DE10109205A1 - Optischer Scanner - Google Patents
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Abstract
In einem optischen Scanner schließt ein Kopplungslinsensystem 3 ein erstes optisches Element als zumindest ein optisches Element außer von dem optischen Element ein, das am weitesten entfernt von einer Lichtquelle angeordnet ist, wobei das erste optische Element aus einem Material mit im Wesentlichen keiner Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex ausgeführt ist, und das Scanlinsensystem 5 schließt zumindest ein zweites optisches Element ein, das aus einem Material mit einer positiven Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex ausgeführt ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Scanner,
dessen prinzipielle Verwendung beim Aufzeichnen und Bilden
eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einer Oberfläche
eines Fotorezeptors als einem zu scannenden Medium in einer
Bild-Ausbildungsvorrichtung ist, die durch Laserdrucker und
-kopierer typisiert ist.
Abtastlinsensysteme in optischen Scannern verwenden extensiv
Plastiklinsen, um einen Kostenreduktion zu erreichen. Da eine
Plastikmasse einen negativen Temperaturkoeffizienten eines
Brechnungsindex aufweist, tritt eine Verschiebung in der
Position einer Bild-Ausbildung auf, wenn sich die Temperatur
der Umgebung ändert, und dies ist problematisch, wenn die
Abtastlinsensysteme in optischen Scannern zu verwenden sind,
die eine hohe Präzision erfordern. Hinsichtlich einer Lösung
dieses Problems sind verschiedene strukturelle Auslegungen
für derartige optische Hochpräzisionsscanner vorgeschlagen
worden.
Beispielsweise schlägt die ungeprüfte, offengelegte
japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 273463/1993 vor, dass
eine einzige asphärische Glaslinse als eine Kollimatorlinse
verwendet wird. Alles, was getan wird, um die Verschiebung in
der Position einer Bild-Ausbildung durch das scannende
Linsensystem aufgrund Temperaturänderungen zu korrigieren,
ist ein Ändern des hinteren Fokus der Glaskollimatorlinse als
Folge von Brechungsindexänderungen und ein Bewirken von
Änderungen in der Entfernung zwischen einem Halbleiterlaser
und der Kollimatorlinse als Folge einer thermischen
Ausdehnung ihres Halters. Jedoch kann die Korrektur nicht
genügend erreicht werden, eine Anwendung in optischen
Hochpräzisionsscannern zu rechtfertigen.
Die ungeprüfte, offengelegte japanische Patentanmeldung
(kokai) Nr. 341215/1993 schlägt die Verwendung einer einzigen
Plastikzylinderlinse mit negativer Stärke in einer Unter-
Scanrichtung, die senkrecht zu der Haupt-Scanebene ist, vor.
Die Arbeitstheorie dieses Vorschlags besteht darin, die
Änderung in der negativen Stärke der Zylinderlinse in der
Unter-Scanrichtung durch eine Änderung in der positiven
Stärke des Scanlinsensystems in der Unter-Scanrichtung
auszulöschen, so dass sie für ein Korrigieren der
Verschiebung, die in der Position der Bild-Ausbildung in der
Haupt-Scanrichtung aufgrund der Änderung in der positiven
Stärke des Scanlinsensystems auftrat, nicht wirksam ist.
Gemäß der ungeprüften, offengelegten japanischen
Patentanmeldung (kokai) Nr. 341216/1993 ist eine Plastiklinse
einer Rotationssymmetrie mit negativer Stärke in der
Kollimatorlinse bereitgestellt, und eine anamorphe
Plastiklinse mit einer positiven Stärke ist in der Haupt-
Scanrichtung in der Zylinderlinse bereitgestellt. Die
Arbeitstheorie dieses Vorschlags besteht darin, die Änderung
in der negativen Stärke der Plastiklinse einer
Rotationssymmetrie in dem Kollimatorlinsensystem durch eine
Änderung in der positiven Stärke der Plastiklinse in der
Zylinderlinse auszulöschen, so dass sie für ein Korrigieren
der Verschiebung, die in der Position der Bild-Ausbildung in
der Haupt-Scanrichtung aufgrund der Änderung in der positiven
Stärke des Scanlinsensystems nicht wirksam ist. Als ein
weiteres Problem erhöht ein Einschließen zweier zusätzlicher
Plastiklinsen mit einer Stärke die Wahrscheinlichkeit einer
Dejustage, die während des Linsenzusammenbaus oder aufgrund
von Änderungen in der Temperatur der Umgebung auftritt;
dieses Präzisionsproblem macht den vorgeschlagenen Aufbau aus
Sicht einer Anwendung in optischen Scannern einer hohen
Präzision nicht wünschenswert.
Gemäß der ungeprüften, offengelegten japanischen
Patentanmeldung (kokai) Nr. 341217/1993 sind sowohl ein
Halbleiterlaser als auch eine Kollimatorlinse in einer
Plastikwalze befestigt, die sich als Folge von Änderungen in
der Temperatur der Umgebung deformiert, um Änderungen in
einer Entfernung zu bewirken. Jedoch gibt es keine
Sicherheit, dass sich die Temperatur der Walze gleichförmig
in jedem Teil von ihr ändert; zusätzlich ist die Walze
komplexer in einer Form als Sphären und flache Platten und
neigt zu einer Dejustage, so dass die Präzision des
vorgeschlagenen Aufbaus nicht hoch genug ist, um seine
Anwendung in optischen Scannern einer hohen Präzision zu
rechtfertigen.
Es ist deswegen eine Aufgabe der Erfindung, einen
hochpräzisen und kostengünstigen Scanner bereitzustellen, der
Plastiklinsen in einem Scanlinsensystem verwendet, und der
die Verschiebungen der Position einer Bild-Ausbildung wirksam
unterdrückt, die als Folge von Änderungen in der Temperatur
der Umgebung auftreten, wodurch er mit einer erhöhten Dichte
von Punkten auf Aufzeichnungsmedien einsetzbar wird.
Diese Aufgabe der Erfindung kann durch einen optischen
Scanner erreicht werden, der ein Kopplungslinsensystem zum
Kollimieren von Lichtstrahlen von einer Lichtquelle, einen
Lichtablenker zum Ablenken der Lichtstrahlen zum Scannen und
ein Scanlinsensystem zum Fokussieren der abgelenkten
Lichtstrahlen, um ein Bild auf einem Medium, das gescannt
wird, zu bilden, umfasst, wobei das Kopplungslinsensystem ein
ersten optisches Element als zumindest ein optisches Element
unterschiedlich von dem optischen Element, das am weitesten
entfernt von der Lichtquelle angeordnet ist, einschließt, das
erste optische Element im Wesentlichen keine Stärke aufweist
und aus einem Material mit einem negativen
Temperaturkoeffizient des Brechungsindex hergestellt ist,
wobei das Scanlinsensystem zumindest ein zweites optisches
Element einschließt, das aus einem Material mit einer
positiven Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizient
eines Brechungsindex hergestellt ist.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die Auslegung eines optischen Scanners gemäß einem
Beispiel 1 der Erfindung;
Fig. 2 die Betriebstheorie der Erfindung;
Fig. 3 einen Graphen, der die Feldkrümmung veranschaulicht,
die in Beispiel 1 auftrat;
Fig. 4 einen Graphen, der die laterale Aberration für die
Haupt-Scanrichtung veranschaulicht, die in Beispiel 1
auftrat;
Fig. 5 einen Graphen, der die laterale Aberration für die
Unter-Scanrichtung veranschaulicht, die in Beispiel 1
auftrat;
Fig. 6 einen Graphen, der die Feldkrümmung veranschaulicht,
die in einem Beispiel 2 auftrat;
Fig. 7 einen Graphen, der die laterale Aberration für die
Haupt-Scanrichtung veranschaulicht, die in Beispiel 2
auftrat;
Fig. 8 einen Graphen, der die laterale Aberration für die
Unter-Scanrichtung veranschaulicht, die in Beispiel 2
auftrat;
Fig. 9 die Auslegung eines optischen Scanners gemäß dem
dritten Beispiel der Erfindung;
Fig. 10 einen Graphen, der die Feldkrümmung veranschaulicht,
die in Beispiel 3 auftrat;
Fig. 11 einen Graphen, der die laterale Aberration für die
Haupt-Scanrichtung veranschaulicht, die in Beispiel 3
auftrat; und
Fig. 12 einen Graphen, der die laterale Aberration für die
Unter-Scanrichtung veranschaulicht, die in Beispiel 3
auftrat.
Mehrer Ausführungsformen der Erfindung werden untenstehend
unter Bezugnahme auf die mitzugehörigen Zeichnungen
beschrieben werden. Zuerst unter Bezugnahme auf Fig. 2 stellt
ein Bezugszeichen 1 eine Lichtquelle und ein Bezugszeichen 3
ein Kopplungslinsensystem dar. Das Kopplungslinsensystem 3
besteht aus einem optischen Plastikelement 3a mit im
Wesentlichen null Stärke und einer Glaslinse 3b mit positiver
Stärke. Ein Bezugszeichen 4 stellt eine reflektierende
Oberfläche eines rotierenden Polygonspiegels dar, der als
eine Lichtablenkeinrichtung dient, 5 ein Plastik-
Scanlinsensystem, 6 einen Fotorezeptor als ein zu scannendes
Medium, 7 die optische Achse des Linsensystems, 2
Lichtstrahlen, 2a den Punkt einer Bild-Ausbildung durch die
Lichtstrahlen 2, 31 die Hauptebene des Kopplungslinsensystems
bei einer Temperatur T0 (Normaltemperatur), 32 die Hauptebene
des Kopplungslinsensystems 3 bei einer Temperatur TH (hohe
Temperatur) und 51 die Hauptebene des Scanlinsensystems 5.
Das Plastikmaterial, aus welchem das optische Element 3a
ausgeführt ist, weist einen negativen Temperaturkoeffizienten
eines Brechungsindex auf, so dass es bei Temperaturen T0 und
TH (T0 < TH) Brechungsindizes n0 bzw. nH aufweist (n0 < nH <
1). Das Glasmaterial, aus welchem die Linse 3b ausgeführt
ist, durchläuft vernachlässigbar kleinere Temperatur
abhängige Brechungsindexänderungen als das Plastikmaterial.
Für eine Einfachheit in einer Erklärung sei die Entfernung
zwischen den Hauptpunkten in den Objekt- und Bild-Räumen
außer Betracht gelassen. Es sei für die Brennweite des
Kopplungslinsensystems 3 fCL geschrieben, für die Entfernung
von der Lichtquelle 1 zu der Hauptebene 31 des
Kopplungslinsensystems 3 bei der Temperatur T0 L10, für die
Entfernung von der Lichtquelle 1 zu der Hauptebene 32 des
Kopplungslinsensystems 3 bei der Temperatur TH L1H, für die
Brennweite des Scanlinsensystems 5 bei der Temperatur T0 fS0,
und für die Brennweite des Scanlinsensystems 5 bei der
Temperatur TH fSH. Es sei für die Entfernung von der
Hauptebene 51 des Scanlinsensystems 5 zu der Oberfläche des
Fotorezeptors 6 L2 geschrieben. Da die Stärke des optischen
Elementes 3a im Wesentlichen null ist, ist die Temperatur
abhängige Änderung in der Brennweite fCL des
Kopplungslinsensystems 3 vernachlässigbar klein. Die
Temperatur-abhängige Änderung in der Position der Hauptebene
51 des Scanlinsensystems 5 ist vernachlässigbar kleiner als
seine Brennweite.
Bei der Temperatur T0 liegt, wenn L10 = fCL und L2 = fS0, der
Punkt einer Bild-Ausbildung 2a durch die Lichtstrahlen 2 auf
dem Fotorezeptor 6. Wenn sich die Temperatur von T0 nach TH
ändert, erfahren das optische Element 3a und das
Scanlinsensystem 5, die beide aus dem Plastikmaterial
hergestellt sind, Änderungen in dem Brechungsindex; folglich
ist die Position der Bild-Ausbildung durch die Lichtstrahlen,
die von 3a und 5 entspringen, versetzt und liegt nicht mehr
auf der Oberfläche des Fotorezeptors 6. Es sei darauf
hingewiesen, dass fSH durch die folgende Gleichung (1)
ausgedrückt wird:
fSH = fS0 × (n0 - 1)/(nH - 1) (1)
Da n0 < nH < 1 ist fSH < fS0 = L2. Wenn der Betrag eines
Versatzes der Position der Bild-Ausbildung aufgrund der
Änderung in der Brennweite des Scanlinsensystems 5 als δ1
geschrieben wird, wird er durch die folgende Gleichung
ausgedrückt (2):
δ1 = fS0 (n0 - nH)/(nH - 1) < 0 (2)
In Anbetracht der Brechungsindexänderung des optischen
Elementes 3a wird L1H durch die folgende Gleichung (3)
ausgedrückt:
L1H = L10 + d [(1/nH) - (1/n0)] (3)
Da n0 < nH < 1 ist L1H < L10, wobei, da L10 = fCL, L1H < fCL
ist. Dies bedeutet bei einer Temperatur TH, dass die Position
der Bild-Ausbildung 2a durch die Lichtstrahlen geringfügig zu
der Oberfläche des Fotorezeptors 6 versetzt ist. Wenn die
seitliche Vergrößerung bei einer Temperatur T0 als M
geschrieben wird, wird sie die folgende Gleichung (4)
dargestellt:
M = fS0/fCL (4)
Wenn der Versatz der Position der Bild-Ausbildung aufgrund
der Änderung in dem Brechungsindex des optischen Elementes 3a
als δ2 geschrieben wird, wird er durch die folgende Gleichung
(5) ausgedrückt:
δ2 = -M2d(n0 - nH)/nHn0 = -(fS0/fCL)2d(n0 - nH)/nHn0 < 0 (5)
Da δ1 < 0 und δ2 < 0 nehmen wir an, dass δ1 + δ2 = 0 und
ordnen die Gleichung (5) um, um die folgende Gleichung (6) zu
erhalten:
d = f2 CL(nHn0)/fS0(nH - 1) (6)
Wenn wir die Dicke des optischen Elementes 3a gemäß der
Gleichung (6) wählen, können wir den Versatz der Position der
Bild-Ausbildung, die aufgrund eines Unterschieds zwischen
einer Normaltemperatur und einer hohen Temperatur auftritt,
aus zwei Gründen auslöschen, wobei einer die Bewegung der
Hauptebene des Kopplungslinsensystems 3 ist, und der andere
die Änderung in der Brennweite des Scanlinsensystems 5 ist.
Die Wirkung der Temperatur-abhängigen Änderung in der Stärke
des optischen Elements 3a ist vernachlässigbar klein, wenn
die folgende Gleichung (7) erfüllt ist:
|fCL/f| < 1, 0 × 10-2 (7)
wobei f die Brennweite des optischen Elementes 3a ist.
Fig. 1 zeigt einen optischen Scanner gemäß des ersten
Beispiels der Erfindung, in welchem ein Bezugszeichen 1 einen
Halbleiterlaser als eine Lichtquelle darstellt, 2
Lichtstrahlen darstellt, wie sie von dem Halbleiterlaser 1
ausgegeben werden, 3a ein optisches Plastikelement mit im
Wesentlichen keiner Stärke ist, das ein der beiden
Komponenten eines Kopplungslinsensystems 3 ist, 3b eine
Glaslinse mit positiver Stärke ist, die die andere Komponente
des Kopplungslinsensystems 3 ist, 4 ein rotierender
Polygonspiegel als eine Lichtablenkeinrichtung ist, 5a eine
Plastiklinse mit einer negativen Stärke ist, die eine
Komponente eines Scanlinsensystems 5 ist, 5b und 5c
Plastiklinsen mit einer positiven Stärke sind, die die
anderen Komponenten des Scanlinsensystems 5 sind, 6 ein zu
scannender Fotorezeptor ist und 7 die optische Achse des
Linsensystems ist.
Tabelle ist ein Datenblatt für den optischen Scanner gemäß
dem ersten Beispiel der Erfindung. Oberflächennummern (1)-(13)
stellen das folgende in der vorgegebenen Reihenfolge
dar: (1), die Lichtquelle 1; (2), die Oberfläche des
optischen Elementes 3a zu der Lichtquelle hin; (3), die
Oberfläche des optischen Elementes 3a zu dem rotierenden
Polygonspiegel hin; (4) die Oberfläche der Linse 3b zu der
Lichtquelle hin; (5), die Oberfläche der Linse 3b zu dem
rotierenden Polygonspiegel hin; (6), eine reflektierende
Oberfläche des rotierenden Polygonspiegels 4; (7), die
Oberfläche der Linse 5a zu dem rotierenden Polygonspiegel
hin; (8), die Oberfläche der Linse 5a zu dem Fotorezeptor
hin; (9), die Oberfläche der Linse 5b zu dem rotierenden
Polygonspiegel hin; (10), die Oberfläche der Linse 5b zu dem
Fotorezeptor hin; (11), die Oberfläche der Linse 5c zu dem
rotierenden Polygonspiegel hin; (12), die Oberfläche der
Linse 5c zu dem Fotorezeptor hin; (13), die Oberfläche des
Fotorezeptors. Symbole R, th und n stellen den
Krümmungsradius der optischen Achse 7, die Entfernung
zwischen den Oberflächen und den Brechungsindex bei
Normaltemperatur dar. Die Form jeder Oberfläche wird durch
die folgende Gleichung (8) in einem lokalen Koordinatensystem
gegeben, dessen Ursprung der Schnittpunkt zwischen der
optischen Achse 7, die in der Z-Richtung verläuft, und einer
bestimmten, von der optischen Achse um p entfernten
Oberfläche ist:
f0(p) = (p2/R)/(1 + SQRT(1 - (K + 1)(p/R)2) + dp4 (8)
wobei d und K Konstanten sind, wobei K spezifisch als eine
konische Konstante bezeichnet wird, und SQRT für
Quadratwurzel steht.
Lichtstrahlen 2 fallen auf den rotierenden Polygonspiegel 4
in einem Winkel von 60° und der Kreis, der in dem
Polygonspiegel 4 beschrieben wird, weist einen
Krümmungsradius von 20 mm auf. Fig. 3 ist ein Graph, der die
Feldkrümmung veranschaulicht, die in dem optischen Scanner
gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung auftrat; die
horizontale Achse des Graphen druckt die Feldkrümmung δ und
die vertikale Achse druckt den Scanwinkel l, der auf der
optischen Achse 7 null war und einen positiven Wert annahm,
wenn ein Scannen zu der Lichtquelle 1 hin durchgeführt wurde.
Buchstaben A-D in Fig. 3 stellen die Daten für die
folgenden jeweiligen Felder dar: A, gescannt in der
Hauptrichtung bei Normaltemperatur; B, gescannt in der
Hauptrichtung bei hoher Temperatur; C, gescannt in der Unter-
Scanrichtung bei Normaltemperatur; D, gescannt in der Unter-
Scanrichtung bei hoher Temperatur.
Fig. 4 ist ein Graph, der die laterale Aberration für die
Haupt-Scanrichtung veranschaulicht, die in dem optischen
Scanner gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung auftrat; die
horizontale Achse des Graphen druckt das Aperturverhältnis a,
und die vertikale Achse druckt die laterale Aberration für
die Haupt-Scanrichtung ΔX. Buchstaben E-J in Fig. 4
stellen die Daten für die folgenden jeweiligen Fälle dar: E,
ω = -31° bei Normaltemperatur; F, ω = 0° bei
Normaltemperatur; G, ω = 31° bei Normaltemperatur; H, ω =
-31° bei hoher Temperatur, I, ω = 0° bei hoher Temperatur;
J, ω = 31° bei hoher Temperatur.
Fig. 5 ist ein Graph, der die laterale Aberration für die
Unter-Scanrichtung veranschaulicht, die in dem optischen
Scanner gemäß dem ersten Beispiel der Erfindung auftrat; die
vertikale Achse druckt die laterale Aberration für die Unter-
Scanrichtung ΔY. Buchstaben K-P in Fig. 5 stellen die
Daten für die folgenden jeweiligen Fälle dar: K, ω = -31°
bei Normaltemperatur; L, ω = 0° bei Normaltemperatur; M, ω =
31° bei Normaltemperatur; N, ω = -31° bei hoher Temperatur;
O, ω = 0° bei hoher Temperatur; P, ω = 31° bei hoher
Temperatur. Das Plastikmaterial, aus welchem das optische
Element 3a und das optische Scansystem 5 ausgeführt wurden,
wies einen negativen Temperaturkoeffizienten eines
Brechungsindex auf, der -1,0 × 10-3/Grad betrug. Der
Unterschied zwischen Normaltemperatur und hoher Temperatur
betrug 30°. Diese Bedingungen in Beispiel 1 wurden auch in
den folgenden Beispielen beobachtet.
Tabelle 2 ist ein Datenblatt für einen optischen Scanner
gemäß dem zweiten Beispiel der Erfindung, in welchem die
Glaslinse 3b, die eine positive Stärke aufweist und eine
Komponente des Kopplungslinsensystems 3 ist, eine Eingruppen-
Zweielement-verkittete Linse war und das optische
Plastikelement 3a, das im Wesentlichen keine Stärke aufweist
und das andere Element des Kopplungslinsensystems 3 ist, eine
parallele Platte war. Oberflächennummern (1)-(14) stellen
das folgende in der gegebenen Reihenfolge dar: (1), die
Lichtquelle 1; (2), die Oberfläche des optischen Elementes 3a
zu der Lichtquelle hin; (3), die Oberfläche des optischen
Elementes 3a zu dem rotierenden Polygonspiegel hin; (4), die
Oberfläche der Linse 3b zu der Lichtquelle hin; (5), die
verkittete Oberfläche der Linse 3b; (6), die Oberfläche der
Linse 3b zu dem rotierenden Polygonspiegel hin; (7), die
innere reflektierende Oberfläche des rotierenden
Polygonspiegels 4; (8), die Oberfläche der Linse 5a zu dem
rotierenden Polygonspiegel hin; (9), die Oberfläche der Linse
5a zu dem Fotorezeptor hin; (10), die Oberfläche der Linse 5b
zu dem rotierenden Polygonspiegel hin; (11), die Oberfläche
der Linse 5b zu dem Fotorezeptor hin; (12), die Oberfläche
der Linse 5c zu dem rotierenden Polygonspiegel hin; (13), die
Oberfläche der Linse 5c zu dem Fotorezeptor hin; (14), die
Oberfläche des Fotorezeptors 6.
Lichtstrahlen 2 sind auf den rotierenden Polygonspiegel 4 in
einem Winkel von 60° einfallend, und der Kreis, der in dem
Polygonspiegel 4 beschrieben wird, weist einen
Krümmungsradius von 20 mm auf.
Fig. 6 ist ein Graph, der die Feldkrümmung veranschaulicht,
die in dem optischen Scanner gemäß dem zweiten Beispiel der
Erfindung auftrat. Buchstaben A-D in Fig. 6 stellen die
Daten für die folgenden jeweiligen Fälle dar: A, gescannt in
der Hauptrichtung bei Normaltemperatur; B, gescannt in der
Hauptrichtung bei hoher Temperatur; C, gescannt in der Unter-
Scanrichtung bei Normaltemperatur; D, gescannt in der Unter-
Scanrichtung bei hoher Temperatur.
Fig. 7 ist ein Graph, der die laterale Aberration für die
Haupt-Scanrichtung veranschaulicht, die in dem optischen
Scanner gemäß dem zweiten Beispiel der Erfindung auftrat.
Buchstaben E-J in Fig. 4 stellen die Daten für die
folgenden jeweiligen Fälle dar: E, ω = -31° bei
Normaltemperatur; F, ω = 0° bei Normaltemperatur; G, ω = 31°
bei Normaltemperatur; H, ω = -31° bei hoher Temperatur; I, ω
= 0° bei hoher Temperatur; J, ω = 31° bei hoher Temperatur.
Fig. 8 ist ein Graph, der die laterale Aberration für die
Unter-Scanrichtung veranschaulicht, die in dem optischen
Scanner gemäß dem zweiten Beispiel der Erfindung auftrat.
Buchstaben K-P in Fig. 8 stellen die Daten für die
folgenden jeweiligen Fälle dar: K, ω = -31° bei
Normaltemperatur; L, ω = 0° bei Normaltemperatur; M, ω = 31°
bei Normaltemperatur; N, ω = -31° bei hoher Temperatur; O, ω
= 0° bei hoher Temperatur; P, ω = 31° bei hoher Temperatur.
Fig. 9 zeigt einen optischen Scanner gemäß des dritten
Beispiels der Erfindung, in welchem ein Bezugszeichen 1 einen
Halbleiterlaser als eine Lichtquelle darstellt, 2
Lichtstrahlen darstellt, wie sie von dem Halbleiterlaser 1
ausgegeben werden, 3a ein optisches Plastikelement mit im
Wesentlichen keiner Stärke ist, das eine der beiden
Komponenten eines Kopplungslinsensystems ist, 3b eine
Glaslinse mit einer positiven Stärke ist, die die andere
Komponente des Kopplungslinsensystems 3 ist, 8 eine Linse mit
keiner Stärke in der Haupt-Scanrichtung, aber mit positiver
Stärke in der Unter-Scanrichtung ist, 4 ein rotierender
Polygonspiegel als eine Lichtablenkeinrichtung ist, 5a eine
Plastiklinse mit negativer Stärke ist, die eine der beiden
Komponenten eines Scanlinsensystems 5 ist, 5b eine
Plastiklinse mit positiver Stärke ist, die die andere
Komponente des Scanlinsensystems ist, 9 eine Linse mit keiner
Stärke in der Haupt-Scanrichtung, aber mit positiver Stärke
in der Unter-Scanrichtung ist, 6 ein zu scannender
Fotorezeptor ist und 7 die optische Achse des Linsensystems
ist.
Im dritten Beispiel sind die Linsen 8, 5b und 9 anamorph, um
jedweden Positionsversatz der Scanlinie zu korrigieren, der
durch ein Verkippen des rotierenden Polygonspiegels 4
herbeigeführt werden könnte. Auf der anderen Seite weist das
Kopplungslinsensystem 3 eine Rotationssymmetrie auf (d. h. ist
symmetrisch hinsichtlich der optischen Achse 7), wie in den
ersten und zweiten Beispielen.
Tabellen 3 und 4 sind Datenblätter für den optischen Scanner
gemäß dem dritten Beispiel der Erfindung. Oberflächennummern
(1)-(15) stellen das folgende in der gegebenen Reihenfolge
dar: (1), die Lichtquelle 1; (2), die Oberfläche des
optischen Elementes 3a zu der Lichtquelle hin; (3), die
Oberfläche des optischen Elementes 3a zu den rotierenden
Polygonspiegel hin; (4), die Oberfläche der Linse 3b zu der
Lichtquelle hin; (5), die Oberfläche der Linse 3b zu dem
rotierenden Polygonspiegel hin; (6), die Oberfläche der Linse
8 zu der Lichtquelle hin; (7), die Oberfläche der Linse 8 zu
dem rotierenden Polygonspiegel hin; (8), eine reflektierende
Fläche des rotierenden Polygonspiegels 4; (9), die Oberfläche
der Linse 5a zu dem rotierenden Polygonspiegel hin; (10), die
Oberfläche der Linse 5a zu der Foto-empfindlichen Trommel
hin; (11), die Oberfläche der Linse 5b zu dem rotierenden
Polygonspiegel hin; (12), die Oberfläche der Linse 5b zu der
Foto-empfindlichen Trommel hin; (13), die Oberfläche der
Linse 9 zu dem rotierenden Polygonspiegel hin; (14), die
Oberfläche der Linse 9 zu der Foto-empfindlichen Trommel hin;
(15), die Oberfläche des Fotorezeptors 6.
Die Form jeder Oberfläche einer anamorphen Linse ist durch
die folgende Gleichung (9) gegeben:
Z = f0(X, Y) + f2(X, Y) (9)
wobei f0(X, Y) eine fundamentale Toros-Form darstellt. Ein
Schnitt, der über die XZ-Ebene eines lokalen
Koordinatensystems genommen ist, dessen Ursprung an dem
Schnittpunkt zwischen jeder Oberfläche und der optischen
Achse 7 angeordnet ist, wird durch die folgende Gleichung
(10) ausgedrückt, vorausgesetzt, dass er in der XZ-Ebene,
parallel zu der X-Achse und symmetrisch hinsichtlich einer
Achse ist, die entlang der Z-Achse zu dem von dem Ursprung um
r entfernten Punkt heraufverläuft:
Z = (X2/R) (1 + SQRT(1 - (K + 1) (X/R)2)) (10)
Ein Schnitt der entlang der YZ-Ebene genommen ist, ist ein
Kreis mit einem Krümmungsradius von r. In Gleichung (9)
f2(X, Y) ist eine Additions-Funktion mit keiner Rotationssymmetrie
und wird durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt:
f2(X, Y) = a09XY2 + a13X2Y2 + a15Y4 + a24X4Y2 + a26X2Y4 (11)
wobei a1m eine Konstante ist. Jede Oberfläche, die nicht
anamorph ist, wird durch Gleichung (8) ausgedrückt.
Lichtstrahlen 2 sind auf den rotierenden Polygonspiegel 4 in
einem Winkel von 60° einfallend, und der Kreis, der in dem
Polygonspiegel 4 beschrieben wird, weist einen
Krümmungsradius von 20 mm auf.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Feldkrümmung veranschaulicht,
die in dem optischen Scanner gemäß dem dritten Beispiel der
Erfindung auftrat. Buchstaben A-D in Fig. 10 stellen die
Daten für die folgenden jeweiligen Fälle dar: A, gescannt in
der Hauptrichtung bei Normaltemperatur; B, gescannt in der
Hauptrichtung bei hoher Temperatur; C, gescannt in der Unter-
Scanrichtung bei Normaltemperatur; D, gescannt in der Unter-
Scanrichtung bei hoher Temperatur.
Fig. 11 ist ein Graph, der die laterale Aberration für die
Haupt-Scanrichtung veranschaulicht, die in dem optischen
Scanner gemäß dem dritten Beispiel der Erfindung auftrat.
Buchstaben E-J in Fig. 11 stellen die Daten für die
folgenden jeweiligen Fälle dar: E, ω = -31° bei
Normaltemperatur; F, ω = 0° bei Normaltemperatur; G, ω = 31°
bei Normaltemperatur; H, ω = -31° bei hoher Temperatur; I, ω
= 0° bei hoher Temperatur; J, ω = 31° bei hoher Temperatur.
Fig. 12 ist ein Graph, der die laterale Aberration für die
Unter-Scanrichtung veranschaulicht, die in dem optischen
Scanner gemäß dem dritten Beispiel der Erfindung auftrat.
Buchstaben K-P in Fig. 12 stellen die Daten für die
folgenden jeweiligen Fälle dar: K, ω = 31° bei
Normaltemperatur; L, ω = 0° bei Normaltemperatur; M, ω = 31°
bei Normaltemperatur; N, ω = -31° bei hoher Temperatur; O, ω
= 0° bei hoher Temperatur; P, ω = 31° bei hoher Temperatur.
Die Ergebnisse der Beispiele 1-3 waren alle
zufriedenstellend; die Verschiebungen, die bezüglich der
Position der Bild-Ausbildung aufgrund des
Temperaturunterschiedes von 30° auftraten, lagen innerhalb
±0,5 mm und die größte laterale Aberration, die auftrat,
betrug nur ungefähr 10 µm.
Die vorangegangene Beschreibung betrifft hauptsächlich die
Wirkungen der Änderung in dem Brechungsindex von
Plastiklinsen, was die Hauptursache von Versatzen in der
Position einer Bild-Ausbildung ist, und das Verfahren, sie zu
korrigieren. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei einem
Auslegen der tatsächlichen Optiken die Wirkungen anderer
Phänomene wie etwa die Änderung in der Wellenlänge der
Lichtquelle, die Änderungen in den Formen der Plastiklinsen
und optischen Elemente und die Änderung in der Form der
optischen Basis auch in Betracht gezogen werden sollten.
Wie oben beschrieben stellt die vorliegende Erfindung einen
hochpräzisen und kostengünstigen optischen Scanner bereit,
der Plastiklinsen in einem Scanlinsensystem verwendet, und
der die Verschiebungen in der Position einer Bild-Ausbildung
unterdrückt, die als Folge von Änderungen in der Temperatur
der Umgebung auftreten, wodurch er mit einer erhöhten Dichte
von Punkten in Aufzeichnungsmedien einsetzbar gemacht wird.
Claims (3)
1. Optischer Scanner mit:
einem Kopplungslinsensystem zum Kollimieren von Lichtstrahlen von einer Lichtquelle;
einem Lichtablenker zum Ablenken der Lichtstrahlen für einen Scan; und
einem Scanlinsensystem zum Fokussieren der abgelenkten Lichtstrahlen, um ein Bild auf einem Medium auszubilden, das gescannt wird;
wobei das Kopplungslinsensystem ein ersten optisches Element als zumindest ein optisches Element außer von dem optischen Element einschließt, das am weitesten entfernt von der Lichtquelle angeordnet ist;
wobei das erste optische Element aus einem Material mit im Wesentlichen keiner Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex hergestellt ist; und
wobei das Scanlinsensystem zumindest ein zweites optisches Element einschließt, das aus einem Material mit einer positiven Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex hergestellt ist.
einem Kopplungslinsensystem zum Kollimieren von Lichtstrahlen von einer Lichtquelle;
einem Lichtablenker zum Ablenken der Lichtstrahlen für einen Scan; und
einem Scanlinsensystem zum Fokussieren der abgelenkten Lichtstrahlen, um ein Bild auf einem Medium auszubilden, das gescannt wird;
wobei das Kopplungslinsensystem ein ersten optisches Element als zumindest ein optisches Element außer von dem optischen Element einschließt, das am weitesten entfernt von der Lichtquelle angeordnet ist;
wobei das erste optische Element aus einem Material mit im Wesentlichen keiner Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex hergestellt ist; und
wobei das Scanlinsensystem zumindest ein zweites optisches Element einschließt, das aus einem Material mit einer positiven Stärke und einem negativen Temperaturkoeffizienten eines Brechungsindex hergestellt ist.
2. Optischer Scanner nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Beziehung |fCL/f| < 1,0 × 10-2
erfüllt ist, wobei fCL die Brennweite des
Kopplungslinsensystems ist und f die Brennweite des
ersten optischen Elementes ist.
3. Optischer Scanner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste optische Element eine
parallele Platte ist.
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