DE69634883T2

DE69634883T2 - Optisches Abtastgerät

Info

Publication number: DE69634883T2
Application number: DE1996634883
Authority: DE
Inventors: Manabu Ohta-ku Kato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2016-02-27
Also published as: EP1199592A2; DE69638185D1; KR100266095B1; DE69634883D1; EP1199592B1; JPH08297256A; EP0730182A2; EP0730182B1; EP1199592A3; JP3445050B2; EP0730182A3; EP2182400A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung und eine optische Vielstrahl- Abtastvorrichtung und insbesondere eine optische Abtastvorrichtung und eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung, die zum Gebrauch beispielsweise in einer Vorrichtung wie einem Laserstrahldrucker (LBP) oder einer digitalen Kopiervorrichtung geeignet ist, welche den elektrophotografischen Prozeß aufweist, der adaptiert ist, ein Lichtstrahlenbündel, welches von Lichtquellenmitteln optisch moduliert und emittiert wird mittels eines Lichtablenkers (Ablenkungselement), der einen drehbaren Polygonspiegel oder dergleichen aufweist, abzulenken und zu reflektieren, danach eine durch ein optisches Abbildungssystem mit der fθ-Charakteristik (fθ-Linse) abzutastende Oberfläche optisch abzutasten und eine Bildinformation aufzuzeichnen.
Vordem wurde in der optischen Abtastvorrichtung eines Laserstrahldruckers oder dergleichen ein optisch moduliertes und aus Lichtquellenmitteln im Einklang mit einem Bildsignal heraustretendes Lichtstrahlenbündel periodisch von einem Lichtablenker abgelenkt, der beispielsweise einen drehbaren Polygonspiegel aufweist, und wurde in eine punktähnliche Form auf der Oberfläche eines photoempfindlichen Aufzeichnungsmediums (photoempfindliche Trommel), welche die fθ-Charakteristik aufweist, gebündelt und jene Oberfläche wurde optisch abgetastet, um dabei eine Bildaufzeichnung zu bewirken.
1 der beigefügten Zeichnungen ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Abschnitte einer optischen Abtastvorrichtung gemäß dem vorbekannten Stand der Technik.
In 1 wird ein von Lichtquellenmitteln 61 emittiertes divergentes Lichtstrahlenbündel in ein im wesentlichen paralleles Lichtstrahlenbündel mittels einer Kollimatorlinse 62 ausgebildet und das Lichtstrahlenbündel (die Lichtmenge) wird durch eine Blende 63 begrenzt und tritt in eine zylindrische Linse 64 ein, die eine vorbestimmte Brechkraft lediglich in einer Nebenabtastrichtung aufweist. Von dem parallelen Lichtstrahlenbündel, das in die zylindrische Linse 64 eintrat, tritt jener Teil in einem Hauptabtast-Teilabschnitt in intakter Weise in dem Zustand eines parallelen Lichtstrahlenbündels aus. Ebenso konvergiert jener Teil in einem Nebenabtast-Teilabschnitt und wird als ein im wesentlichen lineares Bild auf der ablenkenden Oberfläche (reflektierende Oberfläche) 65a eines Lichtablenkers 65, der einen drehbaren bzw. rotierbaren Polygonspiegel aufweist, abgebildet. Hier bezieht sich der Hauptabtast-Teilabschnitt auf einen Strahlenbündel-Teilabschnitt, den das durch die ablenkende Oberfläche des Lichtablenkers abgelenkte und reflektierte Lichtstrahlenbündel mit der Zeit bildet. Ebenso bezieht sich der Nebenabtast-Teilabschnitt auf einen Teilabschnitt, der die optische Achse einer fθ-Linse enthält und orthogonal zu dem Hauptabtast-Teilabschnitt ist. Das durch die ablenkende Oberfläche 65a des Lichtablenkers 65 abgelenkte und reflektierte Lichtstrahlenbündel wird auf die Oberfläche einer photoempfindlichen Trommel 68 als eine Oberfläche, die durch ein optisches Abbildungssystem (fθ-Linse) 66 mit der fθ-Charakteristik abzutasten ist, gerichtet und der Lichtablenker 65 wird in der Richtung des Pfeils A gedreht bzw. rotiert, um dabei die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 68 optisch abzuta sten bzw. zu scannen und die Aufzeichnung von Bildinformation zu bewirken.
Um die hochgenaue bzw. präzise Aufzeichnung von Bildinformation in einer optischen Abtastvorrichtung dieser Art bewirken, ist es notwendig, daß die Bildfeldkrümmung über die gesamte Fläche einer abzutastenden Oberfläche gut korrigiert wird und ein Fleck- bzw. Punktdurchmesser gleichmäßig wird und daß der Winkel und die Bildhöhe des einfallenden Lichts eine Verzeichnung (fθ-Charakteristik) aufweisen, in welcher sie sich in einer Proportionalbeziehung befinden. Eine optische Abtastvorrichtung, welche derartige optische Charakteristiken erfüllt, oder deren optisches Korrektursystem (fθ-Linse) wurde vordem verschiedentlich vorgeschlagen.
Andererseits werden mit der Tendenz von Laserstrahldruckern, digitalen Kopiervorrichtungen etc. zur Kompaktheit und zu niedrigeren Kosten ähnliche Dinge von der optischen Abtastvorrichtung benötigt.
Als eine Vorrichtung, welche diese Erfordernisse miteinander vereinbar macht, wird eine optische Abtastvorrichtung, in welcher die fθ-Linse aus einer Einzellinse besteht, verschiedentlich vorgeschlagen, beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-48684, der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 63-157122, der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-104213, der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-50908 etc.
Von diesen Publikationen wird in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-48684 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-157122 eine konkave Einzellinse als fθ-Linse auf der Lichtablenkerseite verwendet, um ein paral leles Lichtstrahlenbündel von einer Kollimatorlinse auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums zu bündeln. Ebenso werden in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-104213 als fθ-Linsen eine konkave Einzellinse und eine toroidisch-flächige Einzellinse auf der Lichtablenkerseite und der Bildebenenseite jeweils verwendet, um ein in konvergentes Licht mittels einer Kollimatorlinse umgewandeltes Lichtstrahlenbündel in die fθ-Linsen eintreten zu lassen. Ebenso wird in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-50908 eine Einzellinse, welche eine asphärische Oberfläche höherer Ordnung in eine Linsenoberfläche einführt, als eine fθ-Linse verwendet, um ein in konvergentes Licht mittels einer Kollimatorlinse umgewandeltes Lichtstrahlenbündel in die fθ-Linse eintreten zu lassen.
Jedoch verbleibt in den optischen Abtastvorrichtungen nach dem oben beschriebenen vorbekannten Stand der Technik gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-48684 eine Bildfeldkrümmung in der Nebenabtastrichtung und ein paralleles Lichtstrahlenbündel wird auf der abzutastenden Oberfläche abgebildet, wobei dies zu dem Problem geführt hat, daß der Abstand von der fθ-Linse zu der abzutastenden Oberfläche eine Brennweite f wird und lang ist und es schwierig ist, eine kompakte optische Abtastvorrichtung zu konstruieren. In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 63-157122 ist die Dicke der fθ-Linse groß und dies hat zu dem Problem geführt, das die Fertigung durch Formgießen bzw. Preßformen schwierig ist, und dies verursacht einen erhöhten Kostenfaktor. Die offengelegte japanischen Patentanmeldung Nr. 4-104213 leidet an dem Problem, daß eine Verzeichnung bzw. Verzerrung bleibt. In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-50908 wird eine fθ-Linse mit einer asphärischen Oberfläche höherer Ordnung verwendet und Aberrationen werden gut korrigiert, jedoch hat hier das Problem bestanden, daß ein Jitter bzw. Zittern bzw. Flackern einer mit der Anzahl von Polygonoberflächen korrespondierenden Zeitperiode aufgrund des Befestigungsfehlers eines Polygonspiegels auftritt, welcher ein Lichtablenker ist.
Ferner haben Probleme, die diesen fθ-Linsen gemeinsam sind, von denen jede aus einer Einzellinse besteht, das Problem beinhaltet, daß sich wegen der Nichtgleichmäßigkeit der Lateralvergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker und der abzutastenden Oberfläche der Fleck- bzw. Punktdurchmesser in der Nebenabtastrichtung in Abhängigkeit von der Bildhöhe ändert.
2A und 2B der beigefügten Zeichnungen sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte einer optischen Einzelstrahlabtastvorrichtung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung, welche Vorrichtung von dem Erfinder in der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-239386 (angemeldet am 6. September, 1994) vorgeschlagen wurde, und zeigt Änderungen in dem Fleckdurchmesser (F-Zahl bzw. Blendenzahl) in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe. In diesen Figuren sind dieselben Elemente wie die in 1 dargestellten Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
Üblicherweise ist es in einem optischen Ebenenneigungskorrektursystem notwendig, die ablenkende Oberfläche eines Lichtablenkers und eine abzutastende Oberfläche in eine optisch konjugierte Relation (Abbildungsrelation) zu bringen, um die Ebenenneigung der ablenkenden Oberfläche optisch zu korrigieren. Dementsprechend ist in einer fθ-Linse, welche eine vorbestimmte Linsenform in dem Hauptabtast-Teilabschnitt wie in den zuvor beschriebenen Beispielen des vorbekannten Standes der Technik aufweist, die Lateralvergrößerung auf der Achse (axiales Strahlenbündel 21) hoch, wie bei (1) in 2B bezeichnet ist, und wird die Lateralvergrößerung außerhalb der Achse bzw. achsenfern (achsenfernstes Strahlenbündel 22) niedrig, wie bei (2) in 2B bezeichnet ist (es gibt ebenso einen Fall, wo dies umgekehrt wird in Abhängigkeit von der Linsenform in dem Hauptabtast-Teilabschnitt).
Somit tritt eine Unregelmäßigkeit bei der Lateralvergrößerung in der Nebenabtastrichtung in Abhängigkeit von der Linsenform der fθ-Linse in deren Hauptabtast-Ebene auf und eine Änderung in dem Fleckdurchmesser in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe tritt auf.
Andererseits wird die Fähigkeit einer Abtastung höherer Geschwindigkeit von einer optischen Abtastvorrichtung benötigt zum Gebrauch in einem LBP wegen der Tendenz des LBP zu höherer Geschwindigkeit und höherer Genauigkeit, und anhand von Beschränkungen wie der Zahl der Umdrehungen eines Motors, welcher ein Abtastmittel ist, und der Zahl der Oberflächen eines Polygonspiegels, welcher ein Ablenkungsmittel ist, wächst insbesondere die Nachfrage nach einer optischen Vielstrahl-Abtastvorrichtung, die zum Abtasten einer Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln zugleich imstande ist.
Die oben beschriebene Nicht-Gleichförmigkeit der Lateralvergrößerung in der Nebenabtastrichtung bewirkt die Krümmung der Abtastlinie, wenn die Position einer Lichtquelle (Lichtquelleneinheit) außerhalb der optischen Achse in Z-Richtung ist, was in 2A und 2B angezeigt ist, und demgemäß hat ein optisches System wie ein optisches Vielstrahl-Abtastsystem (optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung), welches eine abzutastende Oberfläche zugleich mittels der Verwendung einer Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln, die außerhalb der optischen Achse sind, an dem Problem gelitten, daß die Abtastlinie sich auf der abzutastenden Oberfläche krümmt und folglich die Verschlechterung der Bildqualität wegen einer Pitch- bzw. Teilungsunregelmäßigkeit auftritt.
Es ist ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine kompakte optische Abtastvorrichtung vorzusehen, die zum hochgenauen Drucken geeignet ist, bei der, wenn ein Lichtstrahlenbündel von einer Lichtquelle, das mittels einer Kollimatorlinse oder dergleichen umgewandelt wird, auf einer abzutastenden Oberfläche mittels einer fθ-Linse durch einen Lichtablenker abgebildet wird, die Linsenform (die Hauptabtast-Ebenenform) der fθ-Linse in deren Hauptabtast-Ebene optimiert wird, um dabei die Bildfeldkrümmung, die Verzeichnung etc. zu korrigieren, und die Nicht-Gleichmäßigkeit der Lateralvergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker und der abzutastenden Oberfläche wird lediglich durch die Linsenform (die Nebenabtast-Ebenenform) in der Nebenabtast-Ebene eliminiert unabhängig von der Linsenform in der Hauptabtast-Ebene, wobei jede Änderung in der F-Zahl (F Nr.) in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, d.h. jede Änderung im Fleckdurchmesser, unterdrückt werden kann.
Es ist ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung, eine kompakte optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung vorzusehen, die zum hochgenauen Drucken geeignet ist, bei welcher eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln von einer Lichtquelle, die mittels einer Kollimatorlinse oder dergleichen umgewandelt werden, auf einer abzutastenden Oberfläche mittels einer fθ-Linse durch einen Lichtablenker abgebildet wird, wobei die Linsenform (die Hauptabtast-Ebenenform) der fθ-Linse in deren Hauptabtast-Ebene optimiert wird, um dabei die Bildfeldkrümmung, die Verzeichnung etc. zu korrigieren, und die Nicht-Gleichmäßigkeit der Lateralvergrößerung in der Nebenabtast richtung zwischen der Lichtablenkung und der abzutastenden Oberfläche lediglich durch die Linsenform (die Nebenabtast-Ebenenform) in der Nebenabtast-Ebene eliminiert wird unabhängig von der Linsenform in der Hauptabtast-Ebene, wobei jede Änderung der F-Zahl (F Nr.) in der Nebenabtastrichtung im Fleckdurchmesser unterdrückt werden kann, und ein Lichtstrahlenbündel von der Lichtquelle, welches außerhalb der optischen Achse in der Nebenabtastrichtung ist, ebenso hochgenau abgetastet werden kann, ohne daß die Krümmung der Abtastlinie auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist hier eine optische Abtastvorrichtung vorgesehen, welche folgendes aufweist:
Lichtquellenmittel zum Emittieren eines divergenten Strahlenbündels;
gekennzeichnet durch:
ein Ablenkungselement zum Ablenken eines von dem Lichtquellenmittel emittierten Lichtstrahlenbündels;
optische Mittel einschließlich eines ersten optischen Elements zur Umwandlung des divergenten Strahlenbündels in ein paralleles Strahlenbündel und eines zweiten optischen Elements zum Erzeugen eines Bilds des Lichtquellenmittels auf der ablenkenden Oberfläche des Ablenkungselements als ein in der Hauptabtastrichtung erstreckter linearer Formfleck;
ein drittes optisches Element, um zu bewirken, daß das von dem Ablenkungselement abgelenkte Lichtstrahlenbündel in einer punktähnlichen Form auf einer abzutastenden Oberfläche abgebildet wird, wobei das dritte optische Element eine einzelne Linse aufweist, die gegenüberliegenden Linsenoberflächen des dritten optischen Elements eine torische Brechkraft aufweisen und einen nicht-kreisförmigen Querschnitt in der Hauptabtast- Ebene aufweisen, und die Krümmung der gegenüberliegenden Linsenoberflächen in der Nebenabtast-Ebene kontinuierlich von der Achse zur Achsferne in dem effektiven Abschnitt der Linse sich verändert, um eine im wesentlichen konstante Bildvergrößerung in der Nebenabtastrichtung über dem effektiven Abschnitt der Linse vorzusehen.
Eine Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielhaft beschrieben werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
1 ist eine schematische Ansicht der wesentlichen Abschnitte des optischen Systems einer optischen Abtastvorrichtung gemäß dem vorbekannten Stand der Technik.
2A und 2B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte der optischen Abtastvorrichtung gemäß dem vorbekannten Stand der Technik jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
3 ist eine Querschnittsansicht der wesentlichen Abschnitte einer optischen Abtastvorrichtung zwischen einem Ablenkungselement und einer abzutastenden Oberfläche in der Hauptabtastrichtung.
4A und 4B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
5 ist eine Abbildung, welche die asphärische Oberflächenform einer fθ-Linse in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Abbildung, welche die Form der fθ-Linse in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in der Hauptabtastrichtung zeigt.
7 ist eine Abbildung, welche die Defokussierungscharakteristik eines Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
8A und 8B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
9 ist eine Abbildung, welche die asphärische Oberflächenform einer fθ-Linse in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Abbildung, welche die Defokussierungscharakteristik des Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Abbildung, welche die Defokussierungscharakteristik eines Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
12A und 12B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
13 ist eine Abbildung, welche die asphärische Oberflächenform einer fθ-Linse in Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine Abbildung, welche die Form der fθ-Linse in der Hauptabtastrichtung in Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer Abtastzeile bzw. Abtastlinie in Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
16A und 16B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
17 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche bezüglich der Bildhöhe in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer fθ-Linse in der Meridianlinienrichtung bezüglich der Bildhöhe in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer Abtastzeile bzw. Abtastlinie während einer Vielstrahlabtastung bei einer Auflösung von 600 dpi (Abtastzeilenintervall 42.3 μm) in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
20A und 20B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
21 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche bezüglich der Bildhöhe in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
22 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer fθ-Linse in der Meridianlinienrichtung bezüglich der Bildhöhe in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
23 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer Abtastzeile bzw. Abtastlinie während einer Vielstrahlabtastung bei einer Auflösung von 600 dpi (Abtastzeilenintervall 42.3 μm) in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
24A und 24B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
25 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche bezüglich der Bildhöhe in Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
26 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer fθ-Linse in der Meridianlinienrichtung bezüglich der Bildhöhe in Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
27 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer Abtastzeile während einer Vielstrahlabtastung bei einer Auflösung von 600 dpi (Abtastzeilenintervall 42.3 μm) in Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
28A und 28B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung, wenn eine Vielstrahlabtastung durch die Verwendung der in 2A und 2B dargestellten optischen Einzelstrahlabtastvorrichtung gemäß dem vorbekannten Stand der Technik bewirkt wurde.
29 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf einer abzutastenden Oberfläche bezüglich der Bildhöhe in der in 28A und 28B dargestellten optischen Einzelstrahlvorrichtung zeigt.
30 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer fθ-Linse in der Meridianlinienrichtung bezüglich der Bildhöhe in der in 28A und 28B dargestellten optischen Einzelstrahl-Abtastvorrichtung zeigt.
31 ist eine Abbildung, welche die Krümmung einer Abtastzeile während einer Vielstrahlabtastung bei einer Auflösung von 600 dpi (Abtastzeilenintervall 42.3 μm) in der in 28A und 28B dargestellten optischen Einzelstrahl-Abtastvorrichtung zeigt.
Bevor einige Ausführungsformen der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, werden Mittel zum Erreichen der Ziele der vorliegenden Erfindung zuerst beschrieben werden. Um die oben beschriebenen Ziele in der optischen Abtastvorrichtung zu erreichen, ist es notwendig, die Linsenform der fθ-Linse zu optimieren und die lateralen Vergrößerungen in der Nebenabtastrichtung auf der Ach sen und außerhalb der Achse gleichmäßig zu machen. 3 ist eine Querschnittsansicht der wesentlichen Abschnitte in der Hauptabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker (Ablenkungselement) der optischen Abtastvorrichtung und der abzutastenden Oberfläche. Um die lateralen Vergrößerungen in der Nebenabtastrichtung auf der Achse und außerhalb der Achse gleichförmig zu machen, ist es notwendig, die Hauptebenen-Position zu bestimmen, so daß die Verhältnisse der Längen des optischen Wegs auf der Achse und außerhalb der Achse gleich zueinander sein können.
Dementsprechend wird die Hauptebenenposition der fθ-Linse in der Nebenabtastrichtung bestimmt, um die folgenden Bedingungen zu erfüllen: Ipri : Epri = Imar : Emar Ipri·Emar = Epri·Imar (a)wobei

Ipri:: der Abstand von der ablenkenden Oberfläche des Lichtablenkers zu der Stirnseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung in dem axialen Strahlenbündel;
Epri:: der Abstand von der Rückseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung zu der abzutastenden Oberfläche in dem axialen Strahlenbündel;
Imar:: der Abstand von der ablenkenden Oberfläche des Lichtablenkers zu der Stirnseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung in dem achsenfernsten Strahlenbündel;
Emar:: der Abstand von der Rückseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung zu der abzutastenden Oberfläche in dem achsenfernsten Strahlenbündel.

In dem vorliegenden Zusammenhang wird der Terminus "Hauptebene" nicht in dem konventionell verstandenen Sinne verwendet. Seine Bedeutung ist aus 3 evident.
Im allgemeinen wird das achsenferne bzw. außeraxiale Strahlenbündel in der Richtung der optischen Achse in der Hauptabtast-Ebene gebrochen, um die fθ-Charakteristik zu erfüllen, und demgemäß ist ein Fokus bzw. Brennpunkt 71 in der Hauptabtast-Ebene der Hauptebene in der Nebenabtastrichtung zur Erfüllung des obigen Ausdrucks (a) eine Ebene, welche zu einem Lichtablenker 5 außerhalb der Achse gekrümmt ist, wie in 3 dargestellt ist. Hier ist, wenn der Krümmungsbetrag auf der größten Achsenferne dx ist, Emar = (Epri + dx)/cosθimg Imar = (Ipri – dx)/cosθporund folglich, Ipri(Epri + dx)/cosθimg = Epri(Ipri – dx)/cosθimg dx(Ipri·cosθpor + Epri·cosθimg) = Ipri·Epri (cosθimg – cosθpor)
wobei

θpor:: der Winkel, der in der Hauptabtastebene von dem achsenfernsten Strahlenbündel gebildet wird, das von dem Lichtablenker bezüglich der optischen Achse der fθ-Linse abgelenkt wird;
θimg:: der Winkel, der in der Hauptabtastebene von dem achsenfernsten Strahlenbündel gebildet wird, das auf der abzutastenden Oberfläche bezüglich der optischen Achse der fθ-Linse einfällt.

Dementsprechend ist es, um die laterale Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung gleichförmig zu machen, notwendig, den Krümmungsbetrag dx des Orts der Hauptebene in der Nebenabtastrichtung auf einen von dem obigen Ausdruck (b) abgeleiteten Wert einzustellen.
Das bedeutet, wenn in einer tatsächlichen optischen Abtastvorrichtung die Krümmungsbeträge der Orte, und zwar in der Hauptabtast-Ebene, der stirnseitigen Hauptebene und der rückseitigen Hauptebene einer fθ-Linse in der Nebenabtastrichtung (die Differenz in der Richtung der optischen Achse zwischen der achsenfernsten Hauptebenenposition und der axialen Hauptebenenposition) jeweils xm und xu sind, daß es erwünscht ist, die Hauptebenenposition zu bestimmen, um die Bedingung zu erfüllen, daß xm ≤ dx ≤ xu. (1)
Falls der obige Bedingungsausdruck (1) davon abweicht, wird eine Unregelmäßigkeit an der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung auftreten und wird die Änderung des Fleck- bzw. Punktdurchmessers aufgrund der Bildhöhe groß werden, wobei dies ein Problem in der Praxis aufwerfen wird.
Als nächstes werden, soweit es ein Verfahren zum Ändern der Hauptebenenposition in der Nebenabtastrichtung betrifft, die ablenkende Oberfläche des Lichtablenkers und die abzutastenden Oberfläche in eine optisch konjugierte Beziehung miteinander in der Nebenabtastrichtung der fθ-Linse gebracht, wie vorher beschrieben wurde, um dabei die Korrektur der Ebenenneigung zu bewirken, und demgemäß kann die Brechkraft der fθ-Linse an sich nicht verändert werden.
Dementsprechend sind die erste Linsenoberfläche (R1 Oberfläche) und die zweite Linsenoberfläche (R2 Oberfläche) der fθ-Linse in der Nebenabtastrichtung gekrümmt, um dabei die Bewegung der Hauptebenenposition zu bewirken. Durch das Krümmen kann die Hauptebene der Linse bewegt werden, ohne daß die Brechkraft der Linse selbst geändert wird, und demgemäß wird die Meridian-Linie r kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin geändert und eine optimale Linsenform kann in Abhängigkeit von der Lage vorgesehen werden, wobei die laterale Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung gleichmäßig gemacht werden kann.
Indem die Linsenform der fθ-Linse auf diese Weise optimiert wird, kann die F-Zahl (F Nr.) in der Nebenabtastrichtung des auf die abzutastende Oberfläche einfallenden Lichtstrahlenbündels gleichmäßig gemacht werden, und die Veränderung des Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, was vordem ein besonderes Problem für eine einzellinsige fθ-Linse gewesen ist, kann minimiert werden.
Ebenso kann für ein aus einer Lichtquelle (Lichtquelleneinheit) außerhalb der optischen Achse austretendes Lichtstrahlenbündel die abzutastende Oberfläche hochgenau abgetastet werden, ohne daß die Krümmung der Abtastlinie bzw. -zeile verursacht wird, wobei eine optische Abtastvorrichtung, die ebenso zur Vielstrahlabtastung geeignet ist, vorgesehen werden kann.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr beschrieben werden.
4A und 4B sind Querschnittsansichten von Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung.
In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 Lichtquellenmittel (eine Lichtquelleneinheit), welche beispielsweise einen Halbleiterlaser aufweisen.
Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Kollimatorlinse als ein erstes optisches Element, welches ein von den Lichtquellenmitteln 1 emittiertes divergentes Lichtstrahlenbündel in ein konvergentes Lichtstrahlenbündel umwandelt. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Aperturblende, welche den Durchmesser des durchlaufenden Lichtstrahlenbündels regelt.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine zylindrische Linse als ein zweites optisches Element, welches eine vorbestimmte Brechkraft lediglich in der Nebenabtastrichtung aufweist und dazu führt, daß das durch die Aperturblende 3 durchgelassene Lichtstrahlenbündel als ein im wesentlichen lineares Bild auf der ablenkenden Oberfläche 5a eines Lichtablenkers (Ablenkungselement) 5 abgebildet wird, was später in dem Nebenabtast-Teilabschnitt beschrieben wird.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Lichtablenker als ein Ablenkungselement, welcher beispielsweise einen Polygonspiegel (drehbarer Polygonspiegel) aufweist, und wird bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit in der Richtung eines Pfeils A durch Antriebsmittel (nicht dargestellt), wie ein Motor, gedreht.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine fθ-Linse (optisches Abbildungssystem) als ein drittes optisches Element, das eine Linse mit fθ-Charakteristik aufweist und eher zu der Lichtablenker – 5 – Seite als zu dem Zwischenabschnitt zwischen dem Lichtablenker 5 und einer photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 als einer abzutastenden Oberfläche angeordnet ist. In der vorliegenden Ausführungsform weisen beide gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse 6 eine torische Oberfläche auf, welche in der Hauptabtast-Ebene asphärisch ist, und kontinuierlich die Krümmung in der Nebenabtast-Ebene (ei ne Ebene, welche die optische Achse des dritten optischen Elements enthält und orthogonal zu der Hauptabtast-Ebene ist) von der Achse zur Achsenferne hin in dem effektiven Abschnitt der Linse verändert. Dabei wird in Ausführungsform 1 die Änderung der F-Zahl (F Nr.) in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe des auf die abzutastende Oberfläche 8 einfallenden Lichtstrahlenbündels, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers, minimiert. Die fθ-Linse 6 bewirkt, daß das von dem Lichtablenker 5 abgelenkte und reflektierte Lichtstrahlenbündel auf der Basis von einer Bildinformation auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 abgebildet wird, und korrigiert die Ebenenneigung der ablenkenden Oberfläche des Lichtablenkers 5.
In Ausführungsform 1 kann die fθ-Linse 6 durch Kunststoff-Formguß hergestellt sein oder kann durch Glaspreßformguß hergestellt sein.
In Ausführungsform 1 wird das von dem Halbleiterlaser 1 emittierte divergente Lichtstrahlenbündel in ein konvergentes Lichtstrahlenbündel mittels der Kollimatorlinse 2 umgewandelt und dieses Lichtstrahlenbündel (die Lichtmenge) wird durch die Aperturblende 3 begrenzt und tritt in die zylindrische Linse 4 ein. Das Lichtstrahlenbündel, das in die zylindrische Linse 4 in dem Hauptabtast-Teilabschnitt eingetreten ist, tritt daraus intakt in jenem Zustand heraus. Ebenso konvergiert es in dem Nebenabtast-Teilabschnitt und wird als ein im wesentlichen lineares Bild (ein lineares Bild, das in der Hauptabtastrichtung entlang erstreckt ist) auf der ablenkenden Oberfläche 5a des Lichtablenkers 5 abgebildet. Das von der ablenkenden Oberfläche 5a des Lichtablenkers 5 abgelenkte und reflektierte Lichtstrahlenbündel wird auf die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 durch die fθ-Linse 6, die ver schiedene Brechkräfte in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung aufweist, gerichtet und tastet bzw. scannt die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 in der Richtung des Pfeils B mittels des Lichtablenkers 5, der in der Richtung des Pfeils A rotiert wird, ab. Dabei wird eine Bildaufzeichnung auf der photoempfindlichen Trommel 8 bewirkt, welche ein Aufzeichnungsmedium ist.
In Ausführungsform 1 ist die Linsenform der fθ-Linse in der Hauptabtastrichtung eine asphärische Oberflächenform, welche mittels einer Funktion bis hinauf zu der zehnten Ordnung dargestellt werden kann, und die Linsenform in der Nebenabtastrichtung besteht aus einer sphärischen Oberfläche, die sich in der Richtung der Bildhöhe kontinuierlich verändert. Die Linsenform ist, wenn beispielsweise der Schnittpunkt zwischen der fθ-Linse und der optischen Achse der Ursprung ist und die Richtung der optischen Achse die X-Achse ist und die Achse, die orthogonal zu der optischen Achse in der Hauptabtast-Ebene ist, die Y-Achse ist und die Achse, die orthogonal zu der optischen Achse in der Nebenabtast-Ebene ist, die Z-Achse ist, derart, daß die der Hauptabtastrichtung entsprechende Erzeugungszeilenrichtung durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden kann:
(wobei R der Krümmungsradius ist, K, B₄, B₆, B₈ und B₁₀ asphärische Oberflächenkoeffizienten sind) und die Meridianlinienrichtung, welche der Nebenabtastrichtung entspricht (der Richtung, die orthogonal zu der die optische Achse enthalten den Hauptabtastrichtung ist), kann durch den folgenden Ausdruck dargestellt werden:
Tabelle 1 unten zeigt die optische Anordnung in Ausführungsform 1 und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten der fθ-Linse 6.
Tabelle 1 (Ausführungsform 1)
5 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der Krümmung in der Nebenabtastrichtung bezüglich der Position der fθ-Linse 6 in der Längserstreckungsrichtung zeigt. Wie in 5 dargestellt ist, ist die Krümmung der Meniskusform scharf auf der Achse und wird plan-konvex von der Achse zur Achsenferne hin. 6 ist eine Abbildung, welche die asphärische Oberflächenform der fθ-Linse 6 zeigt. In 6 bezeichnen dicke durchgezogene Linien die Linsenoberflächenformen in der Hauptabtastrichtung und dünne durchgezogene Linien sind die Orte der Hauptebene in der Nebenabtastrichtung und bezeichnen die stirnseitige Hauptebene und die rückseitige Hauptebene.
In Ausführungsform 1 ist der Krümmungsbetrag dx des Orts der Hauptebene zur Unterdrückung der Änderung der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe
dx = 6.50
aus
Ipri = 48.73 Epri = 108.77
θpor = 44.4° θimg = 29.10°.
Ebenso sind der Krümmungsbetrag xm des Orts der Stirnseiten-Hauptebene der fθ-Linse 6 in der Nebenabtastrichtung und der Krümmungsbetrag xu des Orts von deren Rückseiten-Hauptebene
xm = 3.24 xu = 7.48
und diese Werte erfüllen den vorgenannten Bedingungs-Ausdruck (xm ≤ dx ≤ xu). (1)
Dabei kann in Ausführungsform 1 die laterale Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker 5 und der abzutastenden Oberfläche 8 auf der Achse und außerhalb der Achse bei einem Nivau gleichförmig gemacht werden, das frei von jedem praktischen Problem ist, und, wie in 7 dargestellt ist, kann die Änderung des Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe minimiert werden. Dabei wird eine optische Abtastvorrichtung erzielt, welche preiswert ist und zum hochgenauen Drucken geeignet ist.
8A und 8B sind Querschnittsansichten von Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung. In 8A und 8B sind dieselben Elemente wie die in 4A und 4B dargestellten Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
Die Unterschiede von Ausführungsform 2 von der zuvor beschriebenen Ausführungsform 1 bestehen darin, daß das von dem Halbleiterlaser (die Lichtquelleneinheit) emittierte divergente Lichtstrahlenbündel nicht in ein konvergentes Lichtstrahlenbündel umgewandelt wird, sondern in ein paralleles Lichtstrahlenbündel mittels der Kollimatorlinse und das damit korrespondierend die Linsenform der fθ-Linse unterschiedlich ausgebildet wird. In den anderen Punkten sind die Konstruktion und die optische Funktion von Ausführungsform 2 im wesentlichen ähnlich zu jenen von Ausführungsform 1, wobei ein ähnlicher Effekt erzielt wird.
Tabelle 2 unten zeigt die optische Anordnung in Ausführungsform 2 und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten einer fθ-Linse 26.
Tabelle 2 (Ausführungsform 2)
9 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der Krümmung in der Nebenabtastrichtung bezüglich der Position der fθ-Linse 26 in der Längserstreckungsrichtung zeigt. Wie in 9 dargestellt ist, wird die Krümmung der Meniskusform schärfer von der Achse zur Achsenferne hin. 10 ist eine Abbildung, welche die asphärische Oberflächenform der fθ-Linse 26 zeigt. In 10 bezeichnen dicke durchgezogene Linien die Linsenoberflächenform in der Hauptabtastrichtung und dünne durchgezogene Linien sind die Orte der Hauptebene in der Nebenabtastrichtung und bezeichnen die Stirnseiten- Hauptebene und die Rückseiten-Hauptebene.
In Ausführungsform 2 ist der Krümmungsbetrag dx des Orts der Hauptebene zur Unterdrückung der Änderung der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe
dx = 7.60
aus
Ipri = 53.94 Epri = 147.51
θpor = 42.0° θimg = 24.57°.
Ebenso sind der Krümmungsbetrag xm des Orts der Stirnseiten-Hauptebene der fθ-Linse 26 in der Nebenabtastrichtung und der Krümmungsbetrag xu des Orts von deren Rückseiten-Hauptebene
xm = 7.34 xu = 12.31
und diese Werte erfüllen den vorgenannten Bedingungs- Ausdruck (1) (xm ≤ dx ≤ xu).
Dabei kann in Ausführungsform 2, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform 1, die laterale Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker 25 und der abzutastenden Oberfläche 8 auf der Achse und außerhalb der Achse bei einem Niveau gleichförmig gemacht werden, das frei von jedem praktischen Problem ist, und, wie in 11 darge stellt ist, kann die Änderung des Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe minimiert werden. Dabei wird eine optische Abtastvorrichtung erzielt, welche preiswert ist und zum hochgenauen Drucken geeignet ist.
In Ausführungsform 2 wird das von dem Halbleiterlaser 1 emittierte divergente Lichtstrahlenbündel in ein paralleles Lichtstrahlenbündel mittels der Kollimatorlinse 2 umgewandelt, wie vorher beschrieben wurde, und demgemäß ist das Zittern bzw. der Jitter durch den Lichtablenker gleich Null und die Linsenform, und zwar in der Hauptabtastrichtung, der Linsenoberfläche R2, welche überwiegend die Brechkraft in der Nebenabtastrichtung erzeugt, ist der Form des Orts der Hauptebene ähnlich, um die laterale Vergrößerung gleichmäßig zu machen, und demgemäß kann die laterale Vergrößerung gleichförmig gemacht werden, auch wenn die Änderung der Krümmung in der Meridianlinienrichtung aufgrund der Bildhöhe klein ist, wobei eine optische Abtastvorrichtung erzielt werden kann, die zum weiteren hochgenauen Drucken geeignet ist.
12A und 12B sind Querschnittsansichten von Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung. In diesen Figuren sind dieselben Elemente wie die in 4 dargestellten Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
Die Unterschiede von Ausführungsform 3 zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform 1 bestehen darin, daß die Vorrichtung aus einem optischen Vielstrahl-Abtastsystem zum Abtasten einer Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln, die von Lichtquellenmitteln 11 emittiert werden, welche eine Vielzahl von (in Ausführungsform 3 ebenso) Lichtquelleneinheiten aufweisen, die unabhängig zugleich modulierbar sind, um ein vorbestimmtes Intervall dazwischen auf der abzutastenden Oberfläche aufzuweisen, und daß entsprechend dazu die Linsenform der fθ-Linse in der Meridianlinien- bzw. -zeilenrichtung (der Nebenabtastrichtung) unterschiedlich ausgebildet ist. In den anderen Punkten sind die Konstruktion und die optische Funktion von Ausführungsform 3 im wesentlichen ähnlich zu jenen von der zuvor beschriebenen Ausführungsform 1, wobei ein ähnlicher Effekt erzielt wird. Die oben beschriebene Vielzahl von Lichtquelleneinheiten ist bei einem vorbestimmten Intervall bzw. Abstand in der Nebenabtastrichtung angeordnet.
Tabelle 3 unten zeigt die optische Anordnung in Ausführungsform 3 und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten der fθ-Linse 36.
Tabelle 3 (Ausführungsform 3)
In Ausführungsform 3 ist die Linsenform von zumindest einer der Linsenoberflächen der fθ-Linse 36 in der Meridianzeilen- bzw. Meridianlinienrichtung so eingestellt, daß das Vorzeichen der Krümmung von der Achse zur Achsenferne hin umgekehrt sein kann. Demgemäß ist die Meridianlinienrichtung der fθ-Linse 36, was der Nebenabtastrichtung entspricht, durch den folgenden Ausdruck dargestellt:
wobei r' = r + d₂Y² + d₄Y⁴ + d₆Y⁶ + d₈Y⁸ + d₁₀Y¹⁰. Ebenso ist die Erzeugungszeilenrichtung, welche der Hauptabtastrichtung entspricht, durch den Ausdruck (c) dargestellt, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform 1.
13 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der Krümmung in der Nebenabtastrichtung bezüglich der Position der fθ-Linse 36 in Ausführungsform 3 in der Längserstreckungsrichtung zeigt. Wie in 13 dargestellt ist, wird auf der Linsenoberfläche R1 das Vorzeichen der Krümmung in der Nebenabtastrichtung von axial nach achsenfern bzw. außeraxial umgekehrt und die Meniskusform auf der Achse ändert sich in eine bikonvexe Form außerhalb der Achse. 14 ist eine Abbildung, welche die asphärische Oberflächenform der fθ-Linse 36 zeigt. In 14 bezeichnen dicke durchgezogene Linien die Linsenoberflächenform in der Hauptabtastrichtung und dünne durchgezogene Linien sind die Orte der Hauptebene in der Nebenabtastrichtung und bezeichnen die stirnseitige Hauptebene und die rückseitige Hauptebene.
In Ausführungsform 3 ist der Krümmungsbetrag dx des Orts der Hauptebene zur Unterdrückung der Änderung der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe
dx = 6.50
aus
Ppri = 48.73 Epri = 108.77
θpor = 44.4° θimg = 29.10°.
Ebenso sind der Krümmungsbetrag xm des Orts der Stirnseiten-Hauptebene der fθ-Linse 36 in der Nebenabtastrichtung und der Krümmungsbetrag xu des Orts von deren Rückseiten-Hauptebene
xm = 4.93 xu = 9.10
und diese Werte erfüllen den vorgenannten Bedingungs- Ausdruck (1) (xm ≤ dx ≤ xu).
Somit kann in Ausführungsform 3 wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 die laterale Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker 5 und der abzutastenden Oberfläche 8 bei einem Niveau gleichmäßig gemacht werden, das frei von jedem praktischen Problem auf der Achse und außerhalb der Achse ist, und die Änderung des Fleckdurchmessers in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe kann minimiert werden. Dabei kann eine optische Abtastvorrichtung erzielt werden, welche preiswert ist und zum hochgenauen Drucken geeignet ist.
Ferner ist Ausführungsform 3 eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung, welche eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln verwendet, um die abzutastende Oberfläche zugleich abzutasten, und demgemäß liefert die Krümmung der Abtastlinie bzw. -zeile eine Teilungsunregelmäßigkeit bzw. "Pitch"-Unregelmäßigkeit auf dem Bild und dies ist nicht gut.
So wird in Ausführungsform 3 der Krümmungsradius in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich in dem effektiven Abschnitt der Linse durch die Bildhöhe verändert, wobei die Krümmung der Abtastzeile auf der abzutastenden Oberfläche eliminiert werden kann, wie in 15 dargestellt ist, und somit wird hier eine optische Abtastvorrichtung (optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung) von hoher Bildqualität, die frei von einer Teilungsunregelmäßigkeit ist, erzielt.
16A und 16B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung. In diesen Figuren sind dieselben Elemente wie die in 12A und 12B dargestellten Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
In 16A und 16B bezeichnet das Bezugszeichen 46 eine fθ-Linse (ein optisches Abbildungssystem), welche eine Linse mit fθ-Charakteristik als ein drittes optisches Element aufweist, und diese fθ-Linse 46 ist eher zu dem Lichtablenker 5 hin als dem Zwischenabschnitt zwischen dem Lichtablenker 5 und der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 als der abzutastenden Oberfläche angeordnet.
In Ausführungsform 4 haben die gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse 46 beide ihre Krümmungen in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert. Dabei ist in Ausführungsform 4 die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe des auf die abzutastende Oberfläche einfallenden Lichtstrahlenbündels, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers, minimiert. Ebenso ist das Vorzeichen der Krümmung von zumindest einer (die erste Oberfläche) R1 der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse 46 in der Nebenabtastrichtung von der Achse zur Achsenferne hin umgekehrt. Ferner sind die Krümmungen der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse in der Nebenabtastrichtung von der Achse zur Achsenferne verändert, um asymmetrisch bezüglich der optischen Achse zu werden. Die fθ-Linse 46 bewirkt, daß eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln auf der Basis von Bildinformationen, welche von dem Lichtablenker 5 abgelenkt und reflektiert werden, auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 abgebildet wird, und korrigiert die Ebenenneigung der ablenkenden Oberfläche des Lichtablenkers 5.
In Ausführungsform 4 kann die fθ-Linse 46 durch Kunststoff-Formguß hergestellt sein oder kann durch das Glasformguß hergestellt sein.
In Ausführungsform 4 werden zwei unabhängig modulierte divergente Lichtstrahlenbündel, die von einem Halbleiterlaser 11 emittiert werden, in konvergente Lichtstrahlenbündel mittels der Kollimatorlinse 2 umgewandelt und diese Lichtstrahlenbündel (die Lichtmenge) werden durch die Aperturblende 3 begrenzt und treten in die zylindrische Linse 4 ein. Die Lichtstrahlenbündel, die in die zylindrische Linse 4, und zwar in dem Hauptabtast-Teilabschnitt, eingetreten sind, kommen daraus intakt in jenem Zustand heraus. Ebenso konvergieren sie in dem Nebenabtast-Teilabschnitt und werden als im wesentlichen lineare Bilder (lineare Bilder entlang der Hauptabtastrichtung) auf der ablenkenden Oberfläche 5a des Lichtablenkers 5 abgebildet. Die zwei Lichtstrahlenbündel, die von der ablenkenden Oberfläche 5a des Lichtablenkers 5 abgelenkt und reflektiert werden, bilden zwei Flecke bzw. Punkte auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 durch die fθ-Linse 46, die verschiedene Brechkräfte in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung aufweist, und tasten die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 in der Richtung des Pfeils B mittels des Lichtablenkers 5, der in der Richtung des Pfeils A rotiert wird, ab. Dabei wird die Bildaufzeichnung bewirkt.
In Ausführungsform 4 ist die Linsenform der fθ-Linse 46, und zwar in der Hauptabtastrichtung, zu einer asphärischen Oberflächenform, die mittels einer Funktion bis hinauf zu der 10ten Ordnung in der Hauptabtastrichtung und in der Nebenabtastrichtung dargestellt werden kann, ausgebildet und besteht aus einer sphärischen Oberfläche, die sich kontinuierlich in der Bildhöhenrichtung verändert. Jene Linsenform ist derart, daß die der Hauptabtastrichtung entsprechende Erzeugungszeilenrichtung durch den vorgenannten Ausdruck (c) bezeichnet ist und die Meridianlinienrichtung, die der Nebenabtastrichtung (die Richtung, die orthogonal zu der die optische Achse der fθ-Linse enthaltenden Hauptabtastrichtung ist) entspricht, kann dargestellt werden durch
Im allgemeinen ist es bei einer optischen Vielstrahl- Abtastvorrichtung, um die Teilungsunregelmäßigkeit visuell unauffällig zu machen, erwünscht, daß die Teilungsunregelmäßigkeit aufgrund der Krümmung der Abtastzeile 1/10 der Strahlbündelteilung in der Nebenabtastrichtung oder weniger ist. Beispielsweise ist in dem Falle einer optischen Abtastvorrichtung, bei der die Auflösung in der Nebenabtastrichtung 600 dpi ist, die Strahlbündelteilung in der Nebenabtastrichtung 42 μm und demgemäß beträgt die zulässige Teilungsunregelmäßigkeit ungefähr 4 μm oder weniger.
So werden in Ausführungsform 4, wenn der Maximalwert und der Minimalwert der F-Zahl des auf die abzutastende Oberfläche einfallenden Lichtstrahlenbündels in der Nebenabtastrichtung jeweils Fmax und Fmin sind, die Krümmungen der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse 46 in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert, um die Bedingung zu erfüllen, daß Fmin/Fmax ≥ 0.9 (2)wobei die Krümmung der Abtastzeile eliminiert werden kann, um dabei eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung zu erzielen, welche wenig unter der Teilungsunregelmäßigkeit leidet und eine hohe Bildqualität aufweist und kompakt ist.
Falls die vorgenannte Bedingung davon abweicht, wird die Teilungsunregelmäßigkeit visuell unauffällig wegen der Krümmung der Abtastzeile werden und dies wird ein Problem in der Praxis darstellen.
Tabelle 4 unten zeigt die optische Anordnung in Ausführungsform 4 und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten der fθ-Linse 46. Tabelle 4 (Ausführungsform 4)
17 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche in Ausführungsform 4 zeigt. In Ausführungsform 4 werden die Krümmungen der fθ-Linse 46 in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich auf den gegenüberliegenden Linsenoberflächen von der Achse zur Achsenferne hin verändert, wie in 18 dargestellt ist, um dabei die Rate der Änderung der F-Zahl aufgrund der Bildhöhe zu unterdrücken, damit sich ergibt Fmin/Fmax = 64.52/66.31 = 0.973,d.h., 0.9 oder größer.
19 ist eine Abbildung, welche die Krümmung der Abtastzeile zeigt, wenn die optische Vielstrahl- Abtastvorrichtung von Ausführungsform 4 bei einer Auflösung von 600 dpi verwendet wird (Abtastzeilenintervall 42.3μm). Indem die Änderung der F-Zahl aufgrund der Bildhöhe unterdrückt wird, wie oben beschrieben wurde, kann die Krümmung der Abtastzeile auf ein Niveau von der Größenordnung von 0.2μm gebracht werden (die Teilungsunregelmäßigkeit ist von der Größenordnung von 0.4 μm), was völlig frei von einem praktischen Problem ist.
Somit ist in Ausführungsform 4, wie oben beschrieben wurde, der Bedingungs-Ausdruck (2) erfüllt und die Krümmungen der fθ-Linse 46 in der Nebenabtastrichtung (die Meridianlinienrichtung) werden noch kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert, um dabei die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers, unterhalb eines vorbestimmten Betrags (innerhalb des zulässigen Werts der Vorrichtung) zu unterdrücken und die Teilungsunregelmäßigkeit aufgrund der Krümmung der Abtastzeile, was ein Problem in der optischen Vielstrahl- Abtastvorrichtung darstellt, zu eliminieren.
Ebenso besteht in Ausführungsform 4 das dritte optische Element (fθ-Linse) 46 aus einer Einzellinse und demgemäß kann hier eine kompakte und preiswerte optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung erzielt werden.
20A und 20B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung. In diesen Figuren sind dieselben Elemente wie die in 12A und 12B dargestellten Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
Die Unterschiede von Ausführungsform 5 zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform 4 bestehen darin, daß, um die Bildfeldkrümmung in der Hauptabtastrichtung klein zu machen, um imstande zu sein, ein weiter hochgenaues Drucken zu bewältigen, die Krümmungen der gegenüberliegenden Linsenoberflächen einer fθ-Linse 56 in der Erzeugungszeilenrichtung eingestellt werden, um asymmetrisch zu der optischen Achse zu sein, und daß die Anzahl der Polygon-Oberflächen des Polygonspiegels 15 von vier auf sechs geändert wird, um dabei einem Hochgeschwindigkeitsdruckvorgang gewachsen zu sein. In den anderen Punkten sind die Konstruktion und die optische Funktion von Ausführungsform 5 im wesentlichen ähnlich zu jenen von Ausführungsform 4, wobei ein ähnlicher Effekt erzielt wird.
Tabelle 5 unten zeigt die optische Anordnung in Ausführungsform 5 und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten der fθ-Linse 56. Tabelle 5 (Ausführungsform 5)
21 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche in Ausführungsform 5 zeigt. In Ausführungsform 5 werden die Krümmungen der fθ-Linse 56 in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich auf den gegenüberliegenden Linsenoberflächen von der Achse zur Achsenferne hin verändert, wie in 22 dargestellt ist, um dabei die Rate der Änderung der F-Zahl aufgrund der Bildhöhe zu unterdrücken, damit sich ergibt Fmin/Fmax = 49.75/53.08 = 0.937,d.h., 0.9 oder größer.
23 ist eine Abbildung, welche die Krümmung der Abtastzeile zeigt, wenn die optische Vielstrahl- Abtastvorrichtung von Ausführungsform 5 bei einer Auflösung von 600 dpi verwendet wird (Abtastzeilenintervall 42.3μm). Indem die Änderung der F-Zahl aufgrund der Bildhöhe unterdrückt wird, wie oben beschrieben wurde, kann die Krümmung der Abtastzeile auf ein Niveau von der Größenordnung von 1.2 μm gebracht werden (die Teilungsunregelmäßigkeit ist von der Größenordnung von 2.4 μm), was ziemlich frei von einem praktischen Problem ist.
Somit ist wiederum in Ausführungsform 5, wie in Ausführungsform 4, der Bedingungs-Ausdruck (2) erfüllt und die Krümmungen der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse 56 in der Nebenabtastrichtung (die Meridianlinienrichtung) werden noch kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert, um dabei die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers, unterhalb eines vorbestimmten Betrags zu unterdrücken, und die Teilungsunregelmäßigkeit aufgrund der Krümmung der Abtastzeile, was ein Problem in der optischen Vielstrahl- Abtastvorrichtung darstellt, zu eliminieren.
Ebenso werden in Ausführungsform 5 die Krümmungen der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der fθ-Linse (das dritte optische Element) 56 in der Erzeugungszeilenrichtung eingestellt, um asymmetrisch bezüglich der optischen Achse zu sein, um dabei die Bildfeldkrümmung in der Hauptabtastrichtung zu unterdrücken und eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung zu erzielen, die zum weiteren hochgenauen Drucken geeignet ist.
24A und 24B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte von Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung. In diesen Figuren sind dieselben Elemente wie die in 12A und 12B dargestellten Elemente durch dieselben Bezugszeichen angegeben.
Die Unterschiede von Ausführungsform 6 zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform 4 bestehen darin, daß eine fθ-Linse (das dritte optische Element) 76 aus zwei Linsen besteht und daß die Teilungsunregelmäßigkeit aufgrund der Krümmung der Abtastzeile bei höherer Genauigkeit reduziert wird, daß das Lichtstrahlenbündel von einem Halbleiterlaser 11, der eine Vielzahl von Lichtemissionsabschnitten aufweist, die unabhängig modulierbar sind, in ein im wesentlichen paralleles Lichtstrahlenbündel mittels der Kollimatorlinse 2 umgewandelt wird, und daß die Anzahl der Polygonoberflächen des Polygonspiegels 15 von vier auf sechs geändert wird, um dabei einen Hochgeschwindigkeitsdruckvorgang zu bewältigen. In den anderen Punkten sind die Konstruktion und die optische Funktion von Ausführungsform 6 im wesentlichen ähnlich zu jenen der zuvor beschriebenen Ausführungsform 4, wobei ein ähnlicher Effekt erzielt wird.
Dies bedeutet, in 24A und 24B, daß das Bezugszeichen 76 eine fθ-Linse als ein drittes optisches Element bezeichnet, welche zwei Linsen aufweist, d.h. eine sphärische Linse (sphärische Glas-Linse) 76a als eine aus einem Glas-Material gebildete erste fθ-Linse, und eine torische Linse (asphärische torische Plastiklinse) 76b als eine zweite fθ-Linse einer asphärischen Oberflächenform, welche aus einem Plastik-Material gebildet ist. Die sphärische Glas-Linse 76a ist eher zu dem Lichtablenker 15 hin angeordnet als zu dem Zwischenabschnitt zwischen dem Lichtablenker 15 und der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 und weist die Funktion zur hauptsächlichen Korrektur der fθ-Charakteristik auf. Die asphärische torische Plastiklinse 76b bewirkt hauptsächlich die Korrektur der Bildfeldkrümmung und die Korrektur der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung.
In Ausführungsform 6 werden die Krümmungen in der Meridianlinienrichtung (die Nebenabtastrichtung) der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der asphärischen torischen Plastiklinse 76b, welche nahezu die gesamte Brechkraft in der Nebenabtastrichtung trägt, kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert, um dabei die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche zu unterdrücken, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers.
Tabelle 6 unten zeigt die optische Anordnung in Ausführungsform 6 und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten der fθ-Linse (sphärische Linse 76a und torische Linse 76b) 76. Tabelle 6 (Ausführungsform 6)
25 ist eine Abbildung, welche eine Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche in Ausführungsform 6 zeigt. In Ausführungsform 6 werden die Krümmungen der torischen Linse 76b in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich auf deren gegenüberliegenden Linsenoberflächen von der Achse zur Achsenferne hin verändert, wie in 26 dargestellt ist, um dabei die Rate der Änderung der F-Zahl aufgrund der Bildhöhe zu unterdrücken, damit sich ergibt Fmin/Fmax = 72.67/73.75 = 0.985,d.h., 0.9 oder größer.
27 ist eine Abbildung, welche die Krümmung der Abtastzeile zeigt, wenn die optische Vielstrahl- Abtastvorrichtung von Ausführungsform 6 bei einer Auflösung von 600 dpi verwendet wird (Abtastzeilenintervall 42.3μm). Indem die Änderung der F-Zahl aufgrund der Bildhöhe unterdrückt wird, kann die Krümmung der Abtastzeile auf ein Niveau von der Größenordnung von 0.1 μm gebracht werden (die Teilungsunregelmäßigkeit ist von der Größenordnung von 0.2 μm), was ziemlich frei von einem praktischen Problem ist.
Somit ist wiederum in Ausführungsform 6, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform 4, der Bedingungs-Ausdruck (2) erfüllt und die Krümmungen der gegenüberliegenden Linsenoberflächen der torischen Linse 76b, welche die fθ-Linse in der Nebenabtastrichtung (die Meridianlinienrichtung) bildet, werden noch kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert, um dabei die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers, unterhalb eines vorbestimmten Betrags zu unterdrücken, und die Teilungsunregelmäßigkeit aufgrund der Krümmung der Abtastzeile, was ein Problem in der optischen Vielstrahl- Abtastvorrichtung darstellt, zu eliminieren. Ebenso kann in Ausführungsform 6 mittels der fθ-Linse (das dritte optische Element) 76, die aus zwei Linsen besteht, die Krümmung der Abtastzeile noch hochgenauer korrigiert werden, und hier wird eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung erzielt, die zum weiteren hochgenauen Drucken geeignet ist.
Das Vorzeichen der Krümmung von zumindest einer der zwei Linsen, die das dritte optische Element in der Nebenabtastrichtung bilden, kann von der Achse zur Achsenferne hin umgekehrt werden und die Krümmungen von zumindest zwei Linsenoberflächen der zwei Linsen in der Nebenabtastrichtung können asymmetrisch bezüglich der optischen Achse von der Achse zur Achsenferne hin verändert sein. Dabei kann eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung erzielt werden, die zum hochgenauen Drucken noch geeigneter ist.
Schließlich wird zum Vergleich mit der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung von der Art angefertigt werden, in welcher eine Vielstrahlabtastung durch die im Stand der Technik vorbekannte optische Einzelstrahl-Abtastvorrichtung, welche in 2A und 2B dargestellt ist, bewirkt wurde.
28A und 28B sind Querschnittsansichten der wesentlichen Abschnitte jeweils in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung, wenn eine Vielstrahlabtastung durch die Verwendung der im Stand der Technik vorbekannten optischen Einzelstrahl-Abtastvorrichtung, die in 2A und 2B dargestellt ist, bewirkt wurde, und zeigen die Änderungen der Winkelvergrößerung in der Nebenabtastrichtung und den Fleck- bzw. Punktdurchmesser (F-Zahl) in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche aufgrund der Bildhöhe. Tabelle 7 unten zeigt die optische Anordnung, welche in 28A und 28B dargestellt ist, und die asphärischen Oberflächenkoeffizienten einer fθ-Linse 86. Tabelle 7
In 28A und 28B werden zwei unabhängig modulierte divergente Lichtstrahlenbündel, die von Lichtquellenmitteln 81 emittiert werden, in konvergente Lichtstrahlenbündel mittels einer Kollimatorlinse 82 umgewandelt, und diese Lichtstrahlenbündel (die Lichtmenge) werden von einer Blende 83 begrenzt und treten in eine zylindrische Linse 84 ein, die eine vorbestimmte Brechkraft aufweist. Die Lichtstrahlenbündel, die in die zylindrische Linse 84, und zwar in der Hauptabtastebene, eingetreten sind, treten in jenem Zustand intakt heraus. Ebenso konvergieren sie in dem Nebenabtast-Teilabschnitt und werden als im wesentlichen lineare Bilder auf der ablenkenden Oberfläche (reflektierende Oberfläche) 85a eines Lichtablenkers 85, der einen rotierbaren Polygonspiegel aufweist, abgebildet. Die zwei von der ablenkenden Oberfläche 85a des Lichtablenkers 85 abgelenkten und reflektierten Lichtstrahlenbündel werden auf eine photoempfindliche Trommeloberfläche als eine durch ein optisches Abbildungssystem (fθ-Linse) 86 mit der fθ-Charakteristik abzutastende Oberfläche 88 gerichtet, und der Lichtablenker 85 wird in der Richtung eines Pfeils A rotiert, wobei die photoempfindliche Trommeloberfläche 88 mit Licht abgetastet bzw. gescannt wird, um dabei die Aufzeichnung von Bildinformationen zu bewirken.
Gewöhnlicherweise ist es in einem optischen Ebenenneigungskorrektursystem, wie vorher beschrieben wurde, erforderlich, die ablenkende Oberfläche des Lichtablenkers und die abzutastende Oberfläche in eine optisch konjugierte Beziehung (Abbildungsbeziehung) miteinander zu bringen, um die Ebenenneigung der ablenkenden Oberfläche optisch zu korrigieren. In dem in 28A und 28B dargestellten Vergleichsbeispiel wird, wobei die Krümmung in der Nebenabtastrichtung (Meridianlinienkrümmung) von jener Linsenoberfläche (erste Oberfläche) R1 der fθ-Linse 86, welche an den Lichtablenker 85 an grenzt, konstant ist, die Krümmung in der Nebenabtastrichtung (Meridianlinienkrümmung) von jener Linsenoberfläche (zweite Oberfläche) R2 der fθ-Linse 86, welche an die abzutastende Oberfläche angrenzt, kontinuierlich von der Achse zur Achsenferne hin verändert, um dabei eine konjugierte Beziehung bei jeder Bildhöhe zu bewirken.
Jedoch ist die fθ-Linse 86 in dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel konstant in der Meridianzeilenkrümmung von einer Oberfläche (Oberfläche R1) davon, wie in 30 dargestellt ist, und demgemäß, wie in 29 dargestellt ist, wird in Abhängigkeit von deren Neben-Linienform bzw. Neben-Zeilenform die F-Zahl bzw. Blendenzahl (F-Nr. bzw. F No.) unregelmäßig aufgrund der Bildhöhe. Dies bedeutet, und zwar auf der Achse (das axiale Strahlenbündel), daß die F-Zahl in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Oberfläche groß ist, wie in (1) in 28B dargestellt ist, und demgemäß ist die Winkelvergrößerung in der Nebenabtastrichtung klein, und außerhalb der Achse (das außeraxiale bzw. achsenferne Strahlenbündel) ist die F-Zahl in der Nebenabtastrichtung klein, wie in (2) in 28B dargestellt ist, und demgemäß ist die Winkelvergrößerung groß (es gibt einen umgekehrten Fall in Abhängigkeit von der Hauptabtastebenenform).
Im allgemeinen besteht zwischen der Winkelvergrößerung γ und der lateralen Vergrößerung β die Beziehung, daß
βγ = –1
aufgestellt ist und demgemäß wird in dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel die laterale Vergrößerung groß auf der Achse und wird die laterale Vergrößerung klein außerhalb der Achse. Demgemäß wird aufgrund der Bildhöhe eine Unregelmäßigkeit in der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung erzeugt und in einem optischen System, wie einer optischen Vielstrahl- Abtastvorrichtung, was eine Vielzahl von Laserstrahlenbündeln außerhalb der optischen Achse zum Abtasten verwendet, macht die Abtastzeile eine Krümmung auf der abzutastenden Oberfläche.
31 ist eine Abbildung, welche die Krümmung der Abtastzeile zeigt, wenn die optische Vielstrahl- Abtastvorrichtung des Vergleichsbeispiels bei einer Auflösung von 600 dpi verwendet wird (Abtastzeilenintervall 42.3μm). In 31 ist die Abtastzeile in einem Randabschnitt um 2.4μm bezüglich des Zentralabschnitts gekrümmt und dies führt zu dem Problem, daß sich eine Teilungsunregelmäßigkeit von 4.8μm ergeben wird und die Bildqualität verschlechtern wird.
Das oben angeführte Problem entsteht nicht in der optischen Abtastvorrichtung der vorliegenden Erfindung und gemäß einer ersten Erfindung kann hier eine zum hochgenauen Drucken geeignete kompakte optische Abtastvorrichtung erzielt werden, bei welcher, wenn, wie vorher beschrieben wurde, ein mittels einer Kollimatorlinse oder dergleichen umgewandeltes Lichtstrahlenbündel von einer Lichtquelle auf eine abzutastende Oberfläche mittels einer fθ-Linse durch ein Lichtablenker abzubilden ist, die Bildfeldkrümmung, die Verzeichnung etc. gut korrigiert werden, indem die Linsenform der fθ-Linse optimiert wird, und die Ungleichmäßigkeit der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker und der abzutastenden Oberfläche eliminiert werden kann, um dabei die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, d.h. die Änderung des Fleckdurchmessers, zu unterdrücken.
Ebenso kann hier gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine optische Vielstrahl-Abtastvorrichtung erzielt werden, bei welcher, wenn, wie vorher beschrieben wurde, eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln von einer Lichtquelle, die mittels einer Kollimatorlinse oder dergleichen umgewandelt werden, auf einer abzutastenden Oberfläche mittels einer fθ-Linse durch einen Lichtablenker abzubilden ist, die Bildfeldkrümmung, die Verzeichnung etc. gut korrigiert sind, indem die Linsenform der fθ-Linse optimiert wird, und die Ungleichförmigkeit der lateralen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen dem Lichtablenker und der abzutastenden Oberfläche eliminiert werden kann, um dabei die Änderung der F-Zahl bzw. Blendenzahl in der Nebenabtastrichtung aufgrund der Bildhöhe, d.h. die Änderung des Fleck- bzw. Punktdurchmessers, zu unterdrücken, und die Teilungsunregelmäßigkeit aufgrund der Krümmung der Abtastzeile zu reduzieren.
Ferner kann hier eine optische Vielstrahl-Vorrichtung erzielt werden, bei welcher die Krümmung der fθ-Linse in der Nebenabtastrichtung bestimmt wird, um den vorgenannten Bedingungs-Ausdruck (2) zu erfüllen, wobei die Teilungsunregelmäßigkeit auf ein visuelles, problemfreies Niveau reduziert werden kann.

Claims

Optische Abtastvorrichtung mit: Lichtquellenmittel (1; 11) zum Emittieren eines divergenten Strahlenbündels; gekennzeichnet durch: ein Ablenkungselement (5; 15) zum Ablenken eines von dem Lichtquellenmittel emittierten Lichtstrahlenbündels; optische Mittel einschließlich eines ersten optischen Elements (2) zur Umwandlung des divergenten Strahlenbündels in ein paralleles Strahlenbündel und eines zweiten optischen Elements (4) zum Erzeugen eines Bilds des Lichtquellenmittels auf der ablenkenden Oberfläche des Ablenkungselements (5; 15) als ein in der Hauptabtastrichtung erstreckter linear geformter Fleck; ein drittes optisches Element (6; 26; 36; 46; 56; 76; 86) um zu bewirken, daß das von dem Ablenkungselement (5; 15) abgelenkte Lichtstrahlenbündel in einer punktähnlichen Form auf einer abzutastenden Oberfläche (8) abgebildet wird, wobei das dritte optische Element eine einzelne Linse aufweist, die gegenüberliegenden Linsenoberflächen (R1, R2) des dritten optischen Elements eine torische Brechkraft aufweisen und einen nicht-kreisförmigen Querschnitt in der Hauptabtast-Ebene aufweisen, und die Krümmung der gegenüberliegenden Linsenoberflächen (R1, R2) in der Nebenabtastebene kontinuierlich von der Achse hin zur Achsferne in dem effektiven Abschnitt der Linse sich verändert, wie um eine im wesentlichen konstante Bildvergrößerung in der Nebenabtastrichtung über dem effektiven Abschnitt der Linse vorzusehen.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: xm ≤ dx ≤ xu, wobei xm die Differenz in der optischen Achsenrichtung zwischen der Position der achsfernsten Stirnseiten-Hauptebene und der Position der axialen Stirnseiten-Hauptebene in einem Ort, auf dem Hauptabtast-Teilabschnitt, der Stirnseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung des dritten optischen Elements darstellt; xu eine Differenz in der optischen Achsenrichtung zwischen einer Position der achsfernsten Rückseiten-Hauptebene und einer Position der axialen Rückseiten-Hauptebene in einem Ort, auf dem Hauptabtast-Teilabschnitt, der Rückseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung des dritten optischen Elements darstellt, und
wobei Ipri den Abstand entlang des axialen Strahlenbündels von der ablenkenden Oberfläche des Ablenkungselements zu der Stirnseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung des dritten optischen Elements darstellt; Epri den Abstand entlang des axialen Strahlenbündels von der Rückseiten-Hauptebene in der Nebenabtastrichtung des dritten optischen Elements zu der abzutastenden Oberfläche darstellt; θpor den Winkel darstellt, der auf dem Hauptabtast-Teilabschnitt von dem achsfernsten Strahlenbündel, das von dem Ablenkungselement abgelenkt wird, bezüglich der optischen Achse gebildet wird; und θimg den Winkel darstellt, der auf dem Hauptabtast-Teilabschnitt von dem achsfernsten Strahlenbündel, das auf die abzutastende Oberfläche einfällt, bezüglich der optischen Achse gebildet wird.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtquelle (11) eine Vielzahl von lichtemittierenden Abschnitten aufweist, die wirksam sind, um eine Vielzahl von Lichtstrahlenbündeln zu emittieren, die unabhängig modulierbar sind.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die folgende Bedingung erfüllt ist: Fmin/Fmax ≥ 0.9, wobei Fmax und Fmin jeweils den Maximalwert und Minimalwert der F-Zahl, in der Nebenabtastrichtung, des auf die abzutastende Oberfläche (8) einfallenden Lichtstrahlenbündels darstellen.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Vorzeichen der Krümmung von zumindest einer der Linsenoberflächen (R1, R2) in der Nebenabtastrichtung sich auf dem Weg von der Achse zur Achsferne hin ändert.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oder zumindest eine Linse des dritten optischen Elements durch Glasformguß hergestellt ist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die oder zumindest eine Linse des dritten optischen Elements durch Kunststoff-Formguß hergestellt ist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquelle (1; 11) einen Halbleiterlaser aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste optische Element eine Kollimatorlinse (2), welche zum Kollimieren des von der Lichtquelle (1) emittierten Lichtstrahlenbündels angeordnet ist, und eine zylindrische Linse (4) aufweist, die zum Erzeugen des in der Hauptabtastrichtung von dem durch die Kollimatorlinse (2) durchgelassenen parallelen Lichtstrahlenbündel erstreckten linearen Bilds angeordnet ist.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, einschließlich einer Aperturblende (3) zwischen der Kollimatorlinse (2) und der zylindrischen Linse (4).
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Ablenkungselement (5; 15) einen Polygonspiegel aufweist.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eintrittslinsenoberfläche des dritten optischen Elements einen auf der Nebenabtastrichtung verlaufenden Querschnitt aufweist, welcher konkav auf der Achse und konvex an jedem Ende des effektiven Abschnitts ist.
Laserstrahldrucker umfassend eine optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die abzutastende Oberfläche (8) eine photoempfindliche Oberfläche ist.