden Polygons. Nach der Ablenkung
von der Fassette 36 durchlaufen die Strahlen 41 und 42 die
f-θ-Linse 37 (f-theta-Linse;
L3). Die Hauptfunktion der f-θ-Linse 37 ist es,
für das
Fokussieren im tangentialen Meridian zu sorgen und die Abtastlinearität zu steuern,
im Hinblick auf eine gleichmäßige Punktverschiebung
pro Einheitswinkel der Polygondrehung.
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Folglich bildet das die Bewegung
ausgleichende Element (MCO – motion
compensation optical element) 39 die fokussierten Strahlen 41 und 42 wieder
ab, die von der Polygonfassette 36 an vorbestimmten Positionen 44, 43 auf
die Fotorezeptorebene (PR) 40 reflektiert werden, unabhängig vom
Fehler oder der Neigung des Polygonwinkels der aktuellen Fassette 36.
Das MCO kann aus einer ringförmigen
Fläche
in der f-θ-Linse 37,
einem Zylin derspiegel nach dem Polygon oder einer Zylinderlinse
nach dem Polygon bestehen. Dieser Ausgleich ist möglich, weil
die fokussierten Strahlen für
die f-θ-Linse 37 und
das MCO 39 stationäre „Objekte" sind. Obwohl wegen
der Schräglage
oder des Flattern des Polygons die Strahlen 41 und 42 für jede verschiedene
Fassette des drehenden Polygons auf verschiedene Positionen der
optischen Blenden nach dem Polygon reflektiert werden, werden die
Strahlen 41 und 42 an derselben Position auf der
PR-Ebene 40 abgebildet. Es sollte erkennbar sein, dass
in der Anordnung von 10 nach
dem Stand der Technik die von MCO ausgehenden Hauptstrahlen nicht
telezentrisch sind. Das heißt,
dass die ausgehenden Hauptstrahlen zur Systemachse 38 nicht
parallel sind.
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US-A-3.750.189 für Fleischer legt ein ROS-System
einschließlich
eines Lasers offen, dessen einzelstrahlige modulierte Ausgabe an
den Fassetten eines drehenden Polygons parallel gerichtet und fokussiert wird.
Die reflektierten Strahlen durchlaufen ein f-θ-Linsensystem und sind auf der Oberfläche eines
sich bewegenden Fotorezeptors in Abtastrichtung fokussiert. Ein
Fotosensor für
den Abtastbeginn ist in der Scannebene angeordnet.
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US-A-4.390.235 für Minoura legt eine mehrstrahlige
Scannvorrichtung zum Abtasten einer Fläche mit einer Vielzahl voneinander
unabhängig
modulierter Strahlenpunkte offen. Das System enthält eine
anamorphotische Zoomlinse mit Brennpunkt im Unendlichen, die die
Funktion hat, die Winkelvergrößerung zu ändern, was
ebenfalls zu einer proportionalen Änderung in der Punktgröße führt.
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US-A-4.474.422 für Kitamura legt eine mehrstrahlige
optische Abtastvorrichtung offen, die hinter einem Polygonreflektor
einen parallel ausrichtenden Abschnitt verwendet.
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Das Hauptproblem bei den in 10 gezeigten und in den
entsprechenden Patenten und Veröffentlichungen
beschriebenen Systemen ist die Unfähigkeit, fokussierte Scannzeilen
mit ausreichender Fokustiefe der Zeilentrennung zu erzeugen, um
zwei oder mehrere Laser mit einem Zeilensprung von größer als
eins einsetzen zu können.
Diese Beschränkung
der Anwendung eines Zeilensprungs von eins bestimmt, das diese ROS-Entwürfe radiometrisch
unwirksam sind, da mit einem Zeilensprung von eins eine signifikant
stärkere
Abkürzung
des Strahls erforderlich ist als mit einem Zeilensprung einer höheren Größenordnung.
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„Die Fokustiefe der Zeilentrennung" stellt die Entfernung
entlang der optischen Achse dar, über welche die Zeilentrennung
innerhalb einer festgelegten Toleranz des Nominalwertes liegt. Diese
Fokustiefe der Zeilentrennung kann sich auch entlang der Abtastlinie
verändern. „Differentialkrümmung" ist die Veränderung
in der Zeilentrennung entlang der Scannlinie. Folglich ist Differentialkrümmung ein
Sonderfall der Zeilentrennung, die der allgemeinere Bilderzeugungsparameter
ist. Unzureichende Fokustiefe der Zeilentrennung und daher Fokustiefe
der Differentialkrümmung
sind hauptsächlich
der Winkelabweichung zwischen den Hauptstrahlen und der Systemachse
zwischen dem MCO und der PR-Bildebene zuzuschreiben. Diese Winkelabweichung macht
es schwierig, die Zeilentrennung oder Differenzialkrümmung über eine
zu bearbeitende Fokustiefe beizubehalten.
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Bei xerografischen Kopierern und
Druckern auf Mehrpunkt-ROS-Basis mit drehendem Polygon ist es notwendig
die erforderliche Zeilentrennung exakt einzuhalten und die Differenzialkrümmung zu
minimieren. Vielmehr ist es wünschenswert,
die Fokustiefe für
die Zeilentrennung und die Differenzialkrümmung zu maximieren, um die
kritischen Toleranzen für
die mechanischen Bauteile innerhalb des Kopierers oder Druckers
zu verringern. In einem bevorzugten Entwurf für ein ROS basiertes System
wird die systemeigene Fokustiefe (system common depth of focus – DOF) maximiert,
wobei die systemeigene Fokustiefe (DOF) als die Fokustiefe charakterisiert
ist, bei der alle Leistungsparameter eingehalten werden. Genauer
gesagt, sollten die Leistungsparameter mindestens die folgenden
fünf Faktoren
enthalten:
- (1) Punktgröße beim Abtasten und Querabtasten
- (2) Flattern
- (3) Differenzialkrümmung
- (4) Zeilentrennung; und
- (5) Abtastlinearität.
Die
Maximierung der systemeigenen Fokustiefe (DOF) bedeutet, gleichzeitig
die Fokustiefen aller fünf
aufgelisteten Parameter zu maximieren.
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Die fünf Leistungsparameter können ferner
wie folgt beschrieben werden:
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Die „Punktgröße" wird typischer Weise beim halben Maximum
der vollen Breite (Full Width Half Maximum – FWHM) oder bei 1/e2 der Gaußschen Kurve gemessen. Die
Auflösung
und die Anforderungen an die Bilderzeugung bestimmen die gewünschte Punktgröße.
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Angenommen, es wird ein System mit
600 Punkten pro Zoll (spi) (24 Punkte pro mm) entworfen und die
FWHM-Punktgröße soll
gleich dem Rasterabstand sein, dann ist die gewünschte FWHM-Punktgröße:
(1
inch/600 Punkte) (25,4 mm/inch) (1000 μm/1 mm) = 42,3 μm runder
Punkt Daher würden
die Punkte bei FWHM sowohl in Scannrichtung als auch quer dazu überlappen.
Die Abweichungen der erwünschten
Punktgröße treten
in Abhängigkeit
davon auf, ob die Punktbreite Puls moduliert ist oder nicht. Zum
Schreiben von Grautönen
kann ein elliptischer (anamorphotischer) Punkt erwünscht sein
(typischer Weise enger in der Scannebene als in der Querebene dazu).
Mit besonders entworfener Elektronik kann die Punktbreite durch
Pulsmodulation innerhalb des Rasterabstands auf die gewünschte Größe und damit
auf den gewünschten
Grauton gesteuert werden.
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„Flattern" ist das Versehen mit ungleichmäßigen Abständen von
aufeinander folgenden Scannlinien auf der Bildebene in Vorschubrichtung.
Flattern erscheint dem menschlichen Auge als Streifenbildung im
finalen Bild. Das Vorhandensein von Flattern kann ziemlich störend wirken,
wenn es innerhalb eines Frequenzbereiches auftritt, bei dem das
Auge am empfindlichsten ist (typischer Weise 0,5 bis 2,0 Zyklen/mm).
Deswegen ist über
diesen Bereich die Flatterkorrektur beim Entwurf des ROS wesentlich.
Das Flattern bezieht sich direkt auf den Betrag des Pyramidenfehlers
in den Polygonfassetten. Eine physikalische (mechanische) Schräge der Fassette
von ±0,5
Minuten (30 Bogensekunden) erzeugt ±1 Minute (60 Bogensekunden)
optische Schräge.
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„Krümmung" ist ein Maß für die Biegung quer zur Scannrichtung
der Scannzeile von einem Ende der Abtastung bis zum anderen. Die
Krümmung
kann berechnet werden, indem von dem Durchschnitt der Querabtasthöhen an den
extremen Enden der Scannzeile die Querabtasthöhe in der Abtastmitte abgezogen
wird. In einem Mehrdiodensystem hat jede Diodenquelle ihre eigene
Krümmungskurve.
Es ist die maximale Differenz in den Krümmungskurven zwischen den Mehrfachdioden
in einem gegebenen System, was die „Differenzialkrümmung" bestimmt. Typischer
Weise kann die Krümmungsspezifikation
in den reinen Schwarz-Weiß-Geräten ziemlich
groß sein,
in einer Größenordnung
von 150–200 μm. Jedoch
muss die Spezifikation der Differenzialkrümmung viel enger gezogen werden.
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Die erforderliche „Zeilentrennung" ist von dem gewünschten
Zeilensprungfaktor abhängig.
Für einen Zeilensprungfaktor
der Scannlinie von 3 für
600 spi (24 Punkte/mm) Rasterabstand ist die Zeilentrennung 127 μm.
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Der optische Entwurf muss in der
Optik eine f-θ-Korrektur
erzielen, um die "Abtastlinearität" sicher zu stellen.
Die Abtastlinearität
ist das Maß dafür, wie gleichmäßig der
Abstand der in Scannrichtung geschriebenen Punkte über die
gesamte Scannzeile ist. Typische Kurven von Scannlinearität beginnen
bei einer Nullfehlerposition an einem Ende einer Abtastung, haben
eine positive Nase des Positionsfehlers, kreuzen die Scannmitte
bei Fehlerposition Null und haben dann einen negativen Ausschlag
des Positionsfehlers in Richtung auf das andere Ende der Abtastung.
Kurven der Scannlinearität
können
einen Bildlagefehler von Null an mehreren Stellen über der
Scannzeile aufweisen. Idealer Weise wäre die Kurve über die
gesamte Scannlinie bei Null.
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Obwohl ein ROS mit mehrstrahliger
Laserdiode als stärkste
Technologie für
das xerografische Drucken mit hoher Qualität und hohem Durchsatz angesehen
wird, ist die Notwendigkeit für
mechanische Systeme mit hoher Toleranz die obigen Wirkungen innerhalb
des xerografischen Gerätes
zu beseitigen oder zu steuern eine Barriere zur Geschwindigkeitssteigerung
und Kostensenkung solcher Systeme. Entsprechend richtet sich die
vorliegenden Erfindung auf ein ROS-System, das nicht nur die gewünschte Zeilentrennung
erreicht, höhere Durchsätze ermöglicht,
sondern dabei auch die wesentliche, systemeigene Fokustiefe beibehält, wobei
die Toleranz für
andere Bauteile des xerografischen Gerätes wie den Fotorezeptor verringert
und der Ausrichtungsprozess erleichtert wird.
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In JP-A-04.283.717 ist eine Licht
aussendende Vorrichtung, die Laserstrahlen erzeugt, mit zwei Laserdioden
ausgestattet und sendet zwei Laserstrahlen aus, die eine optische
Systemvorrichtung durchlaufen, um zwei parallele Lichtstrahlen zu
erzeugen, wodurch ein fotoempfindlicher Körper 13 abgetastet
wird. Ein optisches System besteht aus einer Kollimatorlinse, einer
Zylinderlinse, einem Polygonspiegel, einer f-θ-Linse und einer Zylinderspiegellinse,
und zwischen der Linse und dem Spiegel ist eine Bildfeldlinse angeordnet.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird
ein optisches Mehrpunkt-Abtastsystem zum Belichten einer Oberfläche eines
Fotorezeptors zur Verfügung
gestellt, das umfasst: eine Quelle von wenigstens zwei modulierten
Hochleistungs-Lichtstrahlen; ein reflektierendes Abtastelement mit
einer Licht reflektierenden Oberfläche darauf, das in den Lichtweg
zwischen der Quelle und der Oberfläche des Fotorezeptors eingesetzt
ist; ein optisches Vorabtastsystem, um die Strahlen auf die Licht
reflektierende Oberfläche
des reflektierenden Abtastelementes zu richten, wobei das optische
Vorabtastsystem einen Kollimator, eine Blende, eine Querabtast-Zylinderlinse
und ein optisches Nachabtastsystem enthält, um die von der Licht reflektierenden
Oberfläche
des reflektierenden Abtastelements reflektierten Strahlen auf einen
mit einer optischen Achse des optischen Nachabtastsystems telezentrischen
Pfad zu positionieren, bevor sie auf die Oberfläche des Fotorezeptors auftreffen,
um so die systemeigene Fokustiefe um eine durch die Oberfläche des
Fotorezeptors definierte Fokalebene zu maximieren, wobei das optische
Nachabtastsystem eine f-theta-Abtastlinse
und ein Korrekturelement gegen das Flattern enthält. Das System belichtet die
Fotorezeptoroberfläche
mit den mindestens zwei Hochleistungsstrahlen mit einem Zeilensprungfaktor
größer eins.
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Nun werden Ausführungsformen der Erfindung
mittels Beispielen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben; dabei gilt:
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte ROS-Ausführungsform mit Mehrfachstrahl
für die vorliegende
Erfindung darstellt;
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2 ist
eine Ansicht der zusammengefalteten Querabtastebene der Elemente,
die die vorliegende Erfindung umfasst;
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3 ist
eine Ansicht der zusammengefalteten Ebene der Elemente der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine detaillierte Ansicht der Querabtastebene der ROS-Vorabtastelemente
aus 1;
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5 ist
eine detaillierte Ansicht der Abtastebene der ROS-Vorabtastelemente
von 1;
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6 ist
eine detaillierte Ansicht der Querabtastebene der ROS-Nachabtastelemente
von 1;
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7 ist
eine detaillierte Ansicht der Abtastebene der ROS-Nachabtastelemente
von 1;
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8 ist
eine detaillierte Ansicht der Zeilentrennung und der Fokustiefe
in dem Bereich nahe der Fotorezeptorebene, welche als Ergebnis der
vorliegenden Erfindung zur Verfügung
stehen;
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9 ist
eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Zeilentrennung
und Fokustiefe für
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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10 zeigt
das sagittale Blockdiagramm eines typischen optischen Polygonsystems
nach dem Stand der Technik.
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Zum allgemeinen Verständnis der
vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die Zeichnungen genommen.
In den Zeichnungen sind gleiche Bezugszeichen durchgängig für identische
Elemente benutzt worden. Beim Beschreiben der vorliegenden Erfindung
wird der Begriff Pixel verwendet werden. Der Begriff Pixel bezieht
sich auf ein optisches (oder elektrisches) Signal, das die messbaren
optischen Eigenschaften eines physikalisch definierbaren Bereiches
auf einem Anzeigemedium darstellt. Eine Vielzahl von physikalisch
definierbaren Bereichen für
irgendeine Situation stellt die physikalisch messbaren optischen
Eigenschaften des gesamten Bildes dar, das bevorzugt durch eine
Material kennzeichnende Vorrichtung oder alternativ durch elektrisch
und magnetisch kennzeichnende Vorrichtungen oder eine optische Anzeigevorrichtung
ausgegeben wird.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines mehrstrahligen
ROS für
die vorliegende Erfindung darstellt. Genauer gesagt, empfängt ein
zweifacher Laserdiodenantrieb 54 Videoeingabesignale von
einer Videobildquelle 52, wie etwa einem Rastereingabescanner
(RIS) oder einem ähnlichen, für die Erzeugung
von Videosignalen geeigneten System, einschließlich Computern, Faxscannern
und Netzwerken. In Reaktion auf die Videosignale veranlasst der
Antrieb 54 die Modulation der Doppelstrahlen (A und B)
der Mehrfachlaserdiode 56. Darauf werden die modulierten,
zweifachen Ausgabestrahlen der Mehrfachlaserdiode 56 durch
die Vorabtastoptik 58 gestaltet, bevor sie von einer Fassette 92 eines
Polygonspiegels 60 reflektiert werden. Nach der Reflektion
werden die Doppelstrahlen wieder durch eine Nachabtastoptik 62 geformt,
bevor sie die Oberfläche des
Fotorezeptors 64 abtasten, als ein Satz von Strahlen, der
auf der Oberfläche
des Fotorezeptors 64 durch den Abstand d getrennt ist.
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Tabelle 1 bezeichnet unten die allgemeinen
Spezifikationen des telezentrischen, optischen ROS-Systems nach
der vorliegenden Erfindung und wie in 1 bis 7 abgebildet.
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, erfordern
die Entwurfsspezifikationen für
das in 1–7 gezeigte, bevorzugte optische
System einer Auflösung
von 600 Pixeln pro Zoll (24 Punkte/mm) über eine Scannzeile von 12,2
Zoll (310 mm). Es werden zwei Laserdioden verwendet. Die Laserdioden
sind in einer Spalte vertikal ausgerichtet und in der Querabtastrichtung
(vertikal) um 25 μm
versetzt. Die durch die Laserdioden ausgesendeten Laserstrahlen
(A, B) werden benutzt, um ein zeilenversetztes Bild mit einem Scannzeilensprungfaktor
von 3 auszubilden, bei dem die Scannzeilentrennung zwischen angrenzenden
Scannzeilen 127 μm
beträgt.
Alternativ können
die Abtastlinien aufeinander folgende oder mit Zwischenraum versehene
Scannzeilen ausbilden, um so während
jeder Abtastung einen Textblock auszubilden.
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2 und 3 veranschaulichen eine bevorzugte
Ausführungsform,
die eine allgemeine Lösung
für die zuvor
beschriebenen Unzulänglichkeiten
bildet. Die Ansichten der Querabtastlinienebene und der Abtastlinienebene
der jeweils in 2 und 3 dargestellten ROS-Vorrichtung 50 enthalten
ein Paar Laserdioden (nicht gezeigt), die durch das Diodenfenster 82 ein
Paar Lichtstrahlen A und B aussenden. Die Lichtstrahlen A und B durchlaufen
einen Kollimator 84 und gehen durch die Blendenbegrenzung
der Querabtastung 86. Der Kollimator 84 umfasst
bevorzugt einen Einzelelementkollimator mit einer asphärischen
und einer sphärischen
Oberfläche.
Alternativ kann der Kollimator 84 ein Mehrfachelementkollimator
oder eine Gradientenindexlinse (GRIN-Linse) sein. Die Lichtstrahlen
fließen
dann weiter durch eine Einzelelementzylinderlinse zur Querabtastung 88,
die sie in Querabtastrichtung auf die Oberfläche der Polygonfassette 92 des
unterfüllten
Polygons 60 (1)
fokussiert, nachdem sie von einem ersten Umlenkspiegel 90 weg
reflektiert worden sind. Nachdem sie reflektiert worden und über die
Oberfläche
der Polygonfassette 92 getastet sind, durchlaufen die Lichtstrahlen A
und B die f-theta-Abtastlinse 94. Die f-θ-Abtastlinse 94 ist
bevorzugt eine Zweielementlinse, wie in 3 abgebildet, die eine erste Abtastlinse 94a und
eine zweite Abtastlinse 94b umfasst. Details der f-θ-Abtastlinse wie
auch anderer Elemente des optischen Systems sind in Tabelle 2 enthalten.
Alternativ kann die f-θ-Abtastlinse 94 eine
asphärische,
toroidale Einzellinse sein.
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Tabelle
2 – Beschreibung
der optischen Elemente
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Nach der f-θ-Linse 94 werden die
Lichtstrahlen A und B durch einen zweiten Umlenkspiegel 96 und dann
durch einen Zylinderspiegel 98 reflektiert, bevor sie durch
ein Ausgangsfenster 100 laufen. Wenn sie durch das Ausgangsfenster 100 hindurch
sind, treffen die Lichtstrahlen auf die Fotorezeptoroberfläche 64,
indem sie wie in 8 gezeigt
jeweils zwei Punkte 104 und 106 ausbilden. Jeder
der beiden Punkte erzeugt eine Abtastzeile von mindestens 12 Zoll
(30 cm) (d. h. mindestens eine Seitenbreite), wenn sie durch das
drehende Polygon über
die Fotorezeptoroberfläche 64 gleiten.
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Mit Bezug zu 4 und 5 werden
nun die Details des optischen Vorabtastsystems, das optische System 58 von 1, genauer beschrieben.
Obwohl nicht in 4 oder 5 gezeigt werden die Doppelstrahlen
A und B bevorzugt durch einen Zweifachdiodenlaser oder irgendeine
gleichwertige Vorrichtung mit einem flachen Diodenfenster 82 erzeugt.
Die Zweifachdioden sind durch einen Abstand von etwa 25 μm getrennt
und in dem optischen System so ausgerichtet, dass sie in Querabtastrichtung
versetzt sind. Wenn die Strahlen durch das Fenster 82 gesendet
sind, werden sie als nächstes
durch eine asphärische
Linse 84 übertragen,
die zur parallelen Ausrichtung der Strahlen dient. Linse 84 weist
auf der Diodenseite bevorzugt eine sphärische Gestalt und auf ihrer
Fassettenseite eine asphärische
Form auf. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die asphärische Linse
wie in Tabelle 2 angezeigt aus PSK50-Glas ausgebildet sein.
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Nach der Übermittlung durch die asphärische,
parallel ausrichtende Linse 84 werden die Strahlen dann
durch eine Blende oder eine rechteckige Begrenzung 86 gesendet,
wo ein Teil der Strahlenleistung abgeschwächt werden kann. Die Hauptachse
des Rechtecks liegt in der Scannebene und die Nebenachse des Rechtecks
befindet sich in der Querscannebene. Die Strahlen A und B werden
dann durch eine Zylinderlinse 88 weiter bearbeitet. Zylinderlinse 88 enthält bevorzugt
eine erste Oberfläche,
die dadurch charakterisiert sein kann, dass sie einen Zylinder in
der Querabtastebene ausbildet, und eine zweite oder Außenseitenfläche, die plan
ist. Die Brennweite und Position der Zylinderlinse dient dazu, die
Strahlen in Querabtastebene an der Fassettenoberfläche 92 zu
fokussieren. Die Strahlen bleiben an der Fassette in Abtastebene
parallel gerichtet.
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Nachdem sie in Querscannebene durch
Zylinderlinse 88 fokussiert worden sind, werden die Strahlen dann
von der ebenen Oberfläche
des ersten Umlenkspiegels 90 weg in Richtung der Fassette 92 reflektiert. Umlenkspiegel 90 ist
mit einem reflektierenden Öffnungswinkel
von 60° im
optischen Umlenksystem positioniert und für die bevorzugte Ausführungsform
(siehe 3) veranschaulicht.
Nach Durchlaufen der Elemente des optischen Vorabtastsystems werden
die vom ersten Umlenkspiegel 90 weg gespiegelten Strahlen
dann durch eine Fläche
des Polygons 60 in 1 reflektiert,
die in 4 und 5 als Fassette 92 dargestellt
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
kann Polygon 60 als ein Entwurf mit 8 unterfüllten Fassetten
charakterisiert werden.
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Es sollte erkennbar sein, dass die
reflektierende Fläche
kein drehendes Fassettenpolygon sein muss. Die Fläche kann
auch eine mit einem Galvanometer vereinigte reflektierende Oberfläche, ein
holografischer Scanner oder ein Mikromodulator sein, wie sie in
der Technik wohl bekanntet sind. Das drehende Polygon kann jede
Anzahl von Fassetten aufweisen, von einer bis so vielen wie nötig sind,
um die gewünschten
Systemcharakteristiken zu erhalten. Ferner kann die reflektierende
Oberfläche,
gleich ob drehendes Polygon, Mikromodulator oder irgend ein anderer
bekannter Typ von Scannmechanismus, von einem Typ sein, der durch
die Lichtstrahlen unterfüllt, überfüllt oder
kritisch gefüllt
ist. Zusätzlich
kann, obwohl nicht dargestellt, ein Gehäuse mit einem Fenster oder
eine ähnliche
Einrichtung zur Vermeidung der Verunreinigung der Fassettenoberfläche(n) verwendet
werden, um die reflektierende(n) Fläche(n) abzuschirmen.
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In 6 und 7 werden in Verbindung mit
Tabelle 2 die Details des optischen Nachabtastsystems beschrieben.
Insbesondere die f-θ-Abtastlinse 94 umfasst
zwei Elemente, eine erste Scannlinse 94a und eine zweite
Abtastlinse 94b. Die ersten Abtastlinse 94a hat
eine Abtastebenen-Zylinderstärke
an Fläche 112,
die der Polygonfassette zugewandt ist und eine Querabtast-Zylinderstärke an der
gegenüber
liegenden Fläche 114.
Die zweite Abtastlinse 94b der f-θ-Linse 94 hat eine
Querabtast-Zylinderstärke
an Fläche 118 und
ein sphärische
Stärke
an Fläche 120.
Die Hauptstrahlen für
jeden der Strahlen A und B sind in ihrer jeweiligen Position beim
Durchlaufen der beiden Elemente der f-θ-Linse 94 dargestellt.
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Darauf werden die Strahlen durch
einen zweiten Umlenkspiegel 96 reflektiert, der gegen die
Querscannachse mit etwa 6,25 Grad so geneigt ist, dass er bei einem Öffnungswinkel
von 12,5 Grad die Strahlen zu der reflektierenden Oberfläche des
Zylinderspiegels 98 lenkt. Zylinderspiegel 98 ist
unter 2,75 Grad gegen die optische Achse geneigt, erreicht einen Öffnungswinkel
von 5,5 Grad und richtet die Strahlen nach der Reflektion zu einem
Ausgangsfenster 100. Der einzige Zweck der Ausgangsfensters 100 ist
es, das optische System 50 vom Rest des xerografischen
Gerätes
abzuschirmen, um das optische ROS-Untersystem frei von Schmutz zu halten.
Nach dem Passieren des Ausgangsfensters 100 treffen die
Strahlen auf die Oberfläche des
Fotorezeptors 64, um ein Paar Parallellinien auszubilden,
wenn sie über
die Oberfläche
tasten.
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Es sollte erkennbar sein, dass auch
wenn zur Vereinfachung ein zweistrahliges ROS dargestellt ist, das
optische System 50 ebenso bei Systemen mit drei oder mehr
Laserdioden und Laserstrahlen anwendbar ist. Es sollte auch zu verstehen
sein, dass im Fall einer ungeraden Anzahl von Lasern der Hauptstrahl
des mittleren Lasers auf der optischen Achse der Querabtastung liegen
würde.
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Es sollte ferner einzusehen sein,
dass jede Laserdiode ihren Lichtstrahl in einer Wellenlänge aussenden
kann, die von der der anderen abweicht. Schließlich ist das System nicht
auf Laserdioden begrenzt. Jede bekannte Vorrichtung zum Aussenden
von Licht, wie Feststofflaser, Gaslaser, Flüssigkeitslaser oder Halbleiterlaser
kann verwendet werden. Des Weiteren kann eine Licht aussendende
Diode oder etwas Ähnliches
so lange benutzt werden, wie der ausgesendete Lichtstrahl moduliert
werden kann (entweder bei der Ausgabe oder durch einen Scanner vom
Typ Mikromodulator). Folglich kann auch ein Blitzlicht oder etwas Ähnliches
als Lichtquelle benutzt werden.
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Wie in 8 im
Detail dargestellt wird, werden die Laserstrahlen A und B nach der
Reflektion durch Zylinderspiegel 98 auf die Ebene des Fotorezeptors 64 fokussiert,
um die Scannpunkte 104 und 106 auszubilden. Am
Wichtigsten ist, dass die Hauptausgangsstrahlen der Laserstrahlen
A und B im Wesentlichen parallel zu der optischen Systemachse Q–Q' verlaufen. Das heißt, die
Hauptausgangsstrahlen sind gewöhnlich
telezentrisch, wobei sie alle unter einem Einfallswinkel von etwa
0,22 Grad oder weniger auf die Oberfläche eintreffen. Schließlich ist 9 eine Darstellung der Zeilentrennung
gegenüber
der Fokalstellung. Aus dieser Grafik kann man die Fokustiefe (DOF)
der Zeilentrennung für
jede Spezifikation der Zeilentrennungstoleranz errechnen. So ist
zum Beispiel die Fokustiefe der Zeilentrennung für eine Spezifikation der Zeilentrennung
von 127,0 ± 4,0 μm 7,966 mm
(von –4,616
mm bis 3,350 mm). Tabelle 3 zeigt die angenäherten Fokustiefen der Zeilentrennung
für verschiedene
Toleranzanforderungen der Zeilentrennung (Δd). Bei einer solch großen Fokustiefe,
wobei die notwendige Zeilentrennung aufrechterhalten wird, liefert
die vorliegende Erfindung einen signifikanten Spielraum (mindestens
995 × Δd) in den
mechanischen Toleranzen für
z. B. den Fotorezeptor und die mit ihm verbundenen Antriebsmechanismen.
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Zusammenfassend gesehen ist die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Erhalten der Zeilentrennung eines
Mehrpunkt-ROS bei gleichzeitiger Maximierung der systemeigenen Fokustiefe.
Im bevorzugten Entwurf für
ein ROS-basiertes System wird die systemeigene Fokustiefe (systemeigene
DOF – depth
of focus) maximiert, wobei die systemeigene DOF als die Fokustiefe
gekennzeichnet ist, bei welcher alle Leistungsparameter eingehalten
werden. Der Entwurf des optischen Systems der vorliegenden Erfindung
maximiert die systemeigene DOF, während er eine Zeilentrennung
(d) von 127 μm
erhält.
Für das
Drucken mit hoher Qualität wächst die
Bedeutung der vorliegenden Erfindung mit der Verringerung der Toleranz
für die
Spezifikation der Zeilentrennung. Wenn die Toleranz hoch ist, ist
die sich ergebende Fokustiefe der Zeilentrennung bei einem guten
Entwurf mit Mehrfachdioden typischer Weise annehmbar.
