DE69932793T2

DE69932793T2 - Optisches System zum Lichtabtasten und dessen Verwendung in einer Bilderzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69932793T2
Application number: DE69932793T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon K. K. Yoshihiro Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2007-08-16
Also published as: EP1011003B1; EP1011003A2; KR20000048172A; DE69932793T8; US6317244B1; DE69932793D1; KR100477495B1; EP1011003A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lichtabtastoptik, außerdem eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einer derartigen Lichtabtastoptik. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lichtabtastoptik, die dazu ausgebildet ist, einen hochauflösenden Druck zu realisieren, und die in wirksamer Weise jeglichen Druck-Schlupf in der Hauptabtastrichtung zu vermeiden, daß ein Lichtstrom auf den Photodetektor (BD-Sensor) fällt, mit dem Schreib-Startpositions-Synchronsignale erzeugt werden. Eine solche Optik kann dazu geeignet sein, als Laserdrucker oder digitales Kopiergerät verwendet zu werden.
Einschlägiger Stand der Technik
1 der begleitenden Zeichnungen ist eine schematische Darstellung einer bekannten Lichtabtastoptik, die deren Hauptbereich veranschaulicht. Gemäß 1 wird ein von einem Halbleiterlaser 51 abgegebener Lichtstrom, der eine optische Modulation abhängig von der Bildinformation beinhaltet, in seinem Querschnitt mit Hilfe einer Aperturblende 52 verkleinert und in einen im wesentlichen kollimierten oder konvergierten Lichtstrom umgewandelt mit Hilfe einer Kollimatorlinse 53, bevor er auf eine Zylinderlinse 54 trifft. Der in die Zylinderlinse 54 eintretende Lichtstrom tritt dann ohne Modifikation in Hauptabtastrichtung aus dieser Linse aus, ist aber in der Nebenabtastrichtung fokussiert, um ein im wesentlichen lineares Bild (welches entlang der Hauptabtastrichtung läuft) auf der Ablenkfläche (der reflektierenden Oberfläche) 55a eines Lichtablenkers 55 zu erzeugen. Die Elemente, welche die Aperturblende 52, die Kollimatorlinse 53 und die Zylinderlinse 54 beinhalten, gehören zu der ersten Optik 62. Der von der Ablenkfläche 55a des Lichtablenkers 55 reflektierte und abgelenkte Lichtstrom wird dann von einer Abbildungsoptik (einer fθ-Linse) 56, die als eine zweite Optik wirkt, auf die Oberfläche 57 einer photoempfindlichen Trommel fokussiert, um einen Belichtungsfleck zu erzeugen, der dann optisch die Oberfläche 57 der Trommel in Pfeilrichtung B (Hauptabtastrichtung) mit gleichförmiger Geschwindigkeit überstreicht (abtastet), während der Lichtablenker 55 in Pfeilrichtung A drehend angetrieben wird. Im Ergebnis wird auf der Oberfläche 57 der photoempfindlichen Trommel, die ein Aufzeichnungsmedium bildet, ein Bild aufgezeichnet.
Bei einer solchen Lichtabtastoptik ist im allgemeinen ein Photodetektor vorgesehen, welcher ein Schreib-Start-Synchronsignal unmittelbar vor dem Schreiben des Bildsignals erfaßt, damit die Schreib-Startposition beim Schreiben des Bildsignals exakt gesteuert wird.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen 58 einen Umlenkspiegel (im folgenden als „BD-Spiegel" bezeichnet), der so angeordnet ist, daß er den Lichtstrom zum Detektieren des Schreib-Startpositions-Synchronsignals auf den BD-Sensor 61 reflektiert, um die zeitliche Lage (Timing) zu regulieren, in der der Abtast-Startpunkt auf der Oberfläche 57 der photoempfindlichen Trommel getroffen wird, und Bezugszeichen 59 bezeichnet einen Schlitz an einer Stelle, die der Oberfläche 57 der photoempfindlichen Trommel 57 entspricht. Der Schlitz 59 hat eine Breite von etwa 0,5 mm und läßt einen Lichtstrom mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm durch. Bezugszeichen 60 bezeichnet eine BD-Linse, die als Abbildungseinrichtung fungiert und so angeordnet ist, daß sie eine konjugierte Lagebeziehung zwischen dem BD-Spiegel 58 und dem BD-Sensor 61 einnimmt. Sie spielt außerdem eine Rolle bei der Korrektur der Neigung des BD-Spiegels 58. Bezugszeichen 61 bezeichnet einen Photodetektor (als „BD-Sensor" im folgenden bezeichnet), der als Schreib-Startpositions-Synchronsignaldetektor arbeitet.
Die zeitliche Lage des Auftreffens des Abtast-Startpunkts auf der Oberfläche 57 der photoempfindlichen Trommel wird also mit Hilfe des Ausgangssignals des BD-Sensors 61 in 1 reguliert.
Wenn man eine Lichtabtastoptik in dem Gerätekörper eines Bilderzeugungsgeräts unterbringt, so kann man das Schreib-Startsynchronsignal (im folgenden als „BD-Signal" bezeichnet) auf der Seite erfassen, die der ersten Optik 62 bezüglich der optischen Achse der zweiten Optik (der fθ-Linse) gegenüberliegt, wie dies in 2 gezeigt ist, abhängig von den Lagebeschränkungen, die sich durch den Aufbau des Gerätegehäuses und durch die Ausgestaltung der elektrischen Ausrüstung ergeben. In diesem Fall muß der Polygonspiegel 55 in der gegenüber 1 entgegengesetzten Richtung gedreht werden, und außerdem muß der abtastende Belichtungsfleck auf der abzutastenden Ebene 57 in der entgegengesetzten Richtung bewegt werden. Man beachte, daß in 2 die gleichen Komponenten wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In den Lichtabtastoptiksystemen gemäß den 1 und 2 wird, um eine gute optische Leistung zu erzielen, der Randbereich zwischen der Kante des an die einander abgewandten Enden (die Punkte U und L in den 1 und 2) des Bilds gelangenden Lichtstroms und den entgegengesetzten Enden in Längsrichtung (Hauptabtastrichtung) der Ablenkfläche 55a des Polygonspiegels 55 nicht berücksichtigt.
3A und 3B sind vergrößerte Ansichten der Ablenkfläche 55a des Polygonspiegels 55, die den Grenzbereich veranschaulichen. Der Abstand zwischen dem Endbereich des Lichtstroms und dem zugehörigen längsseitigen Ende der Ablenkfläche 55a des Polygonspiegels 55 ist als Grenze oder Rand ΔU bezeichnet. In ähnlicher Weise zeigt 3B den Lichtstrom, der von dem Polygonspiegel 55 reflektiert wird, um zu dem Punkt L zu gelangen. Der Abstand zwischen dem grenzseitigen Ende des Lichtstroms und dem zugehörigen längsseitigen Ende der Ablenkfläche 55a des Polygonspiegels 55 ist als Rand ΔL bezeichnet.
In üblichen Lichtabtastoptiksystemen wird normalerweise folgende Beziehung betrachtet: ΔU > ΔL
Wenn daher die Abtastoptik in der in 2 dargestellten Weise angeordnet werden muß, so muß das BD-Signal auf der Seite erfaßt werden, wo der Randbereich der Ablenkfläche 55a des Polygonspiegels 55 schmal ist. Dies bedeutet, daß der Abtastwinkel beschränkt wird oder daß der Durchmesser des Lichtstroms beschränkt wird, um den Abtast-Belichtungsfleck zu minimieren, was einen beträchtlichen Nachteil für die Leistungsfähigkeit des Systems bedeutet.
Allerdings muß nicht der gesamte von der ersten Optik 62 kommende Lichtstrom von dem Polygonspiegel 55 reflektiert werden, solange der auf den BD-Sensor 61 gelangende Lichtstrom einen Durchmesser hat, der klein genug ist, um den Schlitz 60 zu passieren und einen gewissen Toleranzbereich für die Empfindlichkeit des BD-Sensors 61 zuläßt.
Daher ist es gemäß 4 in bekannten abtastenden optischen Systemen üblicherweise so, daß der Polygonspiegel 55 absichtlich die Vignettierung des auf den (nicht gezeigten) BD-Sensor gelangenden Lichtstroms hervorruft, damit ein Abtast-Belichtungsfleck mit breitem Durchmesser ohne Vignettierung in der wirksamen Bildfläche möglich ist, während ein breiter Abtastwinkel zugelassen wird.
Allerdings sind derartige bekannte optische Lichtabtastsysteme häufig mit dem Problem des Druck-Schlupfes in Hauptabtastrichtung behaftet, bedingt durch den Umstand, daß die an den BD-Sensor ankommende Lichtmenge schwankt in Abhängigkeit davon, daß die Ablenkflächen des Polygonspiegels unregelmäßig sind aufgrund einer möglichen Exzentrizität der Drehachse des Polygonspiegels, einer ungleichmäßigen Genauigkeit bei der spanabhebenden Bearbeitung der Längskanten der Ablenkflächen des Polygonspiegels, und der Differenz des Reflexionsvermögens der durch Aufdampfen auf die Ablenkflächen gebildeten Filme, insbesondere in Bereichen nahe den Rändern, und anderen Faktoren.
Dieses Problem wird im folgenden anhand der 5 und 6 näher diskutiert. 5 ist ein Impulsdiagramm eines BD-Signals (BD) und eines Lasertreibersignals (LD). Da der Polygonspiegel sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, wird in regelmäßigen zeitlichen Intervallen ein BD-Signal geliefert, und es wird ein Lasertreibersignal für eine Abtastzeile zu einem Zeitpunkt t₁ nach dem Anlegen des BD-Signals für die Abtastzeile übertragen. Auf diese Weise erhalten sämtliche Abtastzeilen einen identischen Startpunkt. Das BD-Signal wird zur Zeit t₀ ausgegeben, nachdem das Ausgangssignal des BD-Sensors einen vorbestimmten Schwellenpegel S erreicht hat, wie in 6 gezeigt ist. Damit wird das Lasertreibersignal zu einer vorbestimmten Zeitspanne t₁ nach diesem Zeitpunkt für eine spezifische Abtastzeile geliefert. Wenn die auf den BD-Sensor gelangende Lichtmenge abhängig von den Ablenkflächen des Polygonspiegels aus den oben erläuterten Gründen schwankt, so kann der Zeitpunkt t₀ als Funktion der Schwankungen der auf den BD-Sensor gelangenden Lichtmenge schwanken, so daß es zu einer Zeitverzögerung Δt kommt, wie in 6 gezeigt ist. Dann zeigt auch die Übertragung des Lasertreibersignals für die Abtastzeilen eine zeitliche Nacheilung Δt, was zu dem Phänomen eines Druck-Schlupfs in Hauptabtastrichtung führt.
Ein ähnliches Problem ergibt sich dann, wenn eine solche bekannte Lichtabtastoptik als mehrstrahlige Abtastoptik ausgeführt wird, indem von einer Mehrzahl von Lichtquellen (Lichtemissionsteilen) Gebrauch gemacht wird.
Wenn zum Beispiel als Lichtquelle ein bekannter monolithischer Zweistrahl-Laser (zum Beispiel ein Mehrstrahl-Halbleiterlaser) verwendet wird, so sind die beiden Belichtungsflecken um einen Abstand von bis zu 0,1 mm voneinander getrennt. Wenn die Belichtungsflecken der Lichtquellen rechtwinklig zu der Nebenabtastrichtung verlaufend angeordnet sind, so sind auch die entsprechenden fokussierten Belichtungsflecken in Nebenabtastrichtung in der abzutastenden Ebene um mehr als 0,1 mm getrennt. Beträgt die Auflösung der Optik 600 dpi, so müssen die Lichtflecken in der Nebenabtastrichtung um 42,3 μm voneinander getrennt sein, wobei das optische System dann möglicherweise als sogenanntes verschachteltes Abtastsystem ausgebildet sein muß, welches einen Speicher benötigt, um Daten verschiedener Zeilen zu speichern, die übersprungen werden müssen, was zu einer Erhöhung der Gesamtkosten führt. Die Verwendung eines kostspieligen Speichers läßt sich dadurch vermeiden, daß man die beiden Lichtemissionspunkte A und B der Lichtquelle 71 nicht rechtwinklig, sondern unter einem Winkel θ gegenüber der Nebenabtastrichtung S anordnet, was zu einem Abstand zwischen den zwei Belichtungsflecken in der abzutastenden Ebene 57 in einer Richtung führt, die zu der Auflösung des optischen Systems paßt, wie dies in 7 gezeigt ist. In 7 bezeichnen die Bezugszeichen 53 und 54 eine Kollimatorlinse bzw. eine Zylinderlinse, während das Bezugszeichen 66 und der Buchstabe M eine fθ-Linse bzw. die Hauptabtastrichtung bezeichnen.
Wenn die Lichtquelle 71 in der oben beschriebenen Weise angeordnet ist, folgen die beiden von den zwei Lichtemissionsstellen A und B emittierten Lichtströme (der Laser A besitzt einen Lichtemissionspunkt A, der Laser B einen Lichtemissionspunkt B) den jeweiligen optischen Wegen, die in 8 dargestellt sind. Wenn der Polygonspiegel 55 dazu gebracht wird, absichtlich die Lichtströme zu vignettieren, die auf den BD-Sensor gelangen, wie es der Fall bei den bekannten optischen Lichtabtastsystemen ist, so unterscheiden sich das Verhältnis der Vignettierung des Lasers A und dasjenige der Vignettierung des Lasers B des Polygonspiegels 55 unvermeidlich, was zur Folge hat, daß die Ausgangsgröße des BD-Sensors für den Laser A anders ist als diejenige des BD-Sensors für den Laser B. Dadurch ergibt sich, wie oben ausgeführt wurde, das Problem des Druck-Schlupfs in Hauptabtastrichtung. Wenn die Differenz der Ausgangsgrößen der beiden BD-Sensoren konstant ist, so läßt sich dieses Problem dadurch lösen, daß man für den Laser A und für den Laser B verschiedene Werte für t₁ verwendet, um dadurch die Abweichung Δt zu berücksichtigen. In der Realität allerdings ist die Differenz der Ausgangsgrößen der beiden BD-Sensoren keineswegs konstant, und es ist äußerst schwierig, das Problem des Druck-Schlupfs in Hauptabtastrichtung vollständig zu beseitigen, weil die Lichtströme in Längsrichtung bezüglich der Ablenkfläche des Polygonspiegels um einen geringen Abstand versetzt sind, bedingt durch einen Ausrichtungsfehler der Lichtquelle und durch weitere mögliche Fehler. Man beachte, daß in 8 die Bezugszeichen 52 und 53 für die Aperturblende bzw. die Kollimatorlinse stehen, während mit 54 und 55a die Zylinderlinse bzw. die Ablenkfläche bezeichnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die oben angesprochenen Probleme im Stand der Technik ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Lichtabtastsystem zu schaffen, welches von den obigen Problemen frei und dazu ausgebildet ist, einen hochauflösenden Druck dadurch zu realisieren, daß man jeglichen Druck-Schlupf in Hauptabtastrichtung wirksam vermeidet. Außerdem soll eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem solchen optischen Lichtabtastsystem geschaffen werden.
Erreicht werden diese Ziele durch ein optisches Lichtabtastsystem gemäß Anspruch 1 und durch eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 7. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
In der nachfolgenden Beschreibung zeigen die Ausführungsformen 1 bis 3 Einzelstrahl-Scanner (Abtastvorrichtungen), die nicht unter den Schutzumfang der Patentansprüche fallen. Allerdings dienen diese Ausführungsformen zur Erläuterung der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines bekannten optischen Lichtabtastsystems und zeigt dessen Hauptteil.
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bekannten Lichtabtastoptik und zeigt deren Hauptteil.
3A und 3B sind vergrößerte schematische Darstellungen der Ablenkflächen des Polygonspiegels und dessen Umgebung in einer bekannten Lichtabtastoptik nach 1 oder 2.
4 ist eine schematische Darstellung einer bekannten Lichtabtastoptik, ausgebildet zur absichtlichen Vignettierung es an dem BD-Sensor ankommenden Lichtstroms, wobei ein Hauptteil der Optik dargestellt ist.
5 ist ein Impulsdiagramm eines BD-Signals und eines Lasertreibersignals.
6 ist eine graphische Darstellung der Wellenform eines BD-Signals.
7 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer bekannten Lichtabtastoptik unter Verwendung eines Mehrstrahl-Halbleiterlasers, wobei ein Hauptteil der Optik dargestellt ist.
8 ist eine schematische Darstellung eines Paares von Lichtströmen, die von dem Mehrstrahl-Halbleiterlaser der in 7 gezeigten Lichtabtastoptik emittiert werden.
9 ist eine schematische Querschnittansicht eines Hauptteils der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik.
10 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des BD-Spiegels, des Spiegelhalteelements und dessen Umgebung in der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik.
11 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des BD-Spiegels und dessen Umgebung der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik.
12 ist eine schematische Querschnittansicht der vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik mit einem Mehrstrahl-Halbleiterlaser als Lichtquelle, wobei ein Hauptteil der Optik dargestellt ist.
13 ist eine schematische Querschnittansicht eines elektrophotographischen Druckers mit der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.
[Ausführungsform 1]
9 ist eine schematische Querschnittansicht eines Hauptteils der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik, die sich bei einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung wie beispielsweise einem Laserdrucker oder einem digitalen Kopiergerät anwenden läßt.
In 9 sind eine Lichtquelle 1, beispielsweise in Form eines Halbleiterlasers, eine Aperturblende 2 zum Trimmen des Durchmessers des hindurchgehenden Lichtstroms, eine Kollimatorlinse 3 zum Erzeugen eines im wesentlichen kollimierten oder konvergierten Lichtstroms aus dem von dem Halbleiterlaser 1 abgegebenen Lichtstrom und eine Zylinderlinse mit einer gewissen Brechkraft in Nebenabtastrichtung dargestellt. Man beachte, daß die Aperturblende 2, die Kollimatorlinse 3 und die Zylinderlinse 4 Komponenten der ersten Optik 12 der Ausführungsform sind.
In 9 bezeichnet Bezugszeichen 5 einen Lichtablenker, bei dem des sich typischerweise um einen Polygonspiegel (einen drehenden Polygonspiegel) handelt, der drehend mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung A in 9 von einer Antriebseinrichtung, beispielsweise einem (nicht gezeigten) Polygonmotor, angetrieben wird.
Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Abbildungsoptik (eine fθ-Linse) mit einem Kennwert fθ als zweite Optik. Diese enthält eine sphärische Linse 6a mit negativer Brechkraft und eine torische Linse 6b mit positiver Brechkraft, ausgebildet zum Erzeugen eines Bilds des von dem Lichtablenker 5 abgelenkten und reflektierten Lichtstroms. Dieser repräsentiert Bildinformation auf der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel, bei der es sich um die abzutastende Fläche handelt.
Bezugszeichen 7 bezeichnet die Oberfläche einer photoempfindlichen Trommel (eines Aufzeichnungsträgers) als abzutastende Fläche.
Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Lichtstrom-Begrenzungselement, wobei es sich typisch um einen Ablenkspiegel (im folgenden als BD-Spiegel bezeichnet) handelt, der die Aufgabe hat, einen Teil des Lichtstroms auszuschließen, um das Schreib-Startpositions-Synchronsignal zu erfassen, welches dazu verwendet wird, das Timing, das heißt die zeitliche Lage der Abtast-Startstelle auf der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel zu regulieren und den Lichtstrom zu der Seite der Schreib-Startpositions-Synchronsignal-Detektoreinrichtung (diese wird im folgenden beschrieben) zu reflektieren. Der BD-Spiegel 8 befindet sich auf der der ersten Optik 12 in bezug auf die optische Achse der zweiten Optik 6 gegenüberliegenden Seite und auf der Seite der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel der zweiten Optik 6.
Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Schlitz an einer Stelle entsprechend der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel. Der Schlitz 9 besitzt eine Breite von etwa 0,5 mm, und durch ihn hindurch kann der Lichtstrom mit einem kleinen Fleckdurchmesser gelangen (dieser Durchmesser ist kleiner als der des Lichtstroms, der von einem herkömmlichen System erzeugt wird und kleiner oder gleich 0,1 mm ist).
Bezugszeichen 10 bezeichnet eine BD-Linse als Abbildungseinrichtung, die auch zur Schaffung einer im wesentlichen konjugierten Beziehung zwischen dem BD-Spiegel 8 und der Detektoreinrichtung 11 zum Erfassen des Schreib-Startpositions-Synchronsignals dient, was weiter unten näher beschrieben wird. Sie spielt auch eine Rolle bei der Korrektur der Neigung des BD-Spiegels 8.
Bezugszeichen 11 ist ein Photodetektor (im folgenden als BD-Sensor bezeichnet), der als Detektoreinrichtung zum Detektieren des Schreib-Startpositions-Synchronsignals dient. Bei dieser Ausführungsform wird die zeitliche Lage beim Treffen der Abtast-Startposition zur Aufzeichnung eines Bilds auf der Fläche 7 der photoempfindlichen Trommel mit Hilfe des Schreib-Startpositions-Synchronsignals (des BD-Signals) reguliert, welches durch Detektieren des Ausgangssignals des BD-Sensors 11 gewonnen wird.
Bei dieser Ausführungsform wird der von der ersten Optik 12 kommende Lichtstrom dazu gebracht, auf die Ablenkfläche (die reflektierende Fläche) 5a des Lichtablenkers 5 aufzutreffen, um dort einen Überlauf zu bilden. Derjenige Teil des einfallenden Lichtstroms, der die Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 überströmt, wird von der Ablenkfläche 5a reflektiert und abgelenkt, um auf den BD-Sensor 11 zu treffen. Die von der Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 überlaufende Lichtmenge wird sehr klein gemacht in bezug auf die von dem BD-Spiegel 8 beschränkte Lichtmenge.
Der Lichtstrom, der optisch von dem Halbleiterlaser 1 gemäß der gegebenen Bildinformation moduliert und emittiert wird, wird anschließend von der Aperturblende 2 in seinem Querschnitt begrenzt und umgewandelt in einen im wesentlichen kollimierten oder konvergierten Lichtstrom, was mit Hilfe der Kollimatorlinse 3 geschieht, bevor der Lichtstrom auf die Zylinderlinse 4 auftrifft. Der in die Zylinderlinse 4 gelangende Lichtstrom wird so behandelt, daß er die Zylinderlinse ohne jegliche Modifikation im Hauptabtastquerschnitt verläßt, aber im Neben- oder Hilfsabtastungsquerschnitt konvergiert ist, so daß ein im wesentlichen lineares Bild (welches in Längsrichtung entlang der Hauptabtastrichtung läuft) auf der Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 zu erzeugen. Der von der Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 reflektierte und abgelenkte Lichtstrom wird dann von der Abbildungsoptik 6 fokussiert, um einen Belichtungsfleck auf der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel zu bilden, welcher Fleck dann abtastend über die Fläche 7 der photoempfindlichen Trommel in Pfeilrichtung B (Hauptabtastrichtung) bei gleichmäßiger Geschwindigkeit geführt wird, während der Lichtablenker drehend in Pfeilrichtung A angetrieben wird. Im Ergebnis wird auf der Fläche 7 der als Aufzeichnungsträger fungierenden photoempfindlichen Trommel ein Bild aufgezeichnet.
In der Ausführungsform der Lichtabtastoptik wird ein Teil des von dem Polygonspiegel 5 reflektierten und abgelenkten Lichtstroms durch den BD-Spiegel 8 erneut abgelenkt, durch den Schlitz 9 geleitet und von der BD-Linse 10 auf den BD-Sensor 11 geführt, bevor der restliche Lichtstrom die Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel abtasten kann, damit die zeitliche Lage der Abtast-Startposition auf der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel reguliert wird. Die zeitliche Lage, das heißt das Timing des Auftreffens der Abtast-Startposition zum Aufzeichnen des Bilds auf der Oberfläche 7 der photoempfindlichen Trommel wird unter Verwendung des BD-Signals reguliert, welches durch Detektieren des Ausgangssignals des BD-Sensors 11 gewonnen wird.
In dieser Ausführungsform wird der von der ersten Optik 12 kommende Lichtstrom dazu gebracht, die Ablenkfläche 5a des Polygonspiegels 5 zu überfluten, indem von einem großen Abtastwinkel Gebrauch gemacht wird, und letzterer zu einem vignettierten Teil des Lichtstroms gemacht wird, damit der Durchmesser des Belichtungsflecks kleiner wird. Ein Teil des auf die Ablenkfläche 5a des Polygonspiegels 5 auftreffenden Lichtstroms wird von der Ablenkfläche 5a abgelenkt und reflektiert und anschließend von dem BD-Spiegel 8 so abgelenkt, daß er durch den Schlitz 9 hindurchtritt. Der von dem BD-Spiegel 8 reflektierte Lichtstrom besitzt eine Breite, die geringer ist als die ursprüngliche Breite, so daß nur ein schmaler Lichtstrom von dem BD-Spiegel 8 reflektiert wird und durch den Schlitz 9 gelangt. Aus diesem Grund wird die Breite und mithin die Menge des auf den BD-Sensor 11 auftreffenden Lichts ausschließlich durch die Größe (die Breite der reflektierenden Fläche) des BD-Spiegels 8 bestimmt. Darüber hinaus ist die die Ablenkfläche 5a des Lichtabenkers 5 überströmende Lichtmenge klein im Vergleich zur Menge des Lichts, welches von dem BD-Spiegel 8 begrenzt wird.
Durch die oben beschriebene Ausgestaltung wird die Menge des an dem BD-Sensor 11 von der Ablenkfläche 5a des Polygonspiegels 5 dieser Ausführungsform ankommenden Lichts gleichförmig für sämtliche Ablenkflächen des Polygonspiegels 5, so daß der BD-Sensor 11 konstant sein Ausgangssignal ohne Schwankungen erzeugt. Im Ergebnis kann dies zu einem hochauflösenden Druck führen und in wirksamer Weise jeglichen Druck-Schlupf in Hauptabtastrichtung vermeiden.
[Ausführungsform 2]
10 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des BD-Spiegels, des Spiegelhalteteils und dessen Nachbarschaft in der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform dadurch, daß die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung dieser Ausführungsform ein BD-Spiegel-Halteelement zum Halten des BD-Spiegels enthält. Ansonsten ist diese Ausführungsform identisch mit der ersten Ausführungsform, insbesondere hinsichtlich der optischen Effekte.
In 10 bezeichnet Bezugszeichen 28 die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung mit einem BD-Spiegel-Halteelement (BD-Spiegelhalter) zum Halten des BD-Spiegels und zum Begrenzen der Breite des auf den (nicht gezeigten) BD-Sensor auftreffenden Lichtstroms. Bezugszeichen 18 in 10 bezeichnet den BD-Spiegel dieser Ausführungsform, welcher demjenigen nach 1 oder 2 ähnelt.
In dieser Ausführungsform wird die Breite des Lichtstroms und mithin die Menge des auf den BD-Sensor auftreffenden Lichts im wesentlichen bestimmt durch die Größe der Apertur des BD-Spiegelhalters 28. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform die Menge des Lichts, welches sich über die Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 ausbreitet, klein gemacht im Verhältnis zu dem Licht, welches von dem BD-Spiegelhalter 28 begrenzt wird.
Bei der oben beschriebenen Anordnung ist die Menge des Lichts, welches von der Ablenkfläche 5a des Polygonspiegels 5 dieser Ausführungsform an dem BD-Sensor 11 ankommt, gleichmäßig bei sämtlichen Ablenkflächen des Polygonspiegels 5, so daß der BD-Sensor 11 konstant sein Ausgangssignal ohne Schwankungen erzeugt. Im Ergebnis kann dies zu einem hochauflösenden Druck führen und in wirksamer Weise jeglichen Druck-Schlupf in Hauptabtastrichtung vermeiden.
Zusätzlich werden bei dieser Ausführungsform jegliche Streustrahlen von Licht, die an den Kanten des BD-Spiegels 8 reflektiert werden und möglicherweise den Betrieb dieser Ausführungsform abträglich beeinflussen könnten, von dem BD-Spiegelhalter 28 in wirksamer Weise gesperrt.
[Ausführungsform 3]
11 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des BD-Spiegels und dessen Nachbarschaft der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik. In 11 sind die gleichen Bauteile wie in 10 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform nur dadurch, daß die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung ein in dem optischen Gehäuse angeordnetes Trenn- oder Teilungselement aufweist. Ansonsten ist diese Ausführungsform identisch mit der ersten Ausführungsform, insbesondere hinsichtlich der optischen Effekte.
In 11 bezeichnet Bezugszeichen 38 die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung in Form eines Trennelements, welches in dem optischen Gehäuse zum Halten der ersten Optik, des Lichtablenkers, der zweiten Optik und des BD-Sensors der Ausführungsform (hier nicht dargestellt) angeordnet ist. Das Trennelement befindet sich unmittelbar vor dem BD-Spiegel 18, um den auf den (nicht gezeigten) BD-Sensor auftreffenden Lichtstrom zu begrenzen.
Bei dieser Ausführungsform wird die Breite des Lichtstroms und mithin die Menge des auf den BD-Sensor auftreffenden Lichts im wesentlichen bestimmt durch die Größe der Apertur des Trennelements 38. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform die auf die Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 auftreffende Lichtmenge klein gemacht in Relation zu der Lichtmenge, die von dem Trennelement 38 begrenzt wird.
Bei der oben beschriebenen Anordnung ist die Menge des von der Ablenkfläche 5a des Polygonspiegels 5 dieser Ausführungsform auf dem BD-Sensor 11 auftreffenden Lichts gleichförmig für sämtliche Ablenkflächen des Polygonspiegels 5, so daß der BD-Sensor 11 sein Ausgangssignal konstant ohne Schwankungen erzeugt. Im Ergebnis kann ein hochauflösender Druck erzeugt werden und kann in wirksamer Weise jeglicher Druck-Schlupf in Hauptabtastrichtung vermieden werden.
Zusätzlich kann bei dieser Ausführungsform der BD-Spiegelhalter mit einem einfachen Profil ausgebildet oder total weggelassen werden.
[Ausführungsform 4]
12 ist eine schematische Querschnittansicht der vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik. Sie enthält einen Mehrstrahl-Halbleiterlaser als Lichtquelle, wobei ein Hauptteil der Anordnung als Bestandteil eines Laserdruckers oder eines digitalen Kopiergeräts dargestellt ist. In 12 sind die gleichen Bauteile wie in 9 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform nur dadurch, daß sie einen Mehrstrahl-Halbleiterlaser mit einer Mehrzahl von Lichtemissionsabschnitten (Lichtemissionsflecken) als Lichtquelle und entsprechend angeordneten optischen Elementen enthält. Im übrigen ist diese Ausführungsform identisch mit der ersten Ausführungsform, insbesondere hinsichtlich ihrer optischen Effekte.
Nach 12 bezeichnet Bezugszeichen 41 die Lichtquelle, bei der es sich um einen Mehrstrahl-Halbleiterlaser mit einer Mehrzahl von Lichtemissionsabschnitten handelt. Bei dieser Ausführungsform besitzt der Mehrstrahl-Halbleiterlaser 41 insbesondere zwei Lichtemissionsabschnitte, die unter einem vorbestimmten Winkel θ entsprechend der Auflösung, wie es oben in Verbindung mit 7 erläutert wurde, angeordnet sind, so daß sie voneinander entlang der Hauptabtastrichtung beabstandet sind.
In 12 bezeichnet Bezugszeichen 46 eine Abbildungsoptik (eine fθ-Linse) mit einem Kennwert fθ, betrieben als zweite Optik. Sie enthält eine einzelne Linse mit verschiedenen Brechkräften, eine bezüglich der Hauptabtastrichtung, die andere bezüglich der Nebenabtastrichtung. Damit zeigt 12 eine zwei Strahlen verwendende Mehrstrahl-Abtastoptik.
Bei dieser Ausführungsform werden wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen 1, 2 und 3 die beiden Lichtströme, die von der ersten Optik 12 kommen, dazu gebracht, die Ablenkfläche 5a des Polygonspiegels 5 zu überfluten, so daß letzterer ein Vignettierungsteil der Lichtströme wird. Während das Verhältnis des Teils des von dem Polygonspiegels 5 vignettierten Lichtstroms zu dem Gesamt-Lichtstrom verschieden sein kann zwischen den beiden Lichtströmen, so ist die Größe des BD-Spiegels 8 (die Breite der reflektierenden Fläche) derart gewählt, daß sie lediglich einen Teil des Lichtstroms reflektiert, selbst wenn er das größere vignettierte Verhältnis aufweist. Aus diesem Grund sind die Breiten der beiden von den beiden Lichtemissionsabschnitten emittierten Lichtströme, die auf den BD-Sensor 11 auftreffen, ausschließlich bestimmt durch die Größe (die Breite der reflektierenden Fläche) des BD-Spiegels 8. Ferner ist die Menge des die Ablenkfläche 5a des Lichtablenkers 5 überflutenden Lichts klein in Relation zu der Lichtmenge, die von dem BD-Spiegel 8 für die beiden Lichtströme begrenzt wird.
Bei der oben beschriebenen Anordnung ist die auf dem BD-Sensor 11 auftreffende Lichtmenge zum Akkommodieren der beiden Lichtemissionsabschnitte dieser Ausführungsform gleichmäßig für sämtliche Ablenkflächen des Polygonspiegels 5, so daß der BD-Sensor 11 sein Ausgangssignal konstant und ohne Schwankungen erzeugt. Im Ergebnis kann man einen hochauflösenden Druck erhalten und jeglichen Druck-Schlupf in Hauptabtastrichtung wirksam vermeiden.
Während die Breiten und folglich die Mengen des Lichts der beiden auf den BD-Sensor 11 dieser Ausführungsform auftreffenden Lichtströme ausschließlich bestimmt werden durch die Größe des BD-Spiegels 8, so ist diese Ausführungsform dennoch nicht hierauf beschränkt, alternativ kann man die Mengen bestimmen durch die Größe der Apertur des BD-Spiegelhalterelements (des BD-Spiegelhalters), oder durch die Größe der Apertur des Trennelements, welches sich unmittelbar vor dem BD-Spiegel in dem optischen Gehäuse befindet, wie dies oben in Verbindung mit der Ausführungsform 2 oder 3 beschrieben wurde, abhängig davon, welche Variante geeignet ist.
Ferner befindet sich in jedem der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsbeispiele der BD-Spiegel sowie das BD-Spiegel-Halteelement oder das Trennelement in dem optischen Gehäuse auf der Seite der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel der zweiten Optik als Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung (Lichtrasterungseinrichtung) zum Erleichtern der Trennung des auf dem effektiven Bilderzeugungsbereich ankommenden Lichtstroms und des auf den BD-Sensor auftreffenden Lichtstroms, um einen großen Abtastwinkel zu erreichen und in wirksamer Weise die Ablenkfläche des Polygonspiegels zu nutzen.
Man kann sehen, daß jedes Teil, welches in wirksamer Weise den auf den BD-Sensor auftreffenden Lichtstrom begrenzen oder teilweise ausschließen kann, als Ersatz für jedes der oben beschriebenen Lichtstrom-Begrenzungselemente verwendet werden kann.
13 ist eine schematische Querschnittansicht eines elektrophotographischen Druckers mit einer erfindungsgemäßen Lichtabtastoptik. In 13 bezeichnet 100 eine erfindungsgemäße Lichtabtastoptik, bei der es sich um irgendeine der oben beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen handeln kann. 101 steht für eine photoempfindliche Trommel als Bildträger für ein elektrostatisches latentes Bild, an dessen Oberfläche eine Aufladewalze 102 von oben her in Berührung gehalten wird, damit die Oberfläche der Trommel 101 gleichmäßig elektrisch aufgeladen wird. Ein Lichtstrahl 103 wird so geführt, daß er die elektrisch aufgeladene Fläche der photoempfindlichen Trommel 101 mit Hilfe eines optischen Scanners 100 an einer Stelle stromabwärts gegenüber der Berührungslinie zwischen Aufladewalze 102 und Trommel 101 in Drehrichtung der Trommel 101 bestrahlt und abtastet.
Der Lichtstrahl 103 ist moduliert als Funktion der an einen Drucker gegebenen Bilddaten, so daß auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 dadurch ein elektrostatisches Bild erzeugt wird, daß die Oberfläche der Trommel 101 mit dem Lichtstrahl 103 bestrahlt wird. Das elektrostatische latente Bild wird dann zu einem Tonerbild in einer Entwicklereinheit 107 entwickelt, die stromabwärts in bezug auf die Bestrahlungsstelle mit dem Lichtstrahl 103 auf der Trommel 101 in Drehrichtung der Trommel 101 angeordnet ist. Anschließend wird das Tonerbild mit Hilfe einer Transferwalze 108, de sich vis-a-vis der photoempfindlichen Trommel 101 unterhalb von dieser befindet, auf ein Druckpapier 112 übertragen. Während das Druckpapier 112 in einer Papierkassette 109 vor der photoempfindlichen Trommel 101 (rechts von der Trommel 101 in 13) auf Vorrat gehalten wird, kann es alternativ von Hand der photoempfindlichen Trommel 101 zugeführt werden. Eine Papiertransportwalze 110 am Ende der Papierkassette 109 sowie ein Paar Papiertransferwalzen 111 befindet sich hinter der Transportwalze, um das Papier 112 in der Papierkassette 109 dem Transportweg zuzuleiten.
Das nun das transferierte, nicht fixierte Tonerbild tragende Papier 112 wird dann weiter bewegt zu einer Fixiereinheit hinter der photoempfindlichen Trommel 101 (links von der Trommel 101 in 13). Die Fixiereinheit enthält eine Fixierwalze 113 mit einer (nicht gezeigten) Fixierheizung im Inneren, und eine Druckwalze 114, die gegen die Fixierwalze 113 gedrückt wird und dazu dient, das Tonerbild auf dem Papier 112 durch Erwärmung zu fixieren, während mit Hilfe der Fixierwalze 113 und der Druckwalze 114 Druck auf das Papier aufgebracht wird. Ein Paar Transportwalzen 116 hinter der Fixierwalze 113 transportieren das das fixierte Bild tragende Papier aus dem Drucker heraus.
Die Erfindung ist keineswegs beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen, die sich in passender Weise modifizieren oder abwandeln lassen, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Lichtabtastoptik, umfassend eine Lichtquelle (1; 41) mit mehreren Lichtemissionsabschnitten, die getrennt voneinander in Hauptabtastrichtung angeordnet sind, um mehrere Lichtströme zu emittieren, einen Lichtablenker (5) mit mehreren Ablenkflächen (5a), eine erste Optik (2, 3, 4, 12) zwischen den mehreren Lichtemissionsabschnitten und dem Lichtablenker, eine zweite Optik (6, 6a, 6b, 46) zum Abbilden mehrerer Lichtströme, die von der Ablenkfläche des Lichtablenkers zu Abtastzwecken abgelenkt werden, auf eine abzutastende Ebene, und einen Photodetektor (11) zum Detektieren der mehreren von der Ablenkfläche abgelenkten Lichtströme, um ein Timing bezüglich einer Schreib-Startposition des Lichtstroms auf der abzutastenden Ebene zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung (8, 28, 38) in einem Lichtweg zwischen dem Lichtablenker und dem Photodetektor angeordnet ist, daß die mehreren von derselben Ablenkfläche der mehreren Ablenkflächen abgelenkten Lichtströme von derselben Ablenkfläche mit unterschiedlichen Verhältnissen vignettiert werden und folglich mit voneinander verschiedenen Lichtmengen in die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung einfallen, und daß für jeden der mehreren Lichtströme, die von dem Lichtablenker abgelenkt werden, eine Größe der Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung die Breiten der Lichtströme in einem Hauptabtastungsquerschnitt, der aus der Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung austritt, schmaler ist als die Breiten der entsprechenden einfallenden Ströme, und die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung dadurch allein die Breiten und die Lichtmengen jedes der auf den Photodetektor auftreffenden Lichtströme bestimmt, so daß die verschiedenen Vignettierungs-Verhältnisse nicht zu verschiedenen Breiten und Lichtmengen der auf den Photodetektor auftreffenden Lichtmengen führen.
Lichtabtastoptik nach Anspruch 1, bei der die mehreren Lichtstrahlen auf dieselbe Ablenkfläche des Lichtablenkers derart auftreffen, daß sie über die Ablenkfläche in der Hauptabtastrichtung hinausgehen.
Lichtabtastoptik nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein Schlitz zum Bestimmen des Timings der Schreib-Startposition des Lichtstroms auf der abzutastenden Ebene im optischen Weg zwischen Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung und Photodetektor angeordnet ist, und in dem Hauptabtastquerschnitt eine Breite des Schlitzes größer ist als die jeder der Lichtströme, die aus der Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung austreten und an dem Schlitz ankommen.
Lichtabtastoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung einen Umlenkspiegel an einem den Umlenkspiegel haltenden Halteelement aufweist, wobei die Breiten der mehreren auf den Photodetektor auftreffenden Lichtströme allein durch die Breite der Reflexionsfläche des Spiegels bestimmt werden.
Lichtabtastoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung einen Umlenkspiegel und ein diesen haltendes Halteelement aufweist, wobei die Breiten der mehreren auf dem Photodetektor auftreffenden Lichtströme allein durch die Größe der Aperturbreite des Halteelements bestimmt werden.
Lichtabtastoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Lichtstrom-Begrenzungseinrichtung einen Umlenkspiegel und ein unmittelbar vor dem Spiegel angeordnetes Aufteilungselement enthält, wobei die Breiten der mehreren auf dem Photodetektor auftreffenden Lichtstrahlen allein bestimmt werden durch die Größe der Apertur des Aufteilungselements.
Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Lichtabtastoptik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem photoempfindlichen Element (101), welches in einer von der Lichtabtastoptik abzutastenden Ebene angeordnet ist, mit einer Entwicklungseinheit (107) zum Entwickeln eines auf dem photoempfindlichen Element durch Abtasten von dessen Oberfläche mit einem Lichtstrahl (103) erzeugten, elektrostatischen latenten Bilds zu einem Tonerbild, mit einer Transfereinheit (108) zum Übertragen des entwickelten Tonerbilds auf ein Druckpapier, und mit einer Fixiereinheit (113) zum Fixieren des übertragenen Tonerbilds auf dem Druckpapier.