DE69733742T2

DE69733742T2 - Optisches Abtastgerät

Info

Publication number: DE69733742T2
Application number: DE69733742T
Authority: DE
Inventors: Kazu Ohta-ku Fujibayashi; Koji Ohta-ku Hoshi; Manabu Ohta-ku Kato; Yoshihiro Ohta-ku Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: JP3397624B2; US6133935A; EP0853253A2; EP0853253B1; JPH10232347A; DE69733742D1; EP0853253A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches Abtastgerät und genauer gesagt auf ein optisches Abtastgerät, das idealerweise für beispielsweise ein Laserstrahldruckgerät (LBP-Gerät) und ein digitales Kopiergerät geeignet ist, das einen elektrofotografischen Prozess aufweist, bei dem ein Lichtfluss, der optisch moduliert und von einer Lichtquelleneinrichtung ausgegeben wird, durch eine optische Ablenkeinrichtung in ablenkender Weise reflektiert wird, die aus einem Drehpolygonspiegel oder dergleichen besteht, dann auf eine abzutastende Ebene durch ein optisches Bildsystem mit einer fθ-Eigenschaft (eine fθ-Linseneinheit) aufgebracht wird, um die Ebene zum Aufzeichnen einer Bildinformation optisch abzutasten.
Bei einem herkömmlichen optischen Abtastgerät, das für einen Laserstrahldrucker oder dergleichen verwendet wird, wird ein Lichtfluss, der von einer Lichtquelleneinrichtung ausgegeben und optisch moduliert in Übereinstimmung mit einem Bildsignal wird, periodisch durch eine optische Ablenkeinrichtung abgelenkt, die beispielsweise durch einen Drehpolygonspiegel aufgebaut ist, und wird dann an einer Fläche eines fotosensitiven Aufzeichnungsmediums (eine fotosensitive Trommel) zu einer Punktform durch ein optisches Bildsystem mit einer fθ-Eigenschaft so konvergiert, dass die Oberfläche zum Aufzeichnen von Bildern optisch abgetastet wird.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt in der Hauptabtastrichtung von einem wesentlichen Abschnitt eines optischen Abtastgerätes des Standes der Technik. In der Zeichnung wird ein divergenter Lichtfluss, der von einer Lichtquelleneinrichtung 11 abgegeben wird, zu einem annähernd parallelen Strahlbündel durch eine Kollimatorlinse 12 ausgebildet und im Hinblick auf die Lichtmenge durch eine Blende 13 begrenzt, bevor er zu einer zylindrischen Linse 14 geführt wird, die eine vorbestimmte Brechkraft lediglich in der Nebenabtastrichtung hat. Der parallele Lichtfluss, der in die zylindrische Linse 14 geführt worden ist, kommt im Hauptabtastquerschnitt so, wie er ist, heraus, wohingegen er in dem Nebenabtastquerschnitt konvergiert ist, um ein annähernd linienförmiges Bild an einer Ablenkfläche, beispielsweise einer Reflektionsfläche, 15a einer optischen Ablenkeinrichtung 15, die aus einem Drehpolygonspiegel besteht, zu erzeugen.
Der Lichtfluss, der durch die Ablenkfläche 15a der optischen Ablenkeinrichtung 15 in ablenkender Weise reflektiert wird, wird zu einer Ebene einer fotosensitiven Trommel 18 geführt, die als eine Ebene dient, die durch ein optisches Bildsystem (eine fθ-Linseneinheit) 16 mit der fθ-Eigenschaft abzutasten ist. Wenn die optische Ablenkeinrichtung 15 in der Richtung, die durch den Pfeil A gezeigt ist, gedreht wird, wird die Oberfläche der fotosensitiven Trommel 18 optisch abgetastet, um die Bildinformation aufzuzeichnen.
Damit diese Art an optischem Abtastgerät ein außerordentlich genaues Aufzeichnen einer Bildinformation erreicht, ist es erforderlich, dass die Feldkrümmung zufriedenstellend ausgeglichen wird und der Punktdurchmesser über die gesamte abzutastende Ebene gleichmäßig ist und die Distorsionsaberration die fθ-Eigenschaft aufzeigt, wobei der Winkel des einfallenden Lichtes und die Bildhöhe eine proportionale Beziehung haben. Verschiedene optische Abtastgeräte haben derartige optische Eigenschaften oder optische Kompensationssysteme (fθ-Linseneinheiten) für diesen Zweck sind in der Vergangenheit vorgeschlagen worden.
Mit einem zunehmenden Trend hin zu einer kompakteren Gestaltung und zu niedrigeren Kosten von Laserstrahldruckern, digitalen Kopiergeräten und dergleichen, ist es ebenfalls erforderlich, optische Abtastgeräte kompakter und kostengünstiger zu gestalten.
Verschiedene optische Abtastgeräte mit einer fθ-Linseneinheit, die aus einer einzelnen Linse besteht, die die vorstehend erläuterte Anforderung erfüllen, sind vorgeschlagen worden; wobei einige von ihnen beispielsweise in den Druckschriften JP-B-61-48 684, JP-A-63-157 122, JP-A-4-104 213 und JP-A-4-50 908, die der Druckschrift US-A-5 111 219 entspricht, offenbart sind.
Von diesen vorgeschlagenen Geräten wenden die in den Druckschriften JP-B-61-48 684 und JP-A-63-157 122 offenbarten Geräte für die fθ-Linseneinheit eine einzelne Linse an, die eine konkave Fläche hat, die einer optischen Ablenkeinrichtung zugewandt ist, um das parallele Strahlbündel von einer Kollimatorlinse zu der Ebene eines Aufzeichnungsmediums zu fokussieren. Das Gerät, das in der Druckschrift JP-A-4-104 213 offenbart ist, wendet eine einzelne Linse an, die eine konkave Fläche hat, die der optischen Ablenkeinrichtung zugewandt ist, und eine toroidale Fläche hat, die einer Bildfläche zugewandt ist, als die fθ-Linse, zu der ein Lichtfluss geführt wird, der zu einem konvergenten Lichtstrahlbündel durch die Kollimatorlinse konvertiert wird. Das in der Druckschrift JP-A-4-50 908, die der Druckschrift US-A-5 111 219 entspricht, vorgeschlagene Gerät verwendet eine einzelne Linse, die asphärische Flächen einer hohen Ordnung hat, als die fθ-Linse an, zu der ein Lichtfluss geführt wird, der zu einem konvergenten Lichtstrahlbündel durch die Kollimatorlinse konvertiert wird.
Das herkömmliche optische Abtastgerät, das in der Druckschrift JP-B-61-48 684 offenbart ist, wirft jedoch ein Problem dahingehend auf, dass es nicht vollständig die Feldkrümmung in der Nebenabtastrichtung beseitigen kann und dass die Fokussierlänge f von der fθ-Linse zu einer abzutastenden Ebene lang ist, da ein paralleles Strahlbündel ein Bild an der abzutastenden Ebene erzeugt, womit ein Ausführen eines kompakten optischen Abtastgerätes erschwert wird.
Das in der Druckschrift JP-A-63-157 122 offenbarte Gerät ist dahingehend von Nachteil, dass die fθ-Linse dick ist, was das Herstellen derselben durch ein Formen mit sich ergebenden höheren Kosten erschwert.
Das in der Druckschrift JP-A-4-104 213 vorgeschlagene Gerät hat ein Problem dahingehend, dass eine Distorsionsaberration verbleibt und Jitter (Zittern) bei Intervallen, die der Anzahl an Polygonfacetten entsprechen, aufgrund eines Montagefehlers eines Polygonspiegels erzeugt werden, der als die optische Ablenkeinrichtung dient.
Das in der Druckschrift JP-A-4-50 908 offenbarte Gerät hat eine asphärische fθ-Linse einer hohen Ordnung zum zufriedenstellenden Ausgleichen von Aberrationen, jedoch kann der Punktdurchmesser in der Nebenabtastrichtung sich gemäß der Höhe eines Bildes ändern aufgrund einer ungleichmäßigen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung zwischen der optischen Ablenkeinrichtung und der abzutastenden Ebene.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Geräten sind optische Abtastgeräte, die zwei Linsen verwenden, um die fθ-Linseneinheit zu bilden, beispielsweise in den Druckschriften JP-A-56-36 622 und JP-A-61-175 607 vorgeschlagen worden. Die Abschnitte der fθ-Linsen von diesen Geräten sind asphärisch oder geringfügig asphärisch, was es schwierig gestaltet, eine kompaktere Gestaltung, geringere Kosten und eine höhere Genauigkeit zu erzielen.
Weitere relevante optische Abtastgeräte sind aus den Druckschriften EP-A-0 730 182, WO-A-91/14 959 und JP-A-04 110 817 bekannt.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes optisches Abtastgerät zu schaffen, das für ein Hochauflösungsdrucken geeignet ist und das eine Feldkrümmung und/oder Distorsionsaberration ausgleicht und Änderungen bei dem Punktdurchmesser in der Nebenabtastrichtung vermeidet, die auf Änderungen in der Höhe des Bildes zurückführbar sind, indem zwei Linsen kombiniert werden, die geeignete Formen haben, um eine fθ-Linseneinheit zu bilden, die ein konvergentes Lichtstrahlbündel von einer Kollimatorlinse zu einer abzutastenden Ebene durch die fθ-Linseneinheit über eine optische Ablenkeinrichtung führt.
Diese Aufgabe ist durch ein optisches Abtastgerät mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Bei der zweiten torischen Linse des optischen Abtastgerätes ändert sich die Krümmung der Linsenfläche, die der abzutastenden Ebene zugewandt ist, kontinuierlich von der Mitte der Linse in dem Hauptabtastquerschnitt, und das Vorzeichen ist in dem mittleren Teil zwischen ihnen umgekehrt.
Bei dem optischen Abtastgerät werden die erste torische Linse und die zweite torische Linse durch Kunststoffformen hergestellt.
Bei dem optischen Abtastgerät nimmt die Brechkraft der ersten torischen Linse in dem Nebenabtastquerschnitt von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin kontinuierlich zu, wohingegen die Brechkraft der zweiten torischen Linse in dem Nebenabtastquerschnitt von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse kontinuierlich abnimmt.
Bei dem optischen Abtastgerät ändert sich die Krümmung der Linsenfläche von der zweiten torischen Linse in dem Nebenabtastquerschnitt sich seitlich symmetrisch in der Hauptabtastrichtung von der Mitte der Linse.
Bei dem optischen Abtastgerät ist die Symmetrieachse der zweiten torischen Linse in der Hauptabtastrichtung in dem Hauptabtastquerschnitt in Bezug auf die Normale der abzutastenden Ebene geneigt.
Wenn bei dem optischen Abtastgerät die Fokussierlängen der ersten torischen Linse und der zweiten torischen Linse in dem Hauptabtastquerschnitt als f6 bzw. f7 bezeichnet sind, dann ist die folgende Bedingung erfüllt: 0,08 < f6/f7 < 2,0,wobei vorzugsweise gilt: 0,08 < f6/f7 < 0,17.
Bei der ersten torischen Linse des optischen Abtastgerätes ändert sich die Krümmung seiner Linsenfläche, die der Ebene zugewandt ist, die in dem Nebenabtastquerschnitt abgetastet wird, seitlich asymmetrisch von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin.
Bei dem optischen Abtastgerät erfüllt die dritte optische Vorrichtung die nachstehend dargelegte Bedingung, wenn die Winkelvergrößerung an dem mittleren Teil von einem effektiven Bild an der abzutastenden Ebene in dem Nebenabtastquerschnitt zwischen der Ablenkvorrichtung und der abzutastenden Ebene mit r_SC bezeichnet ist: 0,25 < rSC < 0,67.
Bei dem optischen Abtastgerät nimmt die Brechkraft der ersten torischen Linse im Nebenabtastquerschnitt von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin kontinuierlich zu, wohingegen die Brechkraft der zweiten torischen Linse in dem Nebenabtastquerschnitt von der Mitte der Linse der zu dem Umfang der Linse hin kontinuierlich abnimmt; und die dritte optische Vorrichtung erfüllt die nachstehend aufgezeigte Bedingung, wenn die Winkelvergrößerung an dem mittleren Abschnitt eines effektiven Bildes an der abzutastenden Ebene im Nebenabtastquerschnitt zwischen der Ablenkvorrichtung und der abzutastenden Ebene als r_SC bezeichnet ist und die Winkelvergrößerung an einem beliebigen Punkt in dem gesamten Bildbereich als r_So bezeichnet ist: 0,85 < rSo/rSC < 1,15.
1 zeigt eine schematische Abbildung von einem wesentlichen Abschnitt eines optischen Systems von einem herkömmlichen optischen Abtastgerät.
2 zeigt eine Schnittansicht von einem wesentlichen Abschnitt in der Hauptabtastrichtung von einem ersten Ausführungsbeispiel eines optischen Abtastgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Brechkräfte in der Nebenabtastrichtung von der ersten und der zweiten torischen Linse des ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Darstellung der Änderungen der Feldkrümmung, der Distorsionsaberration und der Winkelverstärkung bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Schnittansicht von einem wesentlichen Abschnitt in der Hauptabtastrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels von dem optischen Abtastgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Brechkräfte in der Nebenabtastrichtung von der ersten und der zweiten torischen Linse von dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Darstellung der Änderung der Feldkrümmung, der Distorsionsaberration und der Winkelverstärkung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Schnittansicht von einem wesentlichen Abschnitt in der Hauptabtastrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels von dem optischen Abtastgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine schematische Darstellung der Brechkräfte in der Nebenabtastrichtung einer ersten und einer zweiten torischen Linse von dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Darstellung der Änderungen bei der Feldkrümmung, der Distorsionsaberration und der Winkelverstärkung bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Schnittansicht in der Hauptabtastrichtung (in dem Hauptabtastquerschnitt), wobei ein wesentlicher Teil von einem ersten Ausführungsbeispiel eines optischen Abtastgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die Hauptabtastrichtung bezieht sich hierbei auf die Richtung, in der eine Ablenkreflektionsfläche von einer optischen Ablenkeinrichtung mit einem Lichtfluss ablenkend abgetastet wird. Mit der Haupttastebene ist die Lichtflussebene gemeint, die mit dem Ablauf der Zeit durch den Lichtfluss erzeugt wird, der zum ablenkenden Abtasten an der Ablenkreflektionsfläche der optischen Ablenkeinrichtung verwendet wird.
In 2 sind eine Lichtquelleneinrichtung 1, die beispielsweise aus einem Halbleiterlaser besteht, eine Kollimatorlinse 2, die als eine erste optische Vorrichtung dient, die einen Lichtfluss, d.h. ein Lichtstrahlbündel, das von der Lichtquelleneinrichtung 1 ausgegeben wird, in ein konvergentes Lichtstrahlbündel an der Hauptabtastebene konvertiert, und eine Aperturblende 3, die den Durchmesser des durch diese hindurchtretenden Lichtflusses gleichförmig gestaltet, gezeigt.
Außerdem ist eine zylindrische Linse 4 gezeigt, die als eine zweite optische Vorrichtung dient, die eine vorbestimmte Brechkraft lediglich in der Nebenabtastrichtung hat, d.h. in der Richtung, die senkrecht zu der Zeichenebene von 2 steht. Ein annähernd linienförmiges Bild wird an der Ablenkreflektionsebene 5a einer optischen Ablenkeinrichtung 5 (die nachstehend erläutert ist) in dem Nebenabtastquerschnitt, der eine optische Achse hat und der senkrecht zu dem Hauptabtastquerschnitt steht, durch den Lichtfluss erzeugt, der durch die Aperturblende 3 getreten ist. Folglich erzeugt der in die optische Ablenkeinrichtung 5 eintretende Lichtfluss ein längliches linienförmiges Bild in der Hauptabtastrichtung.
Die optische Ablenkeinrichtung 5 besteht aus beispielsweise einem Drehpolygonspiegel mit sechs Facetten, wobei dieser bei einer konstanten Geschwindigkeit in der Richtung, die durch einen Pfeil A in der Zeichnung gezeigt ist, durch einen Motor oder eine andere Antriebseinrichtung (wobei dies nicht gezeigt ist) gedreht wird.
Eine fθ-Linseneinheit 9 ist ein optisches Bilderzeugungssystem, das als die dritte optische Vorrichtung dient und die fθ-Eigenschaft hat. Die dritte optische Vorrichtung 9 hat eine erste torische Linse 6 und eine zweite torische Linse 7. Die dritte optische Vorrichtung 9 erzeugt ein Bild an einer fotosensitiven Trommel 8, die ein Aufzeichnungsmedium ist und eine abzutastende Ebene vorsieht, durch einen Lichtfluss, der durch die optische Ablenkeinrichtung 5 ablenkend reflektiert wird, gemäß einer Bildinformation; wobei sie außerdem die Neigung der Ablenkfläche der optischen Ablenkeinrichtung 5 ausgleicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der von einem Halbleiterlaser 1 ausgegebene Lichtfluss zu einem konvergenten Lichtstrahlbündel durch die Kollimatorlinse 2 in dem Hauptabtastquerschnitt konvergiert und im Hinblick auf seine Lichtmenge durch die Aperturblende 3 begrenzt, bevor er in eine zylindrische Linse 4 geführt wird. Der einfallende Lichtfluss wird so, wie er ist, in dem Hauptabtastquerschnitt ausgegeben, wohingegen er in dem Nebenabtastquerschnitt konvergiert wird, um ein annähernd linienförmiges Bild (ein längliches linienförmiges Bild in der Hauptabtastrichtung) an der Ablenkebene 5a der optischen Ablenkeinrichtung 5 zu erzeugen. Der Lichtfluss, der durch die Ablenkebene 5a der optischen Ablenkeinrichtung 5 ablenkend reflektiert wird, erreicht die Ebene der fotosensitiven Trommel 8 durch die fθ-Linseneinheit 9. Wenn die optische Ablenkeinrichtung 5 sich in der durch den Pfeil A gezeigten Richtung dreht, wird die Ebene der fotosensitiven Trommel 8 in der Richtung, die durch den Pfeil B gezeigt ist, optisch abgetastet, um Bilder aufzuzeichnen.
Die Eigenschaften der ersten torischen Linse 6 und der zweiten torischen Linse 7, die die dritte optische Vorrichtung d.h. die fθ-Linseneinheit 9 von diesem Ausführungsbeispiel bilden, werden nachstehend erläutert.
Die dritte optische Vorrichtung 9 wird durch erste torische Linse 6 und die zweite torische Linse 7 gebildet, die beide eine positive Brechkraft haben. Die Brechkraft von diesen beiden Linsen sind jeweils sauber eingestellt, um gute Feldkrümmungseigenschaften zu erzielen.
Wenn der Abstand zwischen der optischen Ablenkeinrichtung 5 und der abzutastenden Ebene 8 abnimmt, verteilt sich der Lichtfluss in der Hauptabtastrichtung breiter; wobei folglich die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7, bei der der Lichtfluss breiter anwächst, so eingestellt ist, dass sie schwächer als die Brechkraft der ersten torischen Linse 6 ist.
Die Brechkräfte sind so eingestellt, dass dann, wenn die Fokussierlängen der ersten torischen Linse 6 und der zweiten torischen Linse 7 in dem Hauptabtastquerschnitt als f6 bzw. f7 bezeichnet sind, die nachstehend dargelegte Bedingung erfüllt ist: 0,08 < f6/f7 < 2,0 (1)
Wenn die Bedingung der Formel (1) erfüllt wird, führt dies zu einem erfolgreichen Ausgleichen der Feldkrümmung und/oder der Distorsionsaberration. Dadurch wird ebenfalls ermöglicht, dass die mittlere Dicke der ersten torischen Linse 6 und der zweiten torischen Linse 7 annähernd gleich sind, so dass die Zykluszeit zum Herstellen der beiden Linsen durch ein Kunststoffformen oder Glasformen verkürzt wird, und die Verformung der ebenen Formen der ersten und der zweiten torischen Linse wird verringert, wenn sie zum Zwecke des Herstellens der beiden Linsen durch ein Formen gekühlt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind des Weiteren vorzugsweise die Bereiche der Werte bei der Bedingung der Formel (1) so eingestellt, wie dies nachstehend gezeigt ist, um eine noch bessere optische Leistung zu erzielen: 0,08 < f6/f7 < 1,7 (1a) 0,08 < f6/f7 < 0,17 (1b)
Wenn die fθ-Linseneinheit 9 aus einer einzigen torischen Linse bestehen würde, dann wäre es schwierig, einen guten Punktdurchmesser über die gesamte abzutastende Ebene zu erhalten, und es wäre außerdem schwierig, in zufriedenstellender Weise die Änderung der Feldkrümmung durch lediglich zwei Linsenflächen der einzigen torischen Linse zu steuern.
Aus diesem Grund besteht die fθ-Linseneinheit 9 von diesem Ausführungsbeispiel aus den beiden torischen Linsen mit vorbestimmten Formen, um in zufriedenstellender Weise die Feldkrümmung auszugleichen.
Die erste torische Linse 6 von diesem Ausführungsbeispiel ist an ihren beiden Flächen in dem Hauptabtastquerschnitt asphärisch, um hauptsächlich gute fθ-Eigenschaften und gute Bildkrümmungseigenschaften beizubehalten, und sie hat einen Meniskus in einer derartigen Weise, dass die konkave Fläche der Ablenkeinrichtung in der Nähe der Abtastmitte zugewandt ist, und eine positive Brechkraft vorgesehen wird.
Des Weiteren ist die erste torische Linse 6 derart aufgebaut, dass die Krümmungen der beiden Linsenflächen (die Brechkraft) in dem Nebenabtastquerschnitt kontinuierlich zunimmt. Der Querschnitt, der senkrecht zu der Erzeugungslinie in dem Nebenabtastquerschnitt ist, hat eine Meniskusform mit einer positiven Brechkraft, wobei ihre konkave Fläche der Ablenkeinrichtung zugewandt ist. Eine Linsenfläche 6b, die der abzutastenden Ebene in dem Nebenabtastquerschnitt zugewandt ist, ist so ausgebaut, dass die Krümmung (die Brechkraft) von ihr sich seitlich asymmetrisch von der Mitte der Linse zu dem Rand oder Umfang der Linse hin außerordentlich ändert.
Dies löst das Problem der ungleichmäßigen seitlichen Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung, womit die Variation im Hinblick auf den Punktdurchmesser in der Nebenabtastrichtung begrenzt wird.
Die zweite torische Linse 7 ist an beiden Flächen 7a und 7b von ihr in dem Nebenabtastquerschnitt, d.h. bei der Zeichenebene von 2 asphärisch (Zeichenebene), um hauptsächlich gute fθ-Eigenschaften und gute Bildkrümmungseigenschaften beizubehalten, und sie hat eine derartige Meniskusform, dass ihre konvexe Fläche der Ablenkeinrichtung 5 in der Nähe der Abtastmitte, d.h. der Mitte der Linse zugewandt ist, und dass eine positive Brechkraft vorgesehen wird.
Des Weiteren ist die zweite torische Linse 7 derart aufgebaut, dass die Krümmung der Linsenfläche 7b sich von der Mitte der Linse, d.h. von der Mitte des Hauptabtastbereiches zu dem Rand oder dem Umfang der Linse hin kontinuierlich ändert, und das positive Vorzeichen oder das negative Vorzeichen wird bei der Mitte zwischen ihnen umgekehrt.
Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau der zweiten torischen Linse 7 werden die Feldkrümmung und die Distorsionsaberration über den gesamten Abtastbereich zufriedenstellend ausgeglichen.
Des Weiteren ist die zweite torische Linse 7 derart aufgebaut, dass die Krümmungen der beiden Linsenflächen 7a und 7b in dem Nebenabtastquerschnitt (in dem Querschnitt, der die optische Achse aufweist und der senkrecht zu dem Hauptabtastquerschnitt ist) seitlich symmetrisch von der Mitte der Linse weg in der Hauptabtastrichtung kontinuierlich abnehmen.
Der Querschnitt der zweiten torischen Linse 7, der senkrecht zu der Erzeugungslinie bei dem Nebenabtastquerschnitt ist, hat eine Meniskusform mit einer positiven Brechkraft, wobei die konkave Fläche der Meniskusform der Ablenkeinrichtung 5 zugewandt ist. Dadurch wird die seitliche Vergrößerung in der Nebenabtastrichtung verringert, um den Absolutwert des Punktdurchmessers auf einen minimalen Wert zu steuern, um so gute Bildeigenschaften in der Nebenabtastrichtung beizubehalten.
Die fθ-Linseneinheit 9 ist so gestaltet, dass sie nachstehend aufgezeigte Bedingung dann erfüllt, wenn die Winkelvergrößerung an der Mitte von dem effektiven Bild an der abzutastenden Ebene 8 in dem Nebenabtastquerschnitt zwischen der optischen Ablenkeinrichtung 5 und der abzutastenden Ebene 8 als r_SC bezeichnet ist: 0,25 < rSC < 0,67 (2)
Die Bedingung der Formel (2) wurde aufgestellt, um günstige Bildeigenschaften in dem Nebenabtastquerschnitt zu erhalten, während die Linsenlänge der fθ-Linsenseinheit 9 in der Hauptabtastrichtung minimal gestaltet wird. Wenn der untere Grenzwert der Bedingung der Formel (2) überschritten werden würde, dann würden die effektiven Lichtflüsse der ersten torischen Linse 6 und der zweiten torischen Linse 7 sich ausbreiten, und die Linse würde dicker anwachsen, was ein kompaktes Gestalten von ihr schwierig gestaltet. Wenn der obere Grenzwert der Bedingung der Formel (2) überschritten werden würde, dann würde die Abbildungsleistung unstabil werden, da die fθ-Linseneinheit 9 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, das gegenüber Umweltänderungen, wobei Änderungen der Temperatur umfasst sind, anfällig ist.
Des Weiteren ist das Ausführungsbeispiel derart gestaltet, dass die Brechkraft der ersten torischen Linse 6 in den Nebenabtastquerschnitt von der Mitte zu dem Rand der Linse kontinuierlich zunimmt, während die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 von der Mitte bis zu dem Rand der Linse kontinuierlich abnimmt; und die fθ-Linseneinheit 9 erfüllt die nachstehend dargelegte Bedingung, wenn die Winkelverstärkung an der Mitte von dem effektiven Bild an der abzutastenden Ebene 8 in den Nebenabtastquerschnitt zwischen der optischen Ablenkeinrichtung 5 und der abzutastenden Ebene 8 als r_SC bezeichnet ist und die Winkelvergrößerung an einem beliebigen Punkt in dem Gesamtbildbereich als r_SC bezeichnet ist: 0,85 < rSo/rSC < 1,15 (3)
Die Bedingung der Formel (3) wird vorgesehen, um den Punktdurchmesser in dem Nebenabtastquerschnitt an der abzutastenden Ebene 8 von der Mitte zu dem Rand der abzutastenden Ebene 8 gleichförmig zu gestalten. Wenn der obere Grenzwert der Bedingung der Formel (3) überschritten werden würde, dann würde der Punktdurchmesser an dem Rand eines Bildes, d.h. an dem Umfangsbereich oder Randbereich der abzutastenden Ebene 8 in der Hauptabtastquerschnitt unerwünscht klein in Bezug auf den mittleren Teil werden; wenn der untere Grenzwert der Bedingung der Formel (3) überschritten werden würde, dann würde der Punktdurchmesser an dem Rand von einem Bild in der Hauptabtastrichtung unerwünscht groß in Bezug auf den mittleren Teil werden, was zu einem Verlust der Gleichförmigkeit des Punktdurchmessers in dem Nebenabtastquerschnitt führen würde.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die torischen Linsen mit asphärischen Formen vorgesehen, die durch eine Funktion repräsentiert werden können, die bis zu einem Term des zehnten Grades in der Hauptabtastrichtung hat; wobei sie sphärische Flächen haben, die sich in der Richtung der Höhe der Bilder in der Nebenabtastrichtung kontinuierlich ändern. Die Linsen sind derart geformt, dass die Richtung der erzeugenden Linie, die der Hauptabtastrichtung entspricht, durch die nachstehend gezeigte Formel ausgedrückt wird, wenn beispielsweise der Schnittpunkt der torischen Linsen und der optischen Achse als der Ursprung definiert ist, die Richtung der optischen Achse als die Achse X genommen wird, die senkrecht zu der optischen Achse in der Hauptabtastfläche stehende Achse als die Achse Y genommen wird und die senkrecht zu der optischen Achse bei der Nebenabtastfläche stehende Achse als die Achse Z genommen wird:
wobei R den Krümmungsradius bezeichnet und K, B₄, B₆, B₈ und B₁₀ asphärische Koeffizienten bezeichnen.
Der Krümmungsradius des Nebenabtastquerschnitts ändert sich kontinuierlich mit der Änderung der Linsenflächenkoordinaten in der Hauptabtastrichtung. Der Krümmungsradius r' in einem Fall, bei dem die Koordinate an der Hauptabtastfläche Y ist, wird durch den nachstehend dargelegten Ausdruck ausgedrückt: r' = r(1 + D2Y2 + D4Y4 + D6Y6 + D8Y8 + D10Y10) wobei r den Krümmungsradius an der optischen Achse bezeichnet und D₂, D₄, D₆, D₈, D₁₀ Koeffizienten sind.
Wenn in diesem Fall der Wert von Y positiv ist, dann wird der Krümmungsradius r' unter Verwendung der Koeffizienten berechnet, die mit dem Index „U" bezeichnet sind, wie bei D_2U, D_4U, D_6U, D_8U und D_10U; wenn der Wert von Y negativ ist, dann wird der Krümmungsradius r' unter Verwendung der Koeffizienten berechnet, die mit dem Index „L" bezeichnet sind, wie bei D_2L, D_4L, D_6L, D_8L und D_10L.
Die nachstehend aufgeführte Tabelle 1 zeigt die Koeffizienten, die die Oberflächenformen und andere Eigenschaften der bei den ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Linsen repräsentieren. 3 zeigt die Brechkräfte der ersten und der zweiten torischen Linse in der Nebenabtastrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel. 4 zeigt die Feldkrümmung in Bezug auf die Distorsionsaberration bei dem ersten Ausführungsbeispiel und zeigt außerdem die Änderungen der Winkelvergrößerung mit der die referenzvorsehenden Mitte; wobei aus der Darstellung ersichtlich ist, dass die Aberrationen bis auf die Höhe angemessen ausgeglichen worden sind, bei der es bei der praktischen Anwendung im Wesentlichen kein Problem gibt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die symmetrische Achse der zweiten torischen Linse 7 in der Hauptabtastrichtung um 10 Minuten im Uhrzeigersinn um die Spitze der Linsenfläche, die der optischen Ablenkeinrichtung 5 in dem Hauptabtastquerschnitt zugewandt ist, in Bezug auf die Normale zu der abzutastenden Ebene 8 geneigt.
Die Oberflächenformen der zweiten torischen Linse 7 sind symmetrisch in Bezug auf die optische Achse der torischen Linse selbst in dem Hauptabtastquerschnitt in beiden Richtungen der erzeugenden Linie und der erzeugten Linie.
5 zeigt eine Schnittansicht von einem wesentlichen Teil in der Hauptabtastrichtung (in dem Hauptabtastquerschnitt) von einem zweiten Ausführungsbeispiel des optischen Abtastgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Darstellung sind die gleichen Elemente wie bei 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Im Vergleich zu dem in 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist das zweite Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite torische Linse 26 und 27 eine dritte optische Vorrichtung 29 bilden und Linsenformen haben, die für den Polygonspiegel mit sechs Facetten ideal geeignet sind, wie dies in der nachstehenden dargelegten Tabelle 2 gezeigt ist. Der restliche Aufbau und der optische Betrieb bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist annähernd identisch wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel; wobei folglich das zweite Ausführungsbeispiel auch ähnliche Vorteile vorsieht.
Die nachstehend dargelegte Tabelle 2 zeigt die Koeffizienten, die die Formen und anderen Eigenschaften der bei den zweiten Ausführungsbeispiel verwendeten Linsen repräsentieren. 6 zeigt die Brechkräfte der ersten und der zweiten torischen Linse in der Nebenabtastrichtung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel. 7 zeigt die Feldkrümmung in Bezug auf die Distorsionsaberration bei dem zweiten Ausführungsbeispiel und außerdem die Änderung der Winkelvergrößerung mit der Mitte, die die Referenz vorsieht; wobei aus der Darstellung ersichtlich ist, dass die Aberrationen bis zu der Höhe, bei der sie im Wesentlichen bei der praktischen Anwendung kein Problem darstellen, angemessen ausgeglichen worden sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die symmetrische Achse der zweiten torischen Linse 27 in der Hauptabtastrichtung um 10 Minuten im Uhrzeigersinn um die Spitze der Linsenfläche, die der optischen Ablenkeinrichtung 5 in dem Hauptabtastquerschnitt zugewandt ist, in Bezug auf die normale Linie der abzutastenden Ebene 8 geneigt.
8 zeigt eine Schnittdarstellung von einem wesentlichen Teil in der Hauptabtastrichtung (in dem Hauptabtastquerschnitt) von einem dritten Ausführungsbeispiel des optischen Abtastgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung sind die gleichen Elemente wie in 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Im Vergleich zu dem in 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist das dritte Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite torische Linse 36 und 37 eine dritte optische Vorrichtung 39 bilden und Linsenformen haben, die für den Polygonspiegel mit sechs Facetten ideal geeignet sind, wie dies in der nachstehend dargelegten Tabelle 3 gezeigt ist. Der restliche Aufbau und der optische Betrieb von dem dritten Ausführungsbeispiel ist annähernd identisch wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel; wobei folglich das dritte Ausführungsbeispiel auch ähnliche Vorteile vorsieht.
Die nachstehend dargelegte Tabelle 3 zeigt die Koeffizienten, die die Oberflächenformen und anderen Eigenschaften der bei den dritten Ausführungsbeispiel verwendeten Linsen repräsentieren. 9 zeigt die Brechkräfte der ersten und der zweiten torischen Linse in der Nebenabtastrichtung bei dem dritten Ausführungsbeispiel. 10 zeigt die Feldkrümmung in Bezug auf die Distorsionsaberration bei dem dritten Ausführungsbeispiel und außerdem die Änderungen bei der Winkelvergrößerung mit der Mitte, die die Referenz vorsieht; wobei aus der Darstellung ersichtlich ist, dass die Aberrationen bis zu einer derartigen Höhe angemessen ausgeglichen sind, bei der bei der praktischen Anwendung im Wesentlichen kein Problem auftritt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die symmetrische Achse der zweiten torischen Linse 37 in der Hauptabtastrichtung um 10 Minuten im Uhrzeigersinn um die Spitze der Linsenfläche, die der optischen Ablenkeinrichtung 5 in dem Hauptabtastquerschnitt zugewandt ist, in Bezug auf die normale zu der abzutastenden Ebene 8 geneigt.
Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein kompaktes optisches Abtastgerät auszuführen, das für ein Drucken mit hoher Auflösung geeignet ist und das die Feldkrümmung und/oder die Distorsionsaberration ausgleicht und Änderungen bei dem Punktdurchmesser in der Nebenabtastrichtung verhindert, die den Änderungen bei der Höhe der Bilder zuschreibbar sind, indem zwei Linsen mit geeigneten Formen kombiniert werden, um eine fθ-Linseneinheit zu bilden, um ein konvergentes Lichtstrahlbündel von einer Kollimatorlinse zu einer abzutastenden Ebene durch die fθ-Linseneinheit über eine optische Ablenkeinrichtung zu führen.
Darüber hinaus ermöglicht der Aufbau der fθ-Linseneinheit unter Verwendung der beiden Linsen, dass die mittlere Dicke in der Richtung der optischen Achse von jeder der Linsen abnimmt. Dies ermöglicht ein Verkürzen der Zykluszeit beim Kunststoffformen der beiden Linsen, was zu geringeren Kosten des optischen Abtastgeräts führt.

Claims

Optisches Abtastgerät mit: einer Lichtquelleneinrichtung (1); einer ersten optischen Vorrichtung (2) für ein Umwandeln eines Lichtflusses, der von der Lichtquelleneinrichtung ausgegeben worden ist, in ein konvergentes Lichtstrahlbündel; einer Ablenkvorrichtung (5) für ein Ablenken des Lichtflusses, der von der Lichtquelleneinrichtung ausgegeben worden ist; einer zweiten optischen Vorrichtung (4) für ein Ausbilden des Lichtflusses, der von der ersten optischen Vorrichtung (2) ausgegeben worden ist, zu einem linienförmigen länglichen Bild in einer Hauptabtastrichtung an einer Ablenkfläche der Ablenkvorrichtung (5); und einer dritten optischen Vorrichtung (9; 29; 39) für ein Ausbilden des Lichtflusses, der durch die Ablenkvorrichtung (5) abgelenkt worden ist, zu einem punktförmigen Bild an einer Ebene (8), die abzutasten ist; wobei die dritte optische Vorrichtung (9; 29; 39) eine erste torische Linse (6; 26; 36) und eine zweite torische Linse (7; 27; 37) hat, die in dieser Reihenfolge von der Ablenkvorrichtung (5) angeordnet sind; wobei beide Linsenoberflächen der ersten torischen Linse (6; 26; 36) im Hauptabtastquerschnitt zu aspherischen Formen geformt sind, und sie eine Meniskusform hat, die eine konkave Oberfläche vorsieht, die zu der Ablenkvorrichtung (5) in der Nähe der Mitte der Linse zugewandt ist, und die eine positive Brechkraft vorsieht; wobei beide Linsenoberflächen der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) im Hauptabtastquerschnitt zu aspherischen Formen ausgebildet sind, und sie eine Meniskusform hat, die eine konvexe Oberfläche vorsieht, die zu der Ablenkvorrichtung (5) in der Nähe der Mitte der Linse gewandt ist, und sie eine positive Brechkraft hat; und die Linsenquerschnitte der ersten torischen Linse (6; 26; 36) und der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) in einem Nebenabtastquerschnitt jeweils Meniskusformen haben, die konkave Oberflächen vorsehen, die der Ablenkvorrichtung (5) zugewandt sind, und eine positive Brechkraft vorsehen.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Krümmung der Linsenoberfläche der zweiten torischen Linse (7; 27; 37), wobei diese Linsenoberfläche der abzutastenden Ebene zugewandt ist, sich kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse in dem Hauptabtastquerschnitt ändert und das Vorzeichen in dem dazwischen befindlichen mittleren Teil umgekehrt ist.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die erste torische Linse (6; 26; 36) und die zweite torische Linse (7; 27; 37) durch Kunststoffformgebung hergestellt sind.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Brechkraft von der ersten torischen Linse (6; 26; 36) im Nebenabtastquerschnitt kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin zunimmt, wohingegen die Brechkraft der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) im Nebenabtastquerschnitt kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin abnimmt.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Krümmung der Linsenoberfläche von der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) im Nebenabtastquerschnitt sich seitlich symmetrisch in der Hauptabtastrichtung von der Mitte der Linse ändert.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Symmetrieachse der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) in der Hauptabtastrichtung im Hauptabtastquerschnitt in Bezug auf die Normale der abzutastenden Ebene geneigt ist.
Optisches Abtastgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenn die Fokussierlängen der ersten torischen Linse (6; 26; 36) und der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) im Hauptabtastquerschnitt als f6 bzw. f7 bezeichnet sind, die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,08 < f6/f7 < 2,0vorzugsweise0,08 < f6/f7 < 0,17.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei bei der ersten torischen Linse (6; 26; 36) die Krümmung ihrer Linsenoberfläche, die zu der abzutastenden Oberfläche gewandt ist, im Nebenabtastquerschnitt sich seitlich symmetrisch von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin ändert.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die dritte optische Vorrichtung (9; 29; 39) eine nachstehend dargelegte Bedingung dann erfüllt, wenn die Winkelverstärkung an dem mittleren Teil eines effektiven Bildes an der abzutastenden Ebene im Nebenabtastquerschnitt zwischen der Ablenkvorrichtung (5) und der abzutastenden Ebene (8) als r_SC bezeichnet ist: 0,25 < rSC < 0,67.
Optisches Abtastgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Brechkraft der ersten torischen Linse (6; 26; 36) im Nebenabtastquerschnitt kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin zunimmt, wohingegen die Brechkraft der zweiten torischen Linse (7; 27; 37) im Nebenabtastquerschnitt kontinuierlich von der Mitte der Linse zu dem Umfang der Linse hin abnimmt; und die dritte optische Vorrichtung (9; 29; 39) eine nachstehend dargelegte Bedingung dann erfüllt, wenn die Winkelverstärkung an dem mittleren Teil eines effektiven Bildes an der abzutastenden Ebene in dem Nebenabtastquerschnitt zwischen der Ablenkvorrichtung und der abzutastenden Ebene als r_SC bezeichnet ist und die Winkelverstärkung an einem beliebigen Punkt in einem Gesamtbildbereich als r_So bezeichnet ist: 0,85 < rSo/rSC < 1,15.
Laserstrahldruckergerät mit: einem optischen Abtastgerät gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die abzutastende Ebene (8) eine Ebene eines Aufzeichnungsmediums ist.