DE19737170A1 - Optisches Kaskade-Abtastsystem - Google Patents
Optisches Kaskade-AbtastsystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Kaskade-Abtastsystem mit
mehreren optischen Laser-Abtastsystemen, die längs der
Hauptabtastrichtung angeordnet sind und synchron arbeiten, so
daß eine breite Abtastzeile erzeugt wird.
Abtastsysteme dieser Art sind bereits bekannt und beispiels
weise in der JP-A-61-11720 beschrieben. Es handelt sich dabei
um ein optisches Kaskade-Abtastsystem mit zwei Laser-Ab
tastsystemen jeweils mit einem Laserstrahlgenerator, einem
als Ablenkvorrichtung dienenden Polygonspiegel, einer fθ-Op
tik usw. Die beiden Laser-Abtastsysteme werden synchron ge
steuert und richten jeweils einen Abtaststrahl auf die Ober
fläche einer fotoleitfähigen Trommel längs einer gemeinsamen
Linie, die in Trommellängsrichtung verläuft. Die beiden Ab
taststrahlen laufen über nebeneinanderliegende Abschnitte der
gemeinsamen Linie auf der Trommeloberfläche in Hauptab
tastrichtung, wodurch ein breiter Abtastbereich entsteht.
Bei derartigen Kaskade-Systemen tritt ein grundsätzliches
Problem auf. Dabei handelt es sich um die genaue Kombination
einer auf der fotoleitfähigen Trommel mit dem einen Laser-Ab
tastsystem erzeugten Abtastlinie mit einer weiteren Abtastli
nie, die das andere Abtastsystem erzeugt. Beide Abtastlinien
sollen nicht voneinander getrennt sein und sich auch nicht in
Hauptabtastrichtung oder Hilfsabtastrichtung überlappen, d. h.
es soll eine gerade, kontinuierliche Abtastzeile mit den se
paraten Abtastlinien erzeugt werden.
Ist jedes Laser-Abtastsystem des Kaskade-Abtastsystems als
nicht telezentrisches System aufgebaut, bei dem sich der Ein
fallswinkel eines abtastenden Laserstrahls relativ zur foto
leitfähigen Trommeloberfläche abhängig von der Positionsände
rung eines Abtastpunktes in Hauptabtastrichtung ändert, so
wird eine mit dem einen Laser-Abtastsystem erzeugte Abtast
linie nicht genau mit der von dem anderen Laser-Abtastsystem
erzeugten Abtastlinie kombiniert, d. h. die Abtastlinien wer
den einen Abstand zueinander haben oder einander mit einem
bestimmten Betrag in Hauptabtastrichtung überlappen, wenn die
fotoleitfähige Trommeloberfläche auch nur geringfügig ihre
Position ändert.
Ist jedes Abtastsystem des Kaskade-Abtastsystems als telezen
trisches System aufgebaut, bei dem der Laser-Abtaststrahl ei
nes jeden Laser-Abtastsystems immer senkrecht zur Längsrich
tung auf die fotoleitfähige Trommel auftrifft, insbesondere
orthogonal zu einer Erzeugenden der Trommeloberfläche, so
tritt das vor stehend beschriebene Problem des nicht telezen
trischen Systems nicht auf, jedoch müssen die Laser-Ab
tastsysteme in Hilfsabtastrichtung unterschiedliche Positio
nen einnehmen, um den Winkel des jeweiligen Laser-Abtast
strahls an der fotoleitfähigen Fläche zu differenzieren und
eine gegenseitige Störung der Laser-Abtaststrahlen zu verhin
dern. Ändert die fotoleitfähige Trommeloberfläche bei diesem
Aufbau jedoch ihre Originalposition auch nur geringfügig, so
haben die Abtastlinien zweier Laser-Abtastsysteme auf der
Trommeloberfläche in Hilfsabtastrichtung unterschiedliche Po
sitionen, so daß sie in Hauptabtastrichtung nicht ineinander
übergehen und eine zusammengesetzte Abtastzeile in Hauptab
tastrichtung nicht erzeugt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Kas
kade-Abtastsystem mit zwei Laser-Abtastsystemen anzugeben,
die jeweils ein nicht telezentrisches System sind und bei dem
eine mit beiden Laser-Abtastsystemen erzeugte Abtastzeile
keinen Abstand und kein Überlappen der Teillinien in Hauptab
tastrichtung zeigt, auch wenn die abzutastende Fläche ihre
Position gegenüber einer Originalposition ändert.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Pa
tentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Bei einem Abtastsystem nach der Erfindung ist der Startein
fallswinkel größer festgelegt als der Endeinfallswinkel, und
deshalb ändert sich der Starteinfallswinkel nicht so stark
wie die Positionsänderung der abzutastenden Fläche gegenüber
der Originalposition. Die von den beiden Laser-Abtastsystemen
erzeugten Abtastlinien werden deshalb keinen großen Abstand
zueinander haben und sich auch nicht in Hauptabtastrichtung
überlappen, auch wenn eine Positionsänderung eintritt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher
erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines optischen
Kaskade-Abtastsystems als Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Abtastsystems
nach Fig. 1, und
Fig. 3 den Querschnitt einer Laserstrahl-Kollimatoreinheit
in dem Abtastsystem nach Fig. 1.
Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines optischen
Kaskade-Abtastsystems zum Abtasten der fotoleitfähigen Ober
fläche einer Trommel 10 in einem Laserstrahldrucker. Das Ab
tastsystem enthält zwei Laser-Abtastsysteme 20A und 20B.
Beide Abtastsysteme 20A und 20B sind nicht telezentrische Sy
steme, so daß der Einfallswinkel eines Laser-Abtaststrahls in
jedem Laser-Abtastsystem 20A und 20B relativ zur fotoleitfä
higen Oberfläche der Trommel 10 sich mit einer Änderung der
Position des Abtastpunktes auf der Trommeloberfläche in
Hauptabtastrichtung verändert. Die beiden Laser-Abtastsysteme
20A und 20B haben übereinstimmende optische Elemente oder
Teile, d. h. das erste Laser-Abtastsystem 20A hat eine
Laserkollimatoreinheit 21A als Laserstrahlgenerator, eine zy
lindrische Linse 23A, einen Polygonspiegel 24A, eine fθ-Lin
sengruppe 25A, eine Hilfslinse 26A und einen Spiegel 27A,
während das zweite Abtastsystem 20B eine Laserkollimatorein
heit 21B als Laserstrahlgenerator, eine zylindrische Linse
23B, einen Polygonspiegel 24B, eine fθ-Linsengruppe 25B, eine
Hilfslinse 26B und einen Spiegel 27B enthält. Jede fθ-Lin
sengruppe 25A und 25B besteht aus zwei Linsenelementen, wie
Fig. 1 zeigt. Die Abtastsysteme 20A und 20B sind nebeneinan
der parallel zur Längsachse der Trommel 10 angeordnet und
werden an der flachen Innenwand eines gemeinsamen Gehäuses 35
gehalten.
Die Laserkollimatoreinheiten 21A und 21B sind einander
gleich. Fig. 3 zeigt die Einheit 21A (21B). Jede Einheit 21A
bzw. 21B enthält eine Laserdiode LD und eine Kollimatorlin
sengruppe 22A, 22B mit zwei Linsenelementen.
In jedem Laser-Abtastsystem 20A und 20B wird der von der La
serdiode LD abgegebene Laser-Abtaststrahl mit der Kollimator
linsengruppe 22A bzw. 22B kollimiert. Dann wird dieser kolli
mierte Laser-Abtaststrahl auf die zylindrische Linse 23A bzw.
23B gerichtet, die sich vor der jeweiligen Laserkollimator
einheit 21A bzw. 21B befindet. Die Linse 23A bzw. 23B hat
eine Brechkraft in Hilfsabtastrichtung, so daß der Punkt des
auftreffenden Laserstrahls in derselben Richtung verlängert
wird und so auf den entsprechenden Polygonspiegel 24A bzw.
24B fällt. Die Polygonspiegel 24A, 24B werden jeweils ge
dreht, so daß die auftreffenden Laser-Abtaststrahlen in
Hauptabtastrichtung abgelenkt werden und über die fθ-Linsen
gruppen 25A, 25B sowie die Hilfslinsen 26A, 26B auf die
Spiegel 27A, 27B treffen. An diesen werden sie zur fotoleit
fähigen Trommel 10 hin reflektiert, so daß diese in Hauptab
tastrichtung abgetastet wird.
Jede Hilfslinse 26A, 26B hat eine Brechkraft hauptsächlich in
Hilfsabtastrichtung. Um die Größe des gesamten optischen Sy
stems zu verringern, können die Hilfslinsen 26A und 26B auch
fehlen. In diesem Fall sind die fθ-Linsengruppen 25A, 25B so
ausgebildet, daß sie eine Brechkraft ähnlich der Brechkraft
der Hilfslinsen 26A, 26B haben. In Fig. 2 sind die Hilfslin
sen 26A, 26B nicht dargestellt.
Der Polygonspiegel 24A dreht sich im Uhrzeigersinn, während
sich der Polygonspiegel 24B im Gegenuhrzeigersinn dreht, wie
Fig. 2 zeigt. Die Polygonspiegel 24A und 24B drehen sich also
zueinander entgegengesetzt und tasten die fotoleitfähige
Oberfläche der Trommel 10 ausgehend von ihrer ungefähren
Mitte zum jeweiligen Ende hin in zueinander entgegengesetzten
Richtungen ab. Ein Spiegel 28A ist im Gehäuse 35 ortsfest an
einer Stelle angeordnet, an der er den Laser-Abtaststrahl der
fθ-Linsengruppe 25A empfängt, bevor dieser über die
Hilfslinse 26A und den Spiegel 27A bei jeder durch den rotie
renden Polygonspiegel 24A erzeugten Abtastbewegung auf die
fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 fällt. Der an dem
Spiegel 28A reflektierte Laser-Abtaststrahl fällt auf einen
Laserstrahldetektor 29A, der im Gehäuse 35 ortsfest dem
Spiegel 28A gegenüber angeordnet ist. Ähnlich ist ein Spiegel
28B im Gehäuse 35 ortsfest an einer Stelle angeordnet, an der
er den von der fθ-Linsengruppe 25B abgegebenen Laser-Ab
taststrahl empfängt, bevor dieser über die Hilfslinse 26B und
den Spiegel 27B bei jeder mit dem rotierenden Spiegel 24B er
zeugten Abtastbewegung auf die fotoleitfähige Oberfläche der
Trommel 10 fällt. Der an dem Spiegel 28B reflektierte Laser-Abtaststrahl
fällt auf einen Laserstrahldetektor 29B, der im
Gehäuse 35 ortsfest gegenüber dem Spiegel 28B angeordnet ist.
Die Laserdioden LD der Laserkollimatoreinheiten 21A und 21B
werden jeweils so gesteuert, daß sie den Laser-Abtaststrahl
entsprechend vorgegebenen Bilddaten ein- oder ausschalten, so
daß ein entsprechendes Bild (latentes Ladungsbild) auf der
fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 erzeugt wird. Da
nach kann dieses Bild von der Trommeloberfläche nach einem
konventionellen elektrofotografischen Verfahren auf Normalpa
pier übertragen werden.
Die Polygonspiegel 24A und 24B werden synchron durch die La
serstrahldetektoren 29A und 29B so gesteuert, daß auf der
fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 der Abtast-start
punkt des Laser-Abtaststrahls des ersten Laser-Abtastsystems
20A genau neben dem Abtast-Startpunkt des Laser-Abtaststrahls
des zweiten Laser-Abtastsystems 20B liegt. Beide Startpunkte
entfernen sich dann in Hauptabtastrichtung voneinander und
erzeugen auf diese Weise in einem breiten Bereich eine lange
Abtastzeile auf der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel
10. Mit der Drehbewegung der Trommel 10 synchron mit der
Drehbewegung der Polygonspiegel 24A und 24B werden mehrere
lange Abtastzeilen auf der fotoleitfähigen Oberfläche er
zeugt, wodurch ein latentes Ladungsbild darauf aufgebaut
wird.
In beiden Laser-Abtastsystemen 20A und 20B wird der Einfalls
winkel des Laser-Abtaststrahls an der fotoleitfähigen Ober
fläche der Trommel 10 folgendermaßen vorbestimmt. Der Ein
fallswinkel θ relativ zur fotoleitfähigen Oberfläche liegt
theoretisch im Bereich von mehr als 0° und weniger als 180°.
Zur übersichtlichen Beschreibung wird er jedoch mit 90° oder
weniger angegeben.
Wie Fig. 2 zeigt, sind zwei fächerförmige Bereiche der beiden
Laser-Abtaststrahlen von den rotierenden Polygonspiegeln 24A
und 24B zur fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 symme
trisch in Hauptabtastrichtung relativ zu einer Grenzlinie
zwischen ihnen angeordnet, die über den Punkt läuft, an denen
die beiden Enden zweier Abtastlinien auf der fotoleitfähigen
Oberfläche der Trommel zusammenfallen, welche durch die
beiden Laser-Abtaststrahlen erzeugt werden.
Wenn der Einfallswinkel eines jeden Laser-Abtaststrahls an
der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 an dem vorste
hend genannten Kontaktpunkt θ und der Einfallswinkel an jedem
Ende der langen Abtastzeile β ist, so ist θ größer als β für
das vorliegende Ausführungsbeispiel festzulegen. In diesem
Fall, bei dem der Einfallswinkel θ vorzugsweise nahe 90°
liegt, ändert er sich nicht so stark wie es der Positionsän
derung der Trommel 10 gegenüber ihrer Originalposition ent
sprechen würde. Die mit den beiden Abtastsystemen erzeugten
Abtastlinien haben dann keinen großen Abstand zueinander und
überlappen einander auch nicht in der Hauptabtastrichtung an
dem vorstehend genannten Kontaktpunkt, auch wenn die Trommel
10 ihre Position verändert. Der Einfallswinkel β ändert sich
hingegen stärker als der Einfallswinkel θ, wenn die Trommel
10 gegenüber ihrer Originalposition verstellt wird, da er
kleiner als der Einfallswinkel θ vorgegeben ist. Dies bedeu
tet aber nur, daß die Positionen der Leuchtpunkte der beiden
Laser-Abtaststrahlen auf der fotoleitfähigen Fläche an oder
nahe dem jeweiligen Trommelende stärker variieren als die Po
sitionen der Leuchtpunkte an oder nahe dem oben genannten
Kontaktpunkt. Dies ist aber kein schwerwiegendes Problem.
Der Einfallswinkel θ erfüllt vorzugsweise die folgende For
mel:
(a/2)tanθ<(b+c)/2 (1)
Darin ist
a der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Punkten der Laser-Abtaststrahlen an dem Kontaktpunkt auf der fotoleitfähigen Oberfläche (a ist gleich oder kleiner als der Durchmesser eines Laser-Abtast strahls);
b die Amplitude in mm der Trommel 10 in optischer Rich tung X (Fig. 2) der Laser-Abtaststrahlen infolge ei ner Abweichung der Trommel 10 gegenüber ihrer Origi nalposition durch einen Einbaufehler o. ä.;
c die Amplitude in mm der Trommel in optischer Richtung X infolge allgemeiner Unterschiede der Umfangsfläche (zylindrische Fläche) der Trommel 10. Die optische Richtung X liegt senkrecht zur Hauptabtastrichtung.
a der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Punkten der Laser-Abtaststrahlen an dem Kontaktpunkt auf der fotoleitfähigen Oberfläche (a ist gleich oder kleiner als der Durchmesser eines Laser-Abtast strahls);
b die Amplitude in mm der Trommel 10 in optischer Rich tung X (Fig. 2) der Laser-Abtaststrahlen infolge ei ner Abweichung der Trommel 10 gegenüber ihrer Origi nalposition durch einen Einbaufehler o. ä.;
c die Amplitude in mm der Trommel in optischer Richtung X infolge allgemeiner Unterschiede der Umfangsfläche (zylindrische Fläche) der Trommel 10. Die optische Richtung X liegt senkrecht zur Hauptabtastrichtung.
Im folgenden wird die vorstehend genannte Formel (1) erläu
tert.
In Fig. 2 ist die fotoleitfähige Oberfläche der Trommel 10 in
der Originalposition (Idealposition) als Originalfläche S
dargestellt, wobei zwei Abtastlinien mit den beiden Laser-Ab
taststrahlen erzeugt und genau an der Kontaktstelle kombi
niert werden. Wenn die Trommel 10 z. B. durch einen Fehler die
Position der Originalfläche S in optischer Richtung X um ei
nen Betrag b verändert und in derselben Richtung von der Ide
alposition um die allgemeine Differenz c abweicht, so ist die
größte Abweichung (Verschiebebetrag)
(b+c)/2
Diese größte Abweichung wird auch durch die folgende Formel
angegeben:
(a/2)tanθ
Darin ist
a wie oben angegeben, der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Lichtpunkten zweier Laser-Abtast strahlen an dem vorstehend genannten Kontaktpunkt auf der fotoleitfähigen Oberfläche (a ist gleich oder kleiner als der Durchmesser des Laserstrahls), und
θ wie oben angegeben, der Einfallswinkel eines jeden Laser-Abtaststrahls an der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 an dem oben genannten Kontaktpunkt.
a wie oben angegeben, der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Lichtpunkten zweier Laser-Abtast strahlen an dem vorstehend genannten Kontaktpunkt auf der fotoleitfähigen Oberfläche (a ist gleich oder kleiner als der Durchmesser des Laserstrahls), und
θ wie oben angegeben, der Einfallswinkel eines jeden Laser-Abtaststrahls an der fotoleitfähigen Oberfläche der Trommel 10 an dem oben genannten Kontaktpunkt.
Somit ergibt sich die folgende Gleichung
(a/2)tanθ=(b+c)/2
Damit der größte Abweichungsbetrag (b+c)/2 in den zulässigen
Bereich fällt, muß die obige Formel
(a/2)tanθ<(b+c)/2
erfüllt sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden
nur zwei Laser-Abtastsysteme 20A und 20B zum Erzeugen einer
gemeinsamen Abtastzeile verwendet. Es können aber auch mehr
als zwei Abtastsysteme in Hauptabtastrichtung nebeneinander
angeordnet sein, um eine noch längere Abtastzeile zu erzeu
gen.
Claims (6)
1. Optisches Kaskade-Abtastsystem mit einem ersten Laser-Ab
tastsystem zum Abtasten einer Fläche und Erzeugen einer
ersten Abtastlinie mit einem ersten Laserstrahl, mit ei
nem zweiten Laser-Abtastsystem zum Abtasten der Fläche
und Erzeugen einer zweiten Abtastlinie mit einem zweiten
Laserstrahl, wobei die beiden Abtastlinien an einem Kon
taktpunkt in Hauptabtastrichtung zu einer gemeinsamen Ab
tastzeile zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Laser-Abtastsysteme nicht telezentrische Systeme
sind, in denen sich der Einfallswinkel des jeweiligen La
serstrahls an der abzutastenden Fläche mit einer Positi
onsänderung eines Abtastpunktes des Laserstrahls auf die
ser Fläche in Hauptabtastrichtung ändert, und daß der
Einfallswinkel eines jeden Laserstrahls an der abzuta
stenden Fläche im Bereich des Kontaktpunktes größer als
der Einfallswinkel im Bereich der beiden Enden der ge
meinsamen Abtastzeile festgelegt ist.
2. Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die abzutastende Fläche eine Trommeloberfläche ist.
3. Abtastsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die folgende Formel erfüllt ist:
(a/2)tanθ<(b+c)/2wobei
θ der Einfallswinkel des jeweiligen Laserstrahls an der abzutastenden Fläche im Bereich des Kontaktpunktes ist,
a der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Abtastpunkten der Laserstrahlen an dem Kontaktpunkt ist,
b die Amplitude in mm der Trommelverstellung senkrecht zur Trommellängsachse gegenüber der Originalposition ist, und
c die Amplitude in mm senkrecht zur Trommellängsachse infolge einer allgemeinen Differenz der Trommelum fangsfläche ist.
θ der Einfallswinkel des jeweiligen Laserstrahls an der abzutastenden Fläche im Bereich des Kontaktpunktes ist,
a der zulässige Abweichungsbetrag in mm zwischen den Abtastpunkten der Laserstrahlen an dem Kontaktpunkt ist,
b die Amplitude in mm der Trommelverstellung senkrecht zur Trommellängsachse gegenüber der Originalposition ist, und
c die Amplitude in mm senkrecht zur Trommellängsachse infolge einer allgemeinen Differenz der Trommelum fangsfläche ist.
4. Abtastsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Laser-Abtastsysteme gleichartige opti
sche Elemente enthalten.
5. Abtastsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
zu den optischen Elementen ein Laserstrahlgenerator, ein
Polygonspiegel und eine fθ-Linse gehören.
6. Abtastsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß die Laser-Abtastsysteme symmetrisch angeordnet
sind.
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