DE69637350T2

DE69637350T2 - Optisches Abtastgerät mit Kunststofflinse

Info

Publication number: DE69637350T2
Application number: DE69637350T
Authority: DE
Inventors: Manabu Kato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: US5966161A; EP1482348A3; KR100295170B1; DE69637175T2; DE69637350D1; EP1482348A2; KR960042115A; EP1482348B1; JP3252708B2; JPH0949976A; EP0745880A3; DE69637175D1; EP0745880B1; EP0745880A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung und insbesondere auf eine optische Abtastvorrichtung, die für eine Laserdruckervorrichtung mit einem elektrofotografischen Prozess oder eine digitale Kopiermaschine geeignet ist, in der ein modulierter und von einer Lichtquelleneinrichtung abgegebener Lichtstrahl von einer Ablenkeinrichtung reflektiert wird, die einen sich drehenden Polygonspiegel umfasst, und der abgelenkte Strahl über ein optisches Bilderzeugungssystem wie eine fθ-Linse mit fθ-Eigenschaften zur Aufzeichnung eine Oberfläche abtastet, wodurch Bildinformationen aufgezeichnet werden.
Beschreibung des Stands der Technik
In einer optischen Abtastvorrichtung wie einem Laserstrahldrucker wird ein entsprechend einem Bildsignal modulierter und von einer Lichtquelleneinrichtung abgegebener Lichtstrahl periodisch von einer Ablenkung abgelenkt, die einen drehbaren Polygonspiegel umfasst, und wird der abgelenkte Strahl durch ein optisches Bilderzeugungssystem mit fθ-Eigenschaften in einem Strahlpunkt auf der Oberfläche eines lichtempfindlichen Aufzeichnungsmediums wie einer lichtempfindlichen Trommel konvergieren gelassen, sodass der Strahlpunkt die Oberfläche unter Aufzeichnung eines Bildes abtastet.
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht der Hauptbestandteile einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung.
In 1 wird ein von einer Lichtquelleneinrichtung 11 abgegebener divergenter Lichtstrahl durch eine Kollimatorlinse 12 zu einem im Großen und Ganzen parallelen Strahl geformt, um dann durch eine Blende 13 bezüglich seiner Lichtmenge eingestellt zu werden, um auf eine zylinderförmige Linse 14 zu fallen, die nur in einer Nebenabtastrichtung eine vorgegebene Brechkraft hat. Der auf die zylinderförmige Linse 14 fallende parallele Strahl geht in einem Hauptabtastabschnitt als paralleler Strahl durch die Linse hindurch, während der auf die Linse fallende parallele Strahl in einem Nebenabtastabschnitt konvergiert, sodass auf einer als Reflektionsebene dienenden Ablenkfläche 15a einer einen drehbaren Polygonspiegel umfassenden Ablenkung 15 ein im Großen und Ganzen lineares Bild erzeugt wird.
Der an der Ablenkfläche 15a der Ablenkung 15 abgelenkte Strahl wird über ein Bilderzeugungssystem 16, das fθ-Eigenschaften hat, auf eine als Abtastoberfläche dienende lichtempfindliche Trommeloberfläche 18 geführt, wobei die Ablenkung 15 in Richtung des Pfeils A gedreht wird, damit der geführte Strahl die lichtempfindliche Trommeloberfläche 18 unter Aufzeichnung von Bildinformationen optisch abtastet.
2 zeigt eine Schnittansicht der Hauptbestandteile in der Nebenabtastrichtung, die senkrecht zu der die optische Achse der fθ-Linse einschließenden Hauptabtast richtung verläuft, und zwar nur zwischen der Ablenkung und der Abtastoberfläche der herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung.
In 2 sind die Ablenkfläche der Ablenkung 15 und die als Abtastoberfläche dienende lichtempfindliche Trommeloberfläche 18 wegen der fθ-Linse 16 im Wesentlichen miteinander optisch konjugiert. Wenn es in der Ablenkung eine so genannte Flächenschiefstellung gibt, wird diese Schiefstellung daher korrigiert, indem der Strahl auf der lichtempfindlichen Trommeloberfläche in der gleichen Abtastzeile zu einem Bild geformt wird.
Bei der Gestaltung einer optischen Abtastvorrichtung wird angesichts der sphärischen Aberration des optischen Systems herkömmlicher Weise, wie zum Beispiel in der JP-A 61-190312 gezeigt ist, eine als paraxiale Bildebene dienende Gaußsche Bildebene 82 im Rücken der Abtastoberfläche (d. h. entgegengesetzt zur Ablenkung) positioniert. Eine solche Anordnung stellt direkt auf der Abtastebene 18 eine so genannte „beste Bildebene" 81 (engl.: best image plane) ein. Mit anderen Worten ist die optische Vorrichtung so gestaltet, dass die Brennweite, die basierend auf der Anordnung des optischen Systems, den Krümmungen seiner Oberflächen, seiner Brechzahlen und seiner Dicke berechnet wird, länger als die tatsächlich gemessene Brennweite ist.
In 2 stellen die durchgezogenen Linien den zur besten Bildebene 81 laufenden Strahl dar und stellt die Strichellinie den zur Gaußschen Bildebene 82 laufenden Strahl dar. In dieser Beschreibung ist die Gaußsche Bildebene die Bildebene, die basierend auf der Position eines Objekts (der Position der Lichtquelleneinrichtung), der Krümmung der Linsenoberflächen, den Brechzahlen der Linsen, den Dicken der Linsen, den Positionen der Linsenoberflächen usw. berechnet wurde.
Kürzlich sind fθ-Linsen durch Kunststoffformung hergestellt worden. Vorrichtungen, die solche Linsen verwenden, müssen daher nicht nur optische Bildfehler berücksichtigen, sondern auch einen Innenverzug, der durch den Kunststoffformungsprozess hervorgerufen wird. Siehe hierzu die optischen Abtaster, die in der EP 0 580 155 , US 5,155,616 und EP 0 461 660 beschrieben werden.
Um die Linse ohne Innenverzug zu formen, ist es denkbar, das Material der Linse sehr langsam abzukühlen. Allerdings hat dieses Verfahren das Problem, dass sich die Durchlaufzeit verlängert und die Produktivität verschlechtert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt die optische Abtastvorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Verfügung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Perspektivansicht von Hauptbestandteilen einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung.
2 zeigt eine Schnittansicht der Hauptbestandteile in einer Nebenabtastrichtung der herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung.
3 zeigt eine Schnittansicht von Hauptbestandteilen in einer Hauptabtastrichtung einer optischen Abtastvorrichtung als einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Schnittansicht der Hauptbestandteile in einer Nebenabtastrichtung der optischen Abtastvorrichtung als erstem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Brechzahlverteilung innerhalb einer fθ-Linse.
6 zeigt eine erläuternde Ansicht einer Gaußschen Bildebene und einer besten Bildebene im ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der Innenverzug der fθ-Linse berücksichtigt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
3 zeigt eine Schnittansicht der Hauptbestandteile einer als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dienenden optischen Abtastvorrichtung. In 3 umfasst eine Lichtquelleneinrichtung 1 zum Beispiel einen Halbleiterlaser, der einen entsprechend Bildinformationen modulierten Lichtstrahl abgibt. Ein von einer Kollimatorlinse 2 gebildetes optisches Element wandelt einen von der Lichtquelleneinrichtung 1 abgegebenen divergenten Lichtstrahl in einen konvergenten Lichtstrahl um. Eine Aperturblende 3 stellt den durch sie hindurchgehenden Lichtstrahl so ein, dass seine Lichtmenge begrenzt wird.
Senkrecht zur Ebene von 3 befindet sich eine zylinderförmige Linse 4, die nur in der Nebenabtastrichtung eine vorgegebene Brechkraft hat, um auf einer Ablenkfläche 5a einer Ablenkeinrichtung 5, die unten beschrieben wird, ein im Wesentlichen lineares Bild zu erzeugen. Bei dieser Anordnung umfasst das erste optische Element die Kollimatorlinse 2 und die zylinderförmige Linse 4.
Die im Folgenden als Ablenkung bezeichnete Ablenkeinrichtung 5 umfasst ein Ablenkelement wie einen drehbaren Polygonspiegel und wird von einer (nicht gezeigten) Antriebseinrichtung wie einem Motor mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils A gedreht.
Ein zweites optisches Element umfasst eine fθ-Linse 6, die ein optisches Bilderzeugungssystem darstellt, das von einer Einzellinse mit fθ-Eigenschaften gebildet wird, und eine Form hat, wie sie unten beschrieben wird. Der von der Ablenkung 5 abgelenkte und entsprechend Bildinformationen modulierte Strahl geht durch die fθ-Linse 6 hindurch, um auf einer Abtastoberfläche, die von einer lichtempfindlichen Trommeloberfläche 8 einer als Aufzeichnungsmedium dienenden lichtempfindlichen Trommel gebildet wird, ein Bild zu erzeugen. An der fθ-Linse 6 wird eine Schiefstellung der Reflektionsebene korrigiert. Außerdem hat die fθ-Linse 6, wie unten beschrieben wird, eine Brechzahlverteilung.
Um im ersten Ausführungsbeispiel die Durchlaufzeit zu verkürzen, wird die fθ-Linse 6 durch Kunststoffformung mit solchen Abmessungen ausgebildet, dass ihre Mittendicke d 11 mm beträgt und ihre Höhe in der Nebenabtastrichtung h 9,6 mm beträgt und dass die durch Berechnung ermittelte Brennweite in der Nebenabtastrichtung (d. h. in Richtung einer zur Erzeugenden senkrechten Linie) kürzer als die tatsächlich gemessene Brennweite ist. Ein mögliches Verfahren zur Berechnung der Brennweite ist unten angegeben und stützt sich auf die Krümmungen der Linsenoberflächen, die Brechzahl des Linsenmaterials und seine Dicke entlang der optischen Achse. Da die berechnete Brennweite kürzer als die gemessene Brennweite ist, liegt die Gaußsche Bildebene in der Nebenabtastrichtung zwischen der Ablenkung 5 und der Trommeloberfläche 8. Die fθ-Linse 6 erfüllt somit die folgende Beziehung: d > hwobei d die Mittendicke der Linse und h die Höhe der Linse im Nebenabtastabschnitt darstellt, der die optische Achse einschließt und senkrecht zur Hauptabtastrichtung verläuft.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird der von der als Halbleiterlaser ausgeführten Lichtquelleneinrichtung 1 abgegebene divergente Strahl durch die Kollimatorlinse 2 in den konvergenten Strahl umgewandelt, der bezüglich seiner Lichtmenge eingestellt wird, um dann auf die zylinderförmige Linse 4 zu fallen. Der auf die zylinderförmige Linse 4 fallende Strahl geht im Hauptabtastabschnitt unverändert durch die Linse 4 hindurch, während er im Nebenabtastabschnitt konvergiert, so dass er auf der Ablenkfläche 5a der Ablenkung 5 ein im Großen und Ganzen lineares Bild, d. h. ein in der Hauptabtastrichtung längs verlaufendes Bild, erzeugt. Der an der Ablenkfläche 5a der Ablenkung 5 abgelenkte Strahl wird durch die fθ-Linse 6, die in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung eine unterschiedliche Brechkraft hat, auf die lichtempfindliche Trommeloberfläche 8 geführt, wobei die Ablenkung 5 in Richtung des Pfeils A gedreht wird, damit der geführte Strahl die Trommeloberfläche 8 optisch in Richtung des Pfeils B abtastet. Auf diese Wese wird ein Bild aufgezeichnet.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist die fθ-Linse 6 so ausgebildet, dass ihre Form in der Hauptabtastrichtung einer asphärischen Oberfläche entspricht, die als eine Funktion bis zum zehnten Grad ausgedrückt wird, und ihre Form in der Nebenabtastrichtung einer sphärischen Fläche entspricht, die sich in der Bildhöhenrichtung sukzessiv ändert. Wird zum Beispiel der Fall betrachtet, dass der Ursprung durch den Schnittpunkt zwischen der fθ-Linse 6 und der optischen Achse definiert wird, wird die X-Achse durch die Richtung der optischen Achse, die Y-Achse im Hauptabtastabschnitt als eine zur optischen Achse senkrechte Achse und die Z-Achse im Nebenabtastabschnitt als eine zur optischen Achse senkrechte Achse definiert. Mit diesen Definitionen kann die Form in der der Hauptabtastrichtung entsprechenden Erzeugendenrichtung durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei R dem Krümmungsradius und K, B₄, B₆. B₈ und B₁₀ den asphärischen Koeffizienten entsprechen. Andererseits wird die Form in Richtung der zur Erzeugenden senkrechten Linie, die der Nebenabtastrichtung als einer zu der die optische Achse einschließenden Hauptabtastrichtung senkrechten Richtung entspricht, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
wobei r' = R(1 + D₂Y² + D₄Y⁴ + D₆Y⁶ + D₈Y⁸ + D₁₀Y¹⁰) gilt.
4 zeigt eine Schnittansicht der Hauptbestandteile in der Nebenabtastrichtung, und zwar nur zwischen dem Polygonspiegel 5 und der lichtempfindlichen Trommeloberfläche 8. In 4 sind die gleichen Bestandteile wie in 3 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Um die Durchgangszeit zu verkürzen, wird die fθ-Linse 6 im ersten Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben so ausgebildet, dass ihre Linsenhöhe h 9,6 mm beträgt und damit kürzer als ihre Mittendicke d ist, die 11 mm beträgt, weswegen in der Nebenabtastrichtung die Brechzahlverteilung der fθ-Linse 6 auftritt. Diese Brechzahlverteilung bewirkt, dass der Strahl in der Linse in die Umfangsrichtung der Linse gezogen wird, die eine hohe Brechzahl hat. Die Linse ist im Hauptabtastabschnitt länger, weswegen sie dort beinahe keinen Verzug aufweist. Des Weiteren hat die fθ-Linse in einem System zur Korrektur der optischen Schiefstellung, in dem die Ablenkung und die Abtastoberfläche in einem konjugierten Zusammenhang stehen, im Nebenabtastabschnitt eine höhere Brechkraft.
Um die fθ-Linse mit geringen Kosten in Masse herstellen zu können, wird die Linse durch Kunststoffformung gebildet, weswegen die Linse so gestaltet wird, dass nicht nur Bildfehler Berücksichtigung finden, sondern auch ein durch die Formung erzeugter Innenverzug innerhalb der Linse Berücksichtigung findet. Insbesondere dann, wenn die Durchlaufzeit verkürzt wird und dafür Sorge getragen wird, dass die Länge in der Höhenrichtung der Kunststofflinse kürzer als die Mittendicke d ist, kommt es im Nebenabtastabschnitt der Linse leicht zu einem Verzug.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht der im Inneren der fθ-Linse auftretenden Brechzahlverteilung. Bei der Formung kühlen die Umfangsbereiche der Linse (d. h. die am dichtesten an der Form liegenden Bereiche) im Allgemeinen schneller ab und erstarren schneller als die inneren Bereiche der Linse. Der Umfang hat somit eine größere Dichte als das Innere der Linse. Dementsprechend hat das Innere der Linse eine kleinere Brechzahl als ihr Umfang. In 5 stellen die durchgezogenen Linien in der Linse Konturlinien der Brechzahlen dar, die zeigen, dass die Brechzahl umso größer ist, je näher der Umfang ist.
Um dieses Problem zu lösen, wird die durch die Brechzahlverteilung hervorgerufene Bildebenenumpositionierung aufgehoben, indem die Krümmung einer Oberfläche R2 der fθ-Linse erhöht wird, die zur lichtempfindlichen Trommeloberfläche 8 weist. Mit anderen Worten wird dadurch, dass die Krümmung der der lichtempfindlichen Trommeloberfläche 8 zugewandten Oberfläche R2 der fθ-Linse erhöht wird, zwischen der Ablenkung 5 und der Trommeloberfläche 8 (d. h. auf der der Ablenkung 5 zugewandten Seite der lichtempfindlichen Trommel anstatt wie in herkömmlichen Systemen auf der Gegenseite) eine Gaußsche Bildebene 82 gebildet, was es möglich macht, die Bildebenenumpositionierung in der Nebenabtastrichtung zu korrigieren, die durch den Innenverzug hervorgerufen wird, der auftritt, wenn die fθ-Linse durch Kunststoffformung ausgebildet wird. Infolgedessen wird auf der lichtempfindlichen Trommeloberfläche 8 die beste Bildebene 81 ausgebildet, wodurch eine hochpräzise optische Abtastung erfolgt. In 4 sind durchgezogene Linien a, die den zur besten Bildebene 81 laufenden Strahl darstellen, und Strichellinien b gezeigt, die den zur Gaußschen Bildebene 82 laufenden Strahl darstellen.
Die folgende TABELLE 1 gibt numerische Beispiele der optischen Anordnung und asphärische Koeffizienten der fθ-Linse für den Fall des ersten Ausführungsbeispiels und in Anbetracht des Innenverzugs der fθ-Linse an.
In der TABELLE 1 wurde die Brennweite für die fθ-Linse basierend auf den Krümmungen ihrer Oberflächen, der Brechzahl ihres Materials und ihrer Dicke entlang der optischen Achse berechnet. Die „Brechzahl ihres Materials" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Nennbrechzahl des die Linse bildenden Materials, ohne die durch die Kunststoffformung hervorgerufene Brechzahlverteilung zu berücksichtigen.

Andererseits wurde mit dem Knotenverschiebungsverfahren ihre tatsächliche Brennweite gemessen. Wie im von Asakura Shoten veröffentlichten „Kogaku Sokutei Handobukku" (bedeutet „optisches Messhandbuch") beschrieben ist, wird zum Messen der Brennweite eines optischen Bestandteils häufig das Knotenverschiebungsverfahren verwendet. TABELLE 1 (Erstes Ausführungsbeispiel)

Verwendete Wellenlänge	λ (nm)	780	Form der fθ-Linse
Verwendete Wellenlänge	λ (nm)	780	1. Oberfläche	2. Oberfläche
Brechzahl fθ-Linse	n	1,519 R	6,7817E+01	1,6154E+02
Auftreffwinkel auf Polygonspiegel	θi	–90 K	–1,6787E+01	–1,0814E+02
Maximaler Abgabewinkel vom Polygonspiegel	θmax	45 B4	–9,8604E+07	–2,2909E-06
fθ-Linse –Polygonspiegel	e	26 B6	1,5479E-11	7,1426E-10
Mittendicke fθ-Linse	d	11 B8	8,7055E-14	–3,2030E-13
Abtastoberfläche – fθ-Linse	Sk	111,5 B10	–4,7942E-18	7,9836E-17
Maximal wirksame Apertur fθ-Linse	Ymax	42 r	–2,8531E+01	–1,1762E+01
Brennweite fθ-Linse im Hauptabtastabschnitt	ft	213,7 D2S	0,0000E+00	2,6973E-04
Konvergenz Kollimatorlinse		D4S	0,0000E+00	–4,0384E-07
Konvergenzpunkt Polygonspiegel	fc	317,3 D6S	0,0000E+00	2,7691E-10
Höhe fθ-Linse	h	9,6 D8S	0,0000E+00	–1,0150E-13
Berechnete Brennweite		D10S	0,0000E+00	1,4974E-17
fθ-Linse im Neben		D26	0,0000E+00	3,0199E-04
abtastabschnitt	fcal.	31,499 D4E	0,0000E+00	–4,6331E-07
Gemessene Brennweite		D6E	0,0000E+00	3,3487E-10
fθ-Linse im Neben		D8E	0,0000E+00	–1,3045E-13
abtastabschnitt	fmea.	32,475 D10E	0,0000E+00	2,0645E-17

6 zeigt eine erläuternde Kurve mit dem Lagezusammen hang zwischen der Gaußschen Bildebene und der besten Bildebene in der Nebenabtastrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Innenverzug der fθ-Linse berücksichtigt wird.
In 6 stellt die durchgezogene Linie die beste Bildebene 81 und die Strichellinie die Gaußsche Bildebene 82 dar.
Wie in 6 gezeigt ist, ist die beste Bildebene 81 im ersten Ausführungsbeispiel, das die vom Innenverzug hervorgerufene Brechzahlverteilung berücksichtigt, über der Abtastoberfläche positioniert, wobei die Gaußsche Bildebene 82 näher an der Ablenkung gelegen ist als die Abtastoberfläche. Darüber hinaus ändert sich das Ausmaß des Innenverzugs der fθ-Linse 6 abhängig von den Formungsbedingungen, weswegen sich die Entfernung ändert, um die die Bildebene umpositioniert wird, sodass es kaum der Erwähnung bedarf, dass die Formung bei der Umsetzung der Erfindung stabilisiert werden muss. Die Umpositionierung der Bildebene ist in der Mitte der Linse am größten, wo die Dicke am größten ist, wird aber näher zum Umfang kleiner.
Wie sich aus dem ersten Ausführungsbeispiel ergibt, kann dadurch, dass wie oben beschrieben die Brechkraft der Oberfläche R2 der fθ-Linse 6 zur Abtastoberfläche hin erhöht wird und die Gaußsche Bildebene 82 näher als die Abtastoberfläche 8 zur Ablenkung 5 hin gelegt wird, die Bildebenenumpositionierung in der Nebenabtastrichtung korrigiert werden, die durch den Innenverzug hervorgerufen wird, der auftritt, wenn die fθ-Linse 6 durch Kunststoffformung ausgebildet wird, wodurch es möglich ist, die beste Bildebene 81 mit der geringsten Wellenfrontaberration über der Abtastoberfläche 8 zu positionieren. Wenn die fθ-Linse einen Innenverzug hat, der durch eine Kunststoffformung hervorgerufen wird, die die Durchlaufzeit durch Verringern der Dicke der fθ-Linse bezogen auf ihre Mittendicke verkürzen soll, ist es mit einem solchen Verfahren andererseits möglich, die durch den Innenverzug der fθ-Linse hervorgerufene Umpositionierung der Bildebene zu korrigieren, wodurch es möglich ist, eine optische Abtastvorrichtung zu erzielen, die sich unter Korrektur der Bildebenenumpositionierung für eine feine Bilddarstellung eignet.
Die folgende TABELLE 2 gibt numerische Beispiele der optischen Anordnung und asphärische Koeffizienten der fθ-Linse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel an.
Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der, dass die Bildebenenumpositionierung mit Hilfe der Oberfläche R1 der fθ-Linse korrigiert wird, d. h. der Oberfläche, die der Ablenkung zugewandt ist. Die übrige Anordnung und die übrigen optischen Funktionen entsprechen denen des ersten Ausführungsbeispiels.

Mit anderen Worten sind im zweiten Ausführungsbeispiel die beiden Oberfläche R1 und R2 der fθ-Linse in der zur Erzeugenden senkrechten Linie so gekrümmt, dass die Krümmungen sphärische Ebenen umfassen, die sich sukzessiv in Richtung der Bildhöhe ändern. Wie sich aus dem zweiten Ausführungsbeispiel ergibt, ist es, wenn die fθ-Linse durch die Kunststoffformung, die die Durchlaufzeit durch Verringern der Höhe der fθ-Linse. bezogen auf ihre Mittendicke verkürzen soll, einen Verzug aufweist, ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel möglich, eine optische Abtastvorrichtung zu erzielen, die sich unter Korrektur der Bildebenenumpositionierung für eine feine Bilddarstellung eignet. TABELLE 2 (Zweites Ausführungsbeispiel)

Verwendete Wellenlänge	λ (nm)	780	Form der fθ-Linse
Verwendete Wellenlänge	λ (nm)	780	1. Oberfläche	2. Oberfläche
Brechzahl fθ-Linse	n	1,519 R	6,7817E+01	1,6154E+02
Auftreffwinkel auf
Polygonspiegel	θi	–90 K	–1,6787E+1	–1,0814E+02
Maximaler Abgabewinkel vom Polygonspiegel	θmax	45 B4	–9,8604E-07	–2,2909E-06
fθ-Linse – Polygonspiegel	e	36 B6	1,5479E-11	7,1426E-10
Mittendicke fθ-Linse	d	11 B8	8,7055E-14	–3,2030E-13
Abtastoberfläche – fθ-Linse	Sk	111,5 B10	–4,7942E-18	7,9836E-17
Maximal wirksame Apertur fθ-Linse	Ymax	42 r	–2,9912E+01	–1,1991E+01
Brennweite fθ-Linse im Hauptabtastabschnitt	ft	213,7 D2S	–5,7225E-05	2,6552E-04
KKonvergenz ollimatorlinse		D4S	3,0357E-08	–4,2763E-07
Konvergenzpunkt Polygonspiegel	fc	317,3 D2S	–3,1337E-12	3,0447E-10
Höhe fθ-Linse	h	9,6 D8S	–5,1665E-15	–1,0150E-13
Berechnete Brennweite		D10S	1,6903E-18	1,7245E-17
fθ-Linse im Neben		D2E	–1,0582E-04	2,8012E-04
abtastabschnitt	fcal.	31,499 D4E	1,8421E-07	–4,4176E-07
Gemessene Brennweite		D6E	–1,9224E-10	3,1586E-10
fθ-Linse im Neben		D8E	9,8305E-14	–1,2177E-13
abtastabschnitt	fmea.	32,475 D10E	–1,9109E-17	2,9127E-17

In beiden Ausführungsbeispielen kommt es in der fθ-Linse zu einem Innenverzug, da die Durchlaufzeit für die Herstellung der Linse kurz ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel beträgt daher die tatsächlich gemessene Brennweite der fθ-Linse 32,475 mm. Die Brennweite der fθ-Linse ist dementsprechend so beschaffen, dass sie in ihrem Abstand zur Abtastoberfläche so weit übereinstimmt, dass die berechnete Brennweite 31,499 mm beträgt, was ungefähr 1 mm kürzer als die tatsächlich gemessene Brennweite ist.
Gesetzt dem Fall, dass in der fθ-Linse kein Innenverzug auftritt, etwa wenn die Durchlaufzeit nicht verkürzt wird, dann entspricht die berechnete Brennweite ungefähr der tatsächlich gemessenen Brennweite.
Wenn die tatsächlich gemessene Brennweite zum Beispiel 32,475 mm beträgt und die berechnete Brennweite im Bereich 32,375 bis 32,575 mm liegt, wird wie unten gezeigt davon ausgegangen, dass kein Innenverzug auftritt: 32,375 mm/32,475 mm = 0,9969 ≈ 0,997
Genauer gesagt wird davon ausgegangen, dass der Innenverzug auftritt, wenn die berechnete Brennweite um mehr als 0,3% kürzer als die tatsächlich gemessene Brennweite ist.
Wenn die berechnete Brennweite kürzer als 99,7% der tatsächlich gemessenen Brennweite ist, wird daher davon ausgegangen, dass das optische Element erfindungsgemäß unter Berücksichtigung des Innenverzugs gestaltet ist.
Darüber hinaus ist im ersten Ausführungsbeispiel die berechnete Brennweite (31,499 mm) der fθ-Linse so beschaffen, dass sie ungefähr 1 mm kürzer als die tatsächlich gemessene Brennweite (32,475 mm) ist.
Diese Brennweitendifferenz von 1 mm führt dazu, dass die Gaußsche Bildebene 32 10 mm näher an der Ablenkung liegt als die beste Bildebene 81.
Wenn die Differenz zwischen der berechneten Brennweite und der tatsächlich gemessenen Brennweite innerhalb von 0,1 mm liegt, wird wie oben beschrieben davon ausgegangen, dass kein Innenverzug auftritt.
Entsprechend diesen Beziehungen zwischen der Brennweite und der Bildebene wird davon ausgegangen, dass kein Innenverzug auftritt, wenn die Lagedifferenz der Gaußschen Bildebene und der besten Bildebene innerhalb von 1,0 mm liegt.
Mit anderen Worten wird davon ausgegangen, dass der Innenverzug auftritt, wenn die Gaußsche Bildebene um nicht weniger als 1 mm näher als die beste Bildebene ist.
Wenn die Gaußsche Bildebene um nicht weniger als 1 mm näher als die beste Bildebene ist, wird daher davon ausgegangen, dass das optische Element erfindungsgemäß unter Berücksichtigung des Innenverzugs gestaltet ist.
In den beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als optisches Element die fθ-Linse verwendet, wobei die fθ-Linse verschiedene Krümmungen in Richtung der Erzeugenden als Hauptabtastrichtung und in Richtung der dazu senkrechten Linie als der Nebenabtastrichtung hat und in Richtung der Erzeugenden länger ist. Allerdings kann die Erfindung auch bei einem optischen Element Anwendung finden, das in Richtung der Erzeugenden und der dazu senkrechten Linie die gleichen Krümmungen hat.
Mit anderen Worten kann die Erfindung bei allen optischen Elementen Anwendung finden, die durch Kunststoffformung hergestellt werden.
Darüber hinaus haben die optischen Abtastvorrichtungen in den beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Schiefstellungskorrekturfunktion. Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung auch bei einer optischen Abtastvorrichtung Anwendung finden kann, die keine Schiefstellungskorrekturfunktion hat.
Die Erfindung kann daher bei allen optischen Abtastvorrichtungen Anwendung finden, die durch Kunststoffformung hergestellte optische Element verwenden.
Es ist ein optisches Element vorgesehen, bei dem die fokale Länge bzw. Brennweite, die basierend auf der Krümmung des Elements, der Brechzahl des Materials und der Dicke entlang der optischen Achse berechnet wird, kürzer entworfen ist, als die tatsächlich gemessene Brennweite, wodurch eine Korrektur der Bildebenenumpositionierung gemacht wird, die von dem Innenverzug aufgrund der Brechzahlverteilung verursacht wird, wenn das Element durch Kunststoffformung ausgebildet wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Oberflächen der durch Kunststoffformung ausgebildeten fθ-Linse bei der erfindungsgemäßen optischen Abtastvorrichtung in der Nebenabtastrichtung passend so geformt, dass die basierend auf den Krümmungen der Oberflächen, der Brechzahl der Materialien und den Dicken entlang der optischen Achse usw. berechnete Gaußsche Bildebene in der Nebenabtastrichtung zwischen der Ablenkung und der Abtastoberfläche liegt, wodurch eine Korrektur der Bildebenen umpositionierung in der Nebenabtastrichtung erfolgt, die durch den Innenverzug hervorgerufen wird, der auftritt, wenn die fθ-Linse 6 durch Kunststoffformung ausgebildet wird, sodass für eine optische Abtastvorrichtung mit feiner optischer Abtastung gesorgt wird, die dazu in der Lage ist, die beste Bildebene mit geringster Wellenfrontaberration über der Abtastoberfläche zu positionieren.

Claims

Optische Abtastvorrichtung mit: einer Lichtquelleneinrichtung (1); einer Ablenkeinrichtung (5) zum Ablenken eines von der Lichtquelleneinrichtung (1) abgegebenen Lichtstrahls in einer Hauptabtastrichtung der optischen Abtastvorrichtung; einem ersten optischen Element (2, 4) zum Empfangen des von der Lichtquelleneinrichtung (1) abgegebenen Lichtstrahls und zum Führen des Lichtstrahls auf eine Ablenkfläche (5a) der Ablenkeinrichtung (5), und einem zweiten optischen Element (6) zum Empfangen des von der Ablenkeinrichtung (5) abgelenkten Lichtstrahls, um auf einer abgetasteten Oberfläche (8) ein Punktbild zu erzeugen, wobei das zweite optische Element (6) aus Kunststoffmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Kunststoffmaterial bestehende zweite optische Element (6) in einer Nebenabtastrichtung der optischen Abtastvorrichtung eine innere Brechzahlverteilung aufweist, die durch Innenverzug verursacht wird, wobei in der Nebenabtastrichtung die Brechzahl in der Mitte des zweiten optischen Elements (6) kleiner als an dessen Umfang ist, und dass eine Gaußsche Bildebene (82) in der Nebenabtastrichtung zwischen der Ablenkeinrichtung (5) und einer besten Bildebene (81) mit geringster Wellenfrontaberration gelegen ist, wobei der Unterschied in der Mitte des zweiten optischen Elements (6) zwischen der Gaußschen Bildebene (82) in der Nebenabtastrichtung und der besten Bildebene (81) größer als der Unterschied am Rand des zweiten optischen Elements (6) zwischen der Gaußschen Bildebene (82) in der Nebenabtastrichtung und der besten Bildebene (81) ist.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite optische Element (6) in der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung unterschiedliche Krümmungen hat.
Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite optische Element (6) aus einer Einzellinse besteht.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite optische Element (6) die folgende Beziehung erfüllt: d > hwobei d die Mittendicke des zweiten optischen Elements (6) und h die Höhe des zweiten optischen Elements (6) in der Nebenabtastrichtung darstellt.
Optische Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste optische Element (2, 4) auf der Ablenkfläche (5a) der Ablenkeinrichtung (5) ein lineares Bild des von der Lichtquelleneinrichtung (1) abgegebenen Lichtstrahls erzeugt, wobei das lineare Bild in der Hauptabtastrichtung verläuft.
Laserdruckvorrichtung mit: der optischen Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, und einer lichtempfindlichen Trommel, deren Oberfläche die abgetastete Oberfläche (8) bildet.