DE10109205A1 - Optischer Scanner - Google Patents

Optischer Scanner

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DE10109205A1
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DE
Germany
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lens system
image
lens
optical element
optical
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Withdrawn
Application number
DE10109205A
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English (en)
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Takeshi Mochizumi
Susumu Tateyama
Kazutaka Setoma
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Ricoh Printing Systems Ltd
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Hitachi Koki Co Ltd
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/124—Details of the optical system between the light source and the polygonal mirror

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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

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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.
2. Beschreibung des verwandten Sachstandes
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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.
Tabelle 1
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.
Tabelle 2
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.
Tabelle 3
Tabelle 4
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.
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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