DE3042688A1

DE3042688A1 - Optisches abtastgeraet mit einer anordnung von lichtquellen

Info

Publication number: DE3042688A1
Application number: DE19803042688
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokohama Kanagawa Kitamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1980-11-12
Publication date: 1981-05-21
Also published as: DE3042688C2; GB2065914B; GB2065914A; US4474422A

Description

Optisches Abtastgerät mit einer Anordnung von

Lichtquellen

20

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildaufzeichnungs- und Wiedergabe- bzw. -Anzeigegerät, das eine Anordnung von ausgerichteten Lichtquellen, beispielsweise eine Halbleiterlaseranordnung verwendet;

30

Bildaufzeichnungs- und Wiedergabegeräte mit einer einzigen Lichtquelle sind bekannt. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Gerätes, bei dem ein von einem Halbleiterlaser 1 ausgesandter divergenter Lichtstrahl mittels einer Kollimationslinse 2 kollimiert wird und auf einen Dreh-Vielflächenspiegel 3 auftrifft. Der Strahl, der reflektiert und von dem Dreh-Vielflächenspiegel abgelenkt worden ist, wird dann durch ein Abbildungsobjektiv 4, beispielsweise eine fg-Linse usw. auf der abzutastenden Oberfläche 5 fokussiert. Durch Modulieren des Halbleiterlasers kann das gewünschte Bild auf der abzutastenden Oberfläche gebildet werden.

35

MU/rs

Daulich· Bank (München) KIo. 51/61070

130021/0891

- 5 - DE 0810

Wenn eine Anordnung von ausgerichteten Lichtquellen bei einem solchen Gerät verwendet wird, i-rhält man viele Vorteile. Unter dem Ausdruck "eine Anordnung von ausgerichteten Lichtquellen" wird im folgenden ein derartiger Aufbau verstanden, bei dem eine Vielzahl von Halbleiterlasern la, Ib und Ic, die unabhängig angetrieben und moduliert werden, in eine Linie gebracht werden, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn diese Lichtquellen anstelle einer einzigen Lichtquelle verwendet werden, kann man die folgenden Vorteile erhalten:

1. Das Gerät kann mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten, da eine Vielzahl von Abtastzeilen zum Aufzeichnen und Anzeigen verwendet wird.

2. Aus diesem Grund kann der Dreh-Vielflächenspiegel, beispielsweise ein Galvanometerspiegel mit einer niedrigeren Geschwindigkeit betrieben werden.

3. Die Halbleiterlaser können mit einer niedrigeren Leistung betrieben werden, woraus eine erhöhte Lebensdauer resultiert.

Wenn jedoch derartige Lichtquellen bei herkömmlichen optischen Systemen ohne irgendeine Modifikation verwendet werden, treten die im folgenden beschriebenen Nachteile auf.

Fig. 3 erläutert ein Beispiel eines herkömmlichen optischen Systems, bei dem drei Halbleiterlaser la, Ib und Ic als ein Lichtquellenabschnitt 1 verwendet werden. Die von den Halbleiterlasern la, Ib und Ic ausgesandten Strahlen schwingen derart, daß sie maximale Intensität in einer Richtung senkrecht zu der Endfläche "" des Lichtquellenabschnittes 1 abgeben. Wenn die Strahlen durch die Kollimationslinse 2 kollimiert werden,

130021/08Ö1

- 5 - DE 0810

wird lediglich der Strahl des Halbleiterlasers Ib auf der optischen Achse parallel zu der Achse, während die restlichen Strahlen der Halbleiterlaser la und Ic, die außerhalb der Achse angeordnet sind, so kollimiert werden, daß sie die optische Achse mit einem endlichen Winkel θ schneiden. Der Winkel ö kann mittels der folgenden Gleichung erhalten werden:

θ ₌ «Ι (rad) 10

Hierbei ist f die Brennweite der Kollimationslinse, 1 ein (regelmäßiger) Abstand in der Lichtquellenanordnung, und η die Zahl der Lichtquellen. Es ist zu be-

ic achten, daß der Abstand 1 in der Halbleiterlaseranordnung mindestens ungefähr 0,1 mm aufgrund der verschiedenen Probleme sein muß, die aufgrund der Wärmeentwicklung, des Herstellungsverfahrens usw. auftreten. Wenn nun die Brennweite f der Kollimationslinse 10 mm und

2Q die Zahl η der Halbleiterlaser 8 ist, so ist der Winkel θ

J^ — u.Oo rad.. = 4-.6 . 25

Wenn ferner der Abstand d zwischen der Brennebene 6 der Kollimationslinse und dem Vielflächenspiegel 100 mm ist, ist die Lichtaufspreizung Δ auf der Reflexionsoberfläche auf dem Vielflächenspiegel gegeben durch:

Δ = d χ θ = 100 χ 0,08 mm = 8 mm.

Dieser Wert kann nicht vernachlässigt werden. Wenn die Lichtquellen la, Ib, Ic und Id entlang einer Linie angeordnet sind, die parallel oder im wesentlichen

130021/0891

- 7 - DE 0810

parallel zu der ersten Abtastrichtung ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, erhält man als Ergebnis, daß die Lichtflecken auf der Reflexionsoberfläche 3a des Vielflächenspiegels in dessen Drehrichtung aufgespreizt sind, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Folglich hat jeder der durch die Linse 2 kollimierten Strahlen 7a, 7b und 7c eine Menge des reflektierten Lichts pro Drehwinkel & des Vielflächenspiegels 3, die wie in Fig. 6 verteilt ist. Wie man aus Fig. 6 sieht, ist der Bereich des Drehwinkels 26_Q, in dem das Abtasten tatsächlich durchgeführt werden kann, extrem eng im Vergleich mit dem Fall einer einzigen Lichtquelle.

Um dieses Problem zu lösen, muß der Durchmesser des Vielflächenspiegels erhöht werden. Dies bedeutet, daß der Vielflächenspiegel nicht einfach angetrieben werden kann, oder daß der Motor zum Antrieb dieses Spiegels eine höhere Leistung haben muß, was zu einer Erhöhung der Kosten und der Größe führt.

Wenn die Lichtquellen la, Ib, Ic und Id längs einer Linie angeordnet sind, die senkrecht zu der ersten Abtastrichtung ist, wie in Fig. 4B gezeigt ist, kann der Vielflächenspiegel denselben Durchmesser wie bei einer einzigen Lichtquelle haben. Jedoch muß er in seiner Dicke erhöht werden, da die Strahlaufspreizung auf der Reflexionsoberfläche erhöht wird, so daß er sich längs der Drehachse des Vielflächenspiegels verteilt. In gleicher Weise treten deshalb bei einer solchen Anordnung dieselben Probleme auf, als wenn der Vielflächenspiegel einen erhöhten Durchmesser hätte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes optisches Abtastgerät mit einer Anordnung von ausgerichteten Lichtquellen zu schaffen, das eine kleine Ablenkeinrichtung aufweist und das einen kompakten Aufbau hat, der unaufwendig gefertigt werden kann. Hierzu soll

130021/0891

- 8 - DE 081-0

ein verbessertes optisches Abtastgerät des obigen Typs geschaffen werden, das so eingerichtet ist, daß jegliche Abstandsvariation des Strahls auf der abzutastenden Oberfläche aufgrund einer Neigung in der Ablenkoberfläche einer Ablenkeinrichtung oder in der D'rehwelle korrigiert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vielzahl von Lichtstrahlen auf einer so kleinen Fläche wie möglich gesammelt werden, die der Ablenkoberfläche der Ablenkeinrichtung benachbart ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das optische Abtastgerät eine Anordnung aus ausgerichteten Halbleiterlasern als Lichtquellenanordnung, die so eingerichtet ist, daß sie nichtparallele Strahlen emittiert, eine Ablenkeinrichtung wie beispielsweise einen Vielflächenspiegel, einen Galvanometerspiegel oder etwas ähnliches, der eine Polygonablenkoberfläche aufweist, und eine Kollimationslinse zur Kollimation der Strahlen der Lichtquelle auf, die eine Austrittspupille auf der Seite der Ablenkeinrichtung hat, wobei die Lage der Austrittspupille oder eine hierzu konjugierte Stelle extrem nahe der Ablenkoberfläche der Ablenkeinrichtung ist. Anders ausgedrückt, die Erfindung verwendet ein Konzept einer Ab1enk-Abtastfläche, die im Verlauf der Zeit durch die von der Ablenkeinrichtung abgelenkten Strahlen gebildet werden kann. Betrachtet man die Strahlenkomponenten jedes Strahls, der von dem Lichtquellenabschnitt in der Ablenk-Abtastebene ausgesandt wird, so fällt der Hauptstrahl von diesen Strahlkomponenten parallel zu der optischen Achse in die Kollimationslinse ein. Die Kollimationslinse hat eine Brennpunktlage auf der Seite der Ablenkeinrichtung oder einer konjugierten Stelle hierzu, die sehr nahe der Ablenk- und Reflexionsoberfläche der Ablenkeinrichtung ist. Somit kann die Ablenkein-

130021/0881

- 9 - DE 0810

■j richtung dieselbe Größe wie bei einer einzigen Lichtquelle haben, sogar wenn die Zahl der Lichtquellen erhöht ist.

c Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Kollimationslinse bzw. das Kollimationsobjektiv in zwei Gruppen von Linsen geteilt werden, wobei die eine Gruppe mit negativer Brechkraft an einer Stelle dicht bei der Lichtquelle angeordnet ist, während die

IQ andere Gruppe positiver Brechkraft an einer anderen Position dicht bei der Ablenkeinrichtung angeordnet ist, wenn das Kollimationsobjektiv seine kleine Brennweite derart hat, daß die Reflexionsoberfläche der Ablenkeinrichtung nicht nahe bei der Brennpunktiage des Kollimationsobjektivs angeordnet werden kann. Somit kann sich die Primärebene der Kollimationslinsengruppe auf der Seite der Deflektors dem Deflektor so weit wie möglich nähern, so daß der Abstand zwischen beiden erhöht werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist

das optische Abtastgerät in der Lage, eine Korrekturfunktion für jede Neigung dadurch zu haben, daß es einen aus einer Anordnung von ausgerichteten Lichtquellen bestehenden Lichtquellenabschnitt, einen Ablenkabschnitt zur gleichzeitigen Ablenkung der Strahlen des Lichtquellenabschnittes, eine zur gleichzeitigen Abtastung durch die von der Ablenkeinrichtung abgelenkten Strahlen ausgebildete Abtastoberfläche, ein erstes anamorphotisches optisches Bauteil, das zwischen dem Lichtquellen- und Ablenkabschnitt angeordnet ist, und ein zweites anamorphotisches optisches Bauteil aufweist, das zwischen dem Ablenkabschnitt und der Abtastoberfläche angeordnet ist. In einer zu der Ablenk-Abtastebene parallelen Ebene ist die Lage der Pupille in dem ersten anamorphotischen optischen

130021/0091

- 10 - DE 0810

Bauteil auf der Sei ce des Ablenkabschnittes oder in einer hierzu optisch konjugierten Stellung nahe der Polygonablenkoberfläche des Ablenkabschnittes. Somit kann der Ablenkabschnitt eine Ablenkoberfläche geringer Größe haben. Ferner ist das erste anamorphotische optische Bauteil so eingerichtet, daß es bewirkt, daß die auf die Ablenkoberfläche des Ablenkabschnittes einfallenden Strahlen des Lichtquellenabschnittes im wesentlichen parallel in der Ebene parallel zu der Ablenk-Abtastebene sind und daß sie auf die Ablenkoberfläche derart einfallen, daß die Strahlen hierauf in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene abgebildet werden. Folglich wird jeder der Strahlen des Lichtquellenabschnittes auf der Ablenkoberfläche längs einer

'5 Linie in einer Richtung parallel zu ier Ablenk-Abtastebene abgebildet. Jeder der in einer Linie abgebildeten Strahlen wird ferner durch das zweite anamorphotische optische Bauteil auf der Abtastoberfläche abgebildet, um einen besseren Fleck zu bilden. Die Ablenk-

^zu Oberfläche des Ablenkabschnittes wird jetzt an einer optisch konjugierten Lage mit der Abtastoberfläche durch das zweite anamorphotische optische Bauteil in der Ebene parallel zu der Ablenk-Abtastebene gehalten, so daß der Einfluß aufgrund der Neigung in dem Ablenk-

^XJ abschnitt korrigiert werden kann.

Wenn das erfindungsgemäße optische Abtastgerät mit Halbleiterlasern als Lichtquelle versehen ist,

ist es vorzuziehen, daß das erste anamorphotische option

sehe Bauteil eine Kollimationslinse bzw. -objektiv zur Kollimation der Strahlen des Lichtquellenabschnittes und eine Zylinderlinse aufweist, die die Lichtkomponenten der parallelen Strahlen der Kollimationslinse konvergiert, die in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-

Abtastebene angeordnet sind.

130021/0891

- 11 - DE 0810

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel eines herkömmlichen optischen

Abtastgerätes,

Fig. 2 ein Beispiel einer Halbleiterlaseranordnung,

Fig. 3, 4A, 4B, 5 und 6 verschiedene Nachteile

herkömmlicher Lichtquellen, die in einer Anordnung ausgerichtet sind,

Fig. 7 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Systems,

Fig. 8 eine Vorderansicht des in Fig. 7 gezeigten Lichtquellenabschnittes,

Fig. 9A und 9B einen KoIlimationsobjektivaufbau,

der bei dem erfindungsgemäßen optischen System verwendet werden kann,

Fig. 1OA und 1OB ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen optischen Abtast

systems,

Fig. 11 ein bei dem optischen Abtastsystem gemäß Fig. 10 verwendetes afokales System,

Fig. 12 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

130021/0891

30A2688

- 12 - DE 0810

Fig. 13A und 13B weitere Ausführungsbeispiele der

Erfindung,

Fig. 14A, 14B und 15A, 15B die Positionsbeziehung zwischen einer Kollimationslinse und

einer Zylinderlinse in dem optischen Abtastsystem gemäß Fig. 13,

Fig. 16A und 16B die Positionsbeziehung in dem optischen Aufbau zwischen einem Lichtquel

lenabschnitt und einem Ablenkabschnitt in dem optischen Abtastsystem gemäß Fig. 13,

Fig. 17A und 17B das optische Abtastsystem gemäß Fig. 10, wobei das afokale optische

System eine Korrekturfunktion für die Neigung hat, und

Fig. 18 ein einstückig ausgebildetes erfindungsgemäßes optisches Abtastgerät.

Fig. 7 zeigt eine Aufsicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Abtastgerätes. Das Gerät weist einen Lichtquellenabschnitt 11 auf, der aus einer Vielzahl von Halbleiterlasern besteht, die in einer Anordnung ausgerichtet sind. Die Emissionsfläche 12 des Lichtquellenabschnittes 11 ist in einer Brennebene eines Kollimationsobjektivs 13 angeordnet. Fig. 8 zeigt eine Ansicht, in der die Emissionsfläche 12 von der Seite des Kollimationsobjektivs 13 betrachtet wird. Es ist zu bemerken, daß die Lichtemissionsabschnitte 11a, 11b und lic in einer zunehmend angenäherten Stellung relativ zu der Drehwelle eines Polygon-Vielflächenspiegels 14 sind. Ein Hauptstrahl in dem von jedem Lichtemissionsabschnitt ausgesandten Strahl trifft auf

130021/0891

- 13 - DE 0810

] das Kollimationsobjektiv 13 derart auf, daß er parallel zu der optischen Achse des Kollimationsobjektivs 13 ist. Die Brennpunktlage des Kollimationsobjektivs 13 auf der Seite des Polygonspiegels 14, der an einer einer Austrittspupille des Kollimationsobjektivs 13

entsprechenden Stelle bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel angebracht ist, ist nahe der Ablenkoberfläche 14b des Polygonspiegels zur Ablenkung der Strahlen. Die von dem Polygonspiegel 14 abgelenkten Strahlen werden durch IQ ein Abbildungsobjektiv 15 auf einer photoempfindlichen Oberfläche 16 eines zylindrischen Photoempfängers abgebildet.

Wenn die Reflexionsoberfläche 14b des Polygonspiegels 14 nicht an einer Stelle nahe der Brennpunktposition 17 des Kollimationsobjektivs 13 angeordnet werden kann, da die Brennweite des Kollimationsobjektivs 13 zu kurz ist, kann dieses Problem durch eine Anordnung gemäß Fig. 9A und 9B gelöst werden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 9A ist die Primär- oder Hauptebene 18 des Kollimationsobjektivs 13 an einer Stelle so dicht wie möglich an der Ablenkeinrichtung angeordnet, so daß die Brennweite f des Kollimationsobjektivs 13 kleiner als ein Abstand a zwischen der Brennebene 17 des KoIlimationsobjektivs 13 und dessen Endfläche auf der Seite der Ablenkeinrichtung ist. Fig. 9B zeigt einen Aufbau des Kollimationsobjektivs 13, der die in Fig. 9A gezeigte Anordnung unterstützt. Bei diesem Aufbau ist das .Kollimationsobjektiv 13 in zwei Gruppen von Linsen 13a und 13b geteilt, wobei eine Linsengruppe 13a mit negativer Brechkraft nahe bei dem Lichtquellenabschnitt angeordnet ist, während die andere Linsengruppe 13b mit positiver Brechkraft nahe der Ablenkeinrichtung angeordnet ist. Als Ergebnis wird die Primär- bzw. Hauptebene 18 in Richtung auf die Ablenkeinrichtung verschoben, so

130021/0891

- 14 - DE 081G

daß der Abstand zwischen der Ablenkeinrichtung und dem Kollimationsobjektiv erhöht werden kann. Somit kann, sogar wenn die Brennweite des Kollimationsobjektivs 13 zu kurz ist, die Ablenkoberfläche der Ablenkeinrichtung nahe der Brennebene 17 des Kollimationsobjektivs 13 angeordnet werden.

Fig. 1OA zeigt eine Aufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Abtastgeräts; Fig. 1OB zeigt eine Vorderansicht dieses Ausführungsbeispiels, bei dem eine Lichtemissionsfläche

23 eines Halbleiterlaser aufweisenden Lichtquellenabschnittes 21 von einem Kollimationsobjektiv 22 betrachtet wird. Wie in Fig. 1OB gezeigt ist, sind die Lichtemissionsabschnitte 23a, 23b und 23c, die alle Halbleiterlaser sind, gegeneinander ein wenig in senkrechter Richtung verschoben, wenn sie längs der optischen Achse des Kollimationsobjektivs 22 betrachtet werden. Die aus den Lichtemissionsabschnitten austretenden Strahlen 21a, 21b und 21c werden durch das Kollimationsobjektiv kollimiert und gehen dann durch die Austrittspupille 24 hindurch, um auf ein afokales System 25 aufzutreffen, das zwei positiven Linsenelementen 25a und 25b besteht. Das afokale System 25 ist so eingerichtet, daß es parallele Strahlen aussendet. In bezug auf das afokale System 25 ist die Austrittspupille

24 des Kollimatorobjektivs 22 optisch konjugiert mit der Ablenk- und Reflexionsoberfläche 26a eines Polygonspiegels 26. Als Ergebnis wird das Bild der Austrittspupille 24 nahe der Ablenk- und Reflexionsoberfläche 26a gebildet. Anschließend werden die Strahlen durch den Polygonspiegel 26 zum Abtasten abgelenkt und dann durch das Abbildungslinsensystem 27 auf einen Photoempfängertrommel 28 abgebildet, die die abzutastende

*" Oberfläche bildet. Deshalb wird die Trommeloberfläche durch eine Vielzahl von Strahlflecken abgetastet, wenn der Polygonspiegel gedreht wird. Da die Lichtemissionsabschnitte auf unterschiedlichen Niveaus in Vertikal-

13 0 Ö 2 1 / 0 8 9 1

- 15 - DE 0810

richtung angeordnet sind, wie in Fig. 1OB gezeigt, werden die auf der Trommel abgebildeten Strahlflecken ebenfalls leicht gegeneinander in einer zur Zeichenebene senkrechten Richtung verschoben.

Fig. 11 zeigt das Prinzip des afokalen Systems

25, das aus einer positiven Linsengruppe 25a mit einer Brennweite fa und einer positiven Linsengruppe 25b mit einer Brennweite fb besteht. Die Austrittspupille 24 des Kollimationsobjektivs 22 ist in der vorderen Brennebene der positiven Linsengruppe 25a angeordnet, während die Ablenk- und Reflexionsoberfläche 26a der Ablenkeinrichtung 26 in der rückwärtigen Brennebene der positiven Linsengruppe 25b angeordnet ist. Die Linsengruppen 25a und 25b sind voneinander um die Summe (fa + fb) der Brennweiten fa, fb beabstandet. Bei einer derartigen Anordnung kann die konjugierte Ebene der Austrittspupille 24 des Kollimationsobjektivs 22 auf der Reflexionsoberfläche der Ablenkeinrichtung 26 gebildet werden. Dies ist in den folgenden Punkten vorteilhafter, als wenn die Ablenkoberfläche 26a der Abtasteinrichtung direkt auf der Austrittspupillen-Ebene 24 des Kollimationsobjektivs angeordnet ist.

(i) Dadurch, daß die Brennweite fb der hinteren Linsengruppe 25b größer als die Brennweite fc des Kollimationsobjektivs 22 ist, kann der Raum zwischen dem afokalen Linsensystem und der Ablenkeinrichtung vergrößert werden, was zu einer Vereinfachung beim Entwurf führt.

(ii) Durch Ändern der Brennweiten fa, fb der vorderen und der hinteren Linsengruppen 25a, 25b in dem afokalen Linsensystem 25, kann die Winkelvergrößerung γ zusätzlich geändert

werden, wie dies durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird:

130021/0891

- 16 - DE 0810

*■- §- n

Hierbei ist 8a der Einfallswinkel in die vordere Linsengruppe und 9b der Austrittswinkel aus der hinteren Linsengruppe. Wenn beispielsweise die Winkelvergrößerung \f verringert wird, wird ein Abstand J" zwischen benachbarten Bildflecken auf der Abbildungsoberfläche ebenfalls verringert, wie dies durch die folgende Gleichung gegeben ist:

^{lc ±c}

Deshalb wird die Flexibilität beim Entwurf erhöht.

Fig. 12 zeigt eine Aufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Abtastsystems, wobei ein afokales System 29 zwei Parabolspiegel 29a und 29b aufweist. Dieses afokale System hat dieselbe Funktion wie das vorstehend erwähnte afokale Linsensystem und wird deshalb nicht weiter beschrieben.

Fig. 13A und 13B zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem das optische Abtastgerät eine Neigungskorrekturfunktion hat. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das optische Abtastgerät einen Lichtquellenabschnitt 31 auf, der aus einer Anordnung aus ausgerichteten Halbleiterlasern als einer Vielzahl

130021/OS91

- 17 - DE 0810

von Lichtquellen aufgebaut ist. Die Lichtemissionsfläche 32 des Lichtquellenabschnittes 31 ist in der einen Brennebene eines Kollimationsobjektives 33a angeordnet, das ein anamorphotisches optisches System 33 ··:-f inier t. Die von den Halbleiterlasern ausgesandten Strahlen werden durch das Kollimationsobjektiv 33a kollimiert und gehen dann durch eine Zylinderlinse 33b, um auf einen Dreh-Vielflächenspiegel 34 aufzutreffen. Die von dem Dreh-Vielflächenspiegel 34 reflektierten Strahlen werden durch ein Abbildungsobjektiv 35 auf einer Photoempfängertrommel 36 abgebildet.

Erfindungsgemäß ist die Lage einer Pupille des Kollimationsobjektives 33a auf der Seite des Dreh-Vielflächenspiegels oder eine optisch mit dieser Pupille konjugierte Lage ict äußerst nahe der Reflexionsoberfläche 34b des Dreh-Vielflächenspiegels 34 in einer Ablenk-Abtastebene, in der die Strahlen durch den Dreh-Vielflächenspiegel abgelenkt werden, d. h. in der Ebene von Fig. 13A. Anders ausgedrückt, der Lichtquellenabschnitt ist relativ zu dem Kollimationsobjektiv derart angeordnet, daß ein Hauptstrahl eines jeden Strahles von dem entsprechenden Lichtemissionspunkt in dem Lichtquellenabschnitt durch das Kollimationsobjektiv 33a parallel zu dessen optischer Achse durchgeht. Zusätzlich ist die Reflexionsoberfläche 34b des Dreh-Vielflächenspiegels 34 äußerst nahe dem Brennpunkt des KoIlimationsobjektivs. Bei einer derartigen Anordnung ist die Strahlaufspreizung auf der Reflexionsoberfläche der Ablenkeinrichtung dieselbe wie bei einer einzigen Lichtquelle, sogar wenn die Zahl der Lichtquellen erhöht wird.

130021/0891

- 18 -■ DE 0810 ·

Wie in Fig. 13E gezeigt ist, hat die Zylinderlinse 33b ihre Brechkraft in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene; diese Brechkraft bewirkt, daß die Strahlen der Laser ein lineares Bild auf der Reflexionsoberfläche 34b des Vielflächenspiegels 34 in einer Richtung senkrecht zu dessen Drehwelle 34a bilden. Dies bedeutet, daß irreguläre Abstände in den Bildern aufgrund irgendeiner Neigung in der Reflexionsoberfläche des Dreh-Vielflächenspiegels optisch so korrigiert werden können, wie es beispielsweise in der US-PS 3 750 189 beschrieben ist. Anders ausgedrückt, die Reflexionsoberfläche 34b des Dreh-Vielflächenspiegels ist nahe der Brennebene des Kollimationsobjektivs in der Ablenk-Abtastebene und bei der Brennebene der Zylinderlinse 33b in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene angeordnet.

Das Abbildungsobjektiv 35 ist ähnlich ein anamorphotisches System und so eingerichtet, daß es bewirkt, daß die von der Reflexionsoberfläche 34b reflektierten parallelen Strahlen Bilder auf der Photoempfängertrommel 36 in der Ablenk-Abtastebene bilden und daß ferner die Reflexionsoberfläche 34b in einer optisch konjugierten Beziehung mit der Oberfläche der Photoempfänger-

trommel 36 in der Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene gehalten wird.

Wie aus dem vorstehenden ersichtlich ist, wird erfindungsgemäß ein optisches Abtastgerät geschaffen, das mit einem Dreh-Vielflächensp.iegel versehen ist, der mit höherer Geschwindigkeit gedreht wird und bei dem irreguläre Abstände aufgrund irgendeiner Neigung in der Reflexionsoberfläche des Dreh-Vielflächenspiegels positiv korrigiert werden können. Bei einer tatsächliehen Anwendung ergibt sich jedoch ein Problem in der Anordnung, wenn es gewünscht ist, daß die Brennweite

130021/0891

- 19 - DE 0813

fa¹ der Zylinderlinse 33b langer als die Brennweite fc des Kollimationsobjektivs ist. Die Erfindung löst auch dieses Problem.

Die Fig. 14A, 14B, 15A und 15B zeigen Lösungen des obigen Problems. Die Fig. 14A und 14B zeigen eine Lösung, wenn die Brennweite fa¹ der Zylinderlinse kurzer als die Brennweite fc des Kollimationsobjektivs ist. Bei dieser Lösung ist die Zylinderlinse 33b zwisehen dem Kollimationsobjektiv 33a und der Ablenkoberfläche 33b des Dreh-Vielflächenspiegels 34 derart angeordnet, daß die Brennebene des Kollimationsobjektivs im wesentlichen koinzident mit der der Zylinderlinse 33b ist. Fig. 14B zeigt die optischen Wege in der Ablenk-Abtastebene, die lediglich durch die Hauptstrahlen 37a, 37b und 37c der entsprechenden Lichtemissionsabschnitte dargestellt sind.

Wenn es gewünscht wird, daß die Brennweite fa¹ des Zylinderobjektivs länger als die des Kollimationsobjektivs ist, wird andererseits das Zylinderobjektiv 33b in eine konvexe Linse 33c und eine konkave Linse 33d unterteilt, wie dies in Fig. 15A gezeigt ist. Bei einer derartigen Anordnung kann die Primärebene des Zylinderobjektivs auf der Seite des Lichtquellenabschnittes derart angeordnet werden, daß das Zylinderobjektiv 33b zwischen dem Kollimationsobjektiv 33a und dem Dreh-Vielflächenspiegel 34 angeordnet ist, wie dies in Fig. 15A gezeigt ist. Fig. 15B zeigt die optisehen Wege in der Ablenk-Abtastebene, die lediglich durch die Hauptstrahlen 38a, 38b und 38c dargestellt sind.

130021/0891

- 20 - DE 0810

Bei der Entwicklung dieser Lösungen sollen die folgenden Punkte unter Bezugnahme auf die Fig. 16A und 16B erläutert werden.

(1) Betrachtet man ein insgesamt durch das Kollimations- und das Zylinderobjektiv gebildetes Kondensorobjektiv 39, so sind der Lichtemissionspunkt 32 des Halbleiterlasers und die Reflexionsoberfläche 34b des Dreh-Vielflächenspiegels in bezug auf eine Richtung konjugiert, die senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene ist, wie dies in Fig. 16A gezeigt ist.

(2) Ein im Unendlichen liegender Objektpunkt und die Reflexionsoberfläche 34b des Dreh-Vielflächenspiegels sind konjugiert in einer Ebene, die senkrecht zu der letztgenannten Richtung ist, wie dies in Fig. 16B gezeigt ist.

Wenn das Kondensorobjektiv so ausgelegt ist, daß es die oben genannten beiden Funktionen erfüllt, so kann es auf der Einfallsseite als ein optisches System zur Korrektur von irgendwelchen Neigungen in der Ablenkoberfläche herrührenden Irregularitäten dienen, wenn eine Vielzahl von Lasern verwendet wird. Es ist somit nicht notwendig, die Strahlen von dem Objektiv 33a zu kollimieren. Als Ergebnis hiervon können die Objektive frei ausgelegt werden. Ferner kann eine Scharfeinstellung dadurch eingestellt werden, daß das gesamte Kondensorobjektiv defokussiert wird.

Fig. 17 zeigt ein Beispiel des afokalen Systems 25, dem eine Funktion zur Korrektur von irgendwelchen Neigungen in dem System herrührenden Irregularitäten gegeben ist, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Fig.

17A zeigt die optischen Wege in der Ablenk-Abtastebene, während Fig. 17B die optischen Wege in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene darstellt. Wie

130021/0891

- 21 - DE 0810

j in den Fig. 17A und 17B gezeigt ist, werden die Komponenten der Äbtaststrahlen in Richtung der optischen Achse, d. h. in einer Richtung senkrecht zu der Ablenk-Abtastrichtung auf der Ablenk- und Reflexionsoberfläche c 26a der Ablenkeinrichtung 26 in einer linearen Konfiguration abgebildet. Um dies zu erreichen, wird die in Fig. 1OA gezeigte positive Linse 25a durch eine Zylinderlinse 25a' ersetzt, deren Erzeugungslinie senkrecht zu der Drehachse der Ablenkeinrichtung, d. h. der Ab-•jQ lenk-Abtastebene ist. In der in Fig. 17A gezeigten Ablenk-Abtastebene werden die Strahlen abgebildet, wie im Fall der Fig. 1OA. In einer Ebene senkrecht zu der Ablenkoberfläche werden andererseits die Strahlen von dem Kollimationsobjektiv nicht durch die positi-

■J5 ve Zylinderlinse 25a¹ abgebildet, sondern durch die positive Linse 25b gesammelt, um ein lineares Bild auf der Ablenköberflache 26a zu bilden. In einem derartigen afokalen System ist das Abbildungslinsensystem 27 anamorphotisch darin, daß das lineare Bild auf der Ablenk- und Reflexionsoberfläche 26a optisch konjugiert mit der Photoempfängertrommel 28 in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene gehalten wird. Dementsprechend werden die Strahlen nicht nachteilig durch irgendeine Neigung in der Ablenk- und Reflexionsoberfläche in der Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene beeinflußt. In der Ablenk-Abtastebene des Abbildungslinsensystems 27 werden andererseits die Strahlen, die von der Ablenk- und Reflexionsoberfläche 26a abgelenkt werden, auf der Photoempfängertrommel 28 abgebildet, wie dies in Fig. 1OA gezeigt ist. In diesem Zusammenhang kann der Parabolspiegel 29a durch einen Parabolspiegel mit Zylinderkonfiguration ersetzt werden, so daß die vorstehende Korrektur in bezug auf irgendwelche Neigungen durchgeführt wird.

130021/0881

- 22 - DE 0810

Fig. 18 zeigt in einem Schaubild eine einstückige Einheit, in die das in Fig. 7 gezeigte optische System eingebaut ist. In einer derartigen einstückigen Einheit ist die Ablenkeinrichtung in einem Gehäuse 19

befestigt, an dem Gehäuse 13a und 15a für die Kollimationslinse 13 und das Abbildungslinsensystem 15 angebracht sind. Die Halbleiterlaseranordnung 11 ist an
dem Gehäuse 13a der Kollimationslinse befestigt. Diese einstückige Einheit kann genauer in einer Weise ange-

IQ bracht werden, daß die relativen Positionsbeziehungen zwischen den optischen Elementen nicht durch irgendeine äußere Ursache, wie beispielsweise Schwingungen usw. gestört wird.

Vorstehend ist das erfindungsgemäße optische Abtastgerät mit einem kompakten Aufbau beschrieben worden, das einen aus einer Anordnung von ausgerichteten Lichtquellen bestehenden Lichtquellenabschnitt, einen Kollimationsabschnitt zur Kollimierung der Strahlen

aus d^em Lichtquellenabschnitt, einen Ablenkabschnitt zum Ablenken der kollimierten Strahlen aus dem Kollimationsabschnitt und einen Abbildungsabschnitt aufweist, der bewirkt, daß die abgelenkten Strahlen ein Bild
auf einer abzutastenden Oberfläche bilden, wobei der Kollimationsabschnitt eine Austrittspupille aufweist, die äußerst nahe bei der Ablenkoberfläche des Ablenkabschnittes angeordnet ist.

130021/0891

Claims

TlEDTKE - BOHLING - KlNNE

Dipl.-ing. H.Tiedtke

/OCQQ Dipl.-Chem. G. Bühling

H Z 0 Q Q Dipl.-ing. R. Kinne

Dipl.-ing. R Grupe Dipl.-ing. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

12. November 1980 DE 0810

Patentansprüche

fr-

I lJ Optisches Abtastgerät, gekennzeichnet durch

einen Lichtquellenabschnitt (11· 21; 31), der aus einer Vielzahl von Lichtquellen besteht, die in einer Anordnung ausgerichtet sind, einen Kollimationsabschnitt (13; 22; 33) zur Kollimierung der Lichtstrahlen aus dem Lichtquellenabschnitt, eine Ablenkeinrichtung (14; 26; 34) mit einer Ablenkoberfläche, die gleichzeitig durch eine Vielzahl von Strahlen aus dem Kollimationsabschnitt abgetastet wird, und die nahe bei der Austrittspupille (24) des Kollimationsabschnittes angeordnet ist, und ein optisches Abbildungssystem (15; 27; 35), durch das die Strahlen aus der Ablenkeinrichtung auf der abzutastenden Oberfläche (16; 28;

36) abgebildet werden.
2. Abtastgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimationsabschnitt aus einer Linse mit negativer Brechkraft, die auf der Seite des Lichtquellenabschnittes angeordnet ist, und einer weiteren Linse mit positiver Brechkraft besteht, die auf der Seite der Ablenkeinrichtung angeordnet ist.
3. Optisches Abtastgerät, gekennzeichnet durch einen Lichtquellenabschnitt (11; 21; 31) mit einer Vielzahl von Lichtquellen, die in einer Anordnung ausgerichtet sind, einen Kollimationsabschnitt (13; 22;

^m/rs 130021/0881

D«ut§ct>· B«<* (München) Wo. 51/ei 070 Orwdmr Bank (MOncten) Wo. 38388« PoMKhKk (München) Wo. 870-43-804

33) zur Kollimierung der Lichtstrahlen aus dem Lichtquellenabschnitt, eine Ablenkeinrichtung (14; 26; 34), die so eingerichtet ist, daß sie von den Strahlen aus dem Kollimationsabschnitt abgetastet wird, ein optisches Abbildungssystem (15; 27; 35), durch das die Strahlen aus der Ablenkeinrichtung auf der abzutastenden Oberfläche abgebildet werden, und ein zwischen dem Kollimationsabschnitt und der Ablenkeinrichtung angeordnetes afokales optisches System (25), das die Austrittspupille des Kollimationsabschnittes optisch konjugiert mit der Ablenkoberfläche der Ablenkeinrichtung hält.
4. Optisches Abtastgerät, gekennzeichnet durch einen Lichtquellenabschnitt (11; 21; 31) mit einer Vielzahl von ausgerichteten Halbleiterlasern, ein Kollimationsobjektiv (13; 22; 33) zur Kollimierung der Strahlen der Halbleiterlaser, dessen optische Achse parallel zu den Hauptstrahlen der Halbleiterlaser angeordnet ist, eine Ablenkeinrichtung (14; 26; 34) mit einer Ablenkoberfläche, die in der Brennebene des Kollimationsobjektivs angeordnet ist, und ein optisches Abbildungssystem, durch das die Vielzahl von durch die Ablenkeinrichtung abgelenkten Strahlen auf der abzutastenden Oberfläche (16; 28; 36) abgebildet wird.
5. Abtastgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollimationsobjektiv derart ausgebildet ist, daß seine negative Brechkraft auf der Seite

"^u des Lichtquellenabschnittes vorgesehen ist, während seine positive Brechkraft auf der Seite der Ablenkeinrichtung vorgesehen ist.
6. Optisches Abtastgerät, gekennzeichnet durch

einen Lichtquellenabschnitt (11; 21; 31) mit einer Vielzahl von Lichtquellen, die in einer Anordnung ausgerichtet sind, eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken der Lichtstrahlen des Liahtquellenabschnittes in eine

130021/0891

- 3 - DE 0810

bestimmte Richtung, eine Oberfläche, die so eingerichtet ist, daß sie gleichzeitig durch die Vielzahl von Strahlen abgetastet wird, die von der Ablenkeinrichtung abgelenkt worden sind, und ein anamorphotisches optisches Bauteil, das zwischen dem Lichtquellenabschnitt und der Ablenkeinrichtung angeordnet ist, wobei das anamorphotische optische Bauteil so eingerichtet ist, daß es bewirkt, daß die Strahlen von dem Lichtquellenabschnitt auf die Ablenkoberfläche der Ablenkeinrichtung in einem parallelen Zustand in einer Ebene parallel zu der Ablenk-Abtastebene einfallen, in der die Ablenkeinrichtung durch die Lichtstrahlen abgetastet wird, und daß es ferner bewirkt, daß die Lichtstrahlen des Lichtquellenabschnittes auf der Ablenkcberfläche in einer Ebene senkrecht zu der Ablenk-Abtastebene abgebildet werden, wobei die Austrittspupille des anamorphotischen optischen Bauteils in der Ablenk-Abtastebene auf der Ablenkoberfläche der Ablenkeinrichtung angeordnet ist.
7. Abtastgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquellenabschnitt eine Halbleiterlas er anordnung ist, und daß das anamorphotische optische Bauteil aus einem KoIlimationsobjektiv zur Kollimierung der Lichtstrahlen der Halbleiterlaseranordnung und einem Zylinderobjektiv mit einer Erzeugungslinie besteht, die parallel zu der Ablenk-Abtastebene ist.

130021/0891