DE3836005A1

DE3836005A1 - Optische abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE3836005A1
Application number: DE3836005A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Nakajima
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1987-10-22
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1989-05-03
Also published as: JPH01108518A; DE3836005C2; US4932732A

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Abtasteinrichtung und betrifft insbesondere eine nach einem Objektiv vorgesehene optische Abtasteinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine nach einem Objektiv vorgesehene optische Abtasteinrich tung, bei welcher eine Polygonal-Linsenanordnung verwendet ist, welche als rotierender Ablenkmechanismus fungiert.

Es sind zur Zeit elektrophotographische Kopiergeräte und Hardcopy-Geräte bekannt. Bei einem elektrophotographischen Kopiergerät wird ein Bild auf gängiges Papier aufgezeich net, welches kein spezielles Papier, wie beispielsweise Entwicklungspapier ist. Ein optischer Drucker, ein digita ler Kopierer oder ein Faksimilegerät sind Beispiele von solchen elektrophotographischen Kopierern. Bei einem Hard copy-Gerät wird ein elektrisch verarbeitetes Bild auf einem Film, auf Entwicklungspapier u.ä. aufgezeichnet. Diese Ge räte werden weiter entwickelt, damit sie kompakter und da durch wirtschaftlicher werden. Um derartige Geräte zu er halten, muß eine optische Abtasteinrichtung oder ein opti scher Scanner in der Größe verkleinert werden. In einem optischen Scanner wird ein modulierter Lichtstrahl direkt auf einem Speichermedium oder einem Zwischenmedium abge tastet, so daß auf diesem ein Bild erzeugt wird.

Üblicherweise wird bei den meisten optischen Scannern ein Polygonalspiegel benutzt. Ein Beispiel hierfür wird anhand von Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 weist eine Lichtquelle 1 einen durch eine Laserdiode gebildeten lichtemittierenden Teil 2 und eine Kollimatorlinse 3 auf. Ein paralleler Licht strahl wird von der Kollimatorlinse 3 extrahiert. Der para llele Lichtstrahl geht durch eine Zylinderlinse 4 hindurch und trifft dann auf einen optischen Scanner 7. Der optische Scanner 7 weist einen Polygonalspiegel 6 auf, welcher von einem Scannermotor 5 so angetrieben wird, daß er sich mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit in Pfeilrichtung dreht. Ein auftreffender Lichtstrahl von der Zylinderlinse 4 wird an dem Polygonalspiegel 6 reflektiert und in einen Abtast lichtstrahl geändert, was durch eine ausgezogene Linie an gezeigt ist. Der Abtastlichtstrahl wird durch eine f R-Linsen anordnung 8 gebrochen und geht dann durch eine longitudinale Zylinderlinse 9 hindurch. Dann tastet der Abtastlichtstrahl eine photoempfindliche Trommel 10 in Richtung eines ge strichelt wiedergegebenen Pfeiles ab. Diese Richtung ist die Hauptabtastrichtung. Mit einer gestrichelten Linie 11 ist eine Abtastzeile auf der Umfangsfläche der photoempfind lichen Trommel 10 bezeichnet. Ein abgetasteter Teil der pho toempfindlichen Trommel 10 wird belichtet. Die photoempfind liche Trommel 10 wird durch einen (nicht dargestellten) Hauptmotor in Richtung eines ausgezogenen wiedergegebenen Pfeils gedreht. Diese Richtung ist eine Unterabtastrichtung. Auf diese Weise wird ein Bild auf der Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10 erzeugt.

Bei dem vorstehend beschriebenen optischen Abtaster ist ein vor einem Objektiv bzw. einer Linsenanordnung vorge sehenes optisches System verwendet, in welchem die f R-Linsen anordnung 8 (eine bilderzeugende Linsenanordnung) zwischen dem optischen Scanner 7 und der photoempfindlichen Trommel 10 angeordnet ist. Der optische Scanner 7 der Fig. 1 hat den einen Vorteil, daß eine Abtastgeschwindigkeit mit Hilfe der f R-Linsenanordnung 8 optisch ausgeglichen werden kann. Andererseits muß eine entsprechend große f R-Linsenanordnung verwendet werden, da der Abtastlichtstrahl von der f R-Lin senanordnung 8 die gesamte Umfangsfläche der photoempfind lichen Trommel 10 in der angegebenen Pfeilrichtung abtasten muß. Aus diesem Grund ist es schwierig, einen kompakten und wirtschaftlichen optischen Scanner herzustellen.

Um die vorstehend beschriebenen Nachteile zu verringern, ist ein nach einem Objektiv angeordneter optischer Scanner vor geschlagen worden (siehe die japanischen Patentanmeldungen 61-1 56 020 und 61-2 42 459). Bei dieser nach dem Objektiv ange ordneten, optischen Abtasteinrichtung wird anstelle der f R- Linse eine bilderzeugende Linsenanordnung verwendet, die zwischen einer Lichtquelle und einem optischen Scanner an geordnet ist. Eine übliche, nach dem Objektiv angeordneten, optischen Abtasteinrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 sind die Teile, welche dieselben sind, wie in Fig. 1, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. 2 ist eine bilderzeugende Linsenanordnung 12 zwi schen der Lichtquelle 1 und dem optischen Scanner 7 ange ordnet. Die in Fig. 1 dargestellte f R-Linse 8 ist entfal len. Durch die bilderzeugende Linsenanordnung 12 wird ein Lichtpunkt des parallelen Lichtstrahls auf der Umfangsflä che der photoempfindlichen Trommel 10 erzeugt. Die Linsen anordnung 12 kann durch eine bilderzeugende Linse mit ei nem kleineren Durchmesser gebildet sein, da die bilder zeugende Linsenanordnung 12 den parallelen Strahl behandelt, welcher sich nicht weit ausbreitet. Mit der Anordnung der Fig. 2 kann ein kompakter und wirtschaftlicher optischer Scanner hergestellt werden.

Der herkömmliche nach dem Objektiv angeordnete, optische Scanner hat jedoch die nachstehend beschriebenen Nachteile. In der Anordnung der Fig. 2 ist die Brennweite der bilder zeugenden Linsenanordnung 12 konstant, und der Abstand zwi schen der Linsenanordnung 12 und einem Reflexionspunkt auf dem Polygonalspiegel 6 ist ebenfalls konstant. Daher wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, (wobei die longitudinale Zylinderlinse 9 der Einfachheit halber weggelassen ist) eine Ortskurve des Lichtpunkts, welcher durch die Drehung des Polygonalspiegels 9 erzeugt worden ist, als ein Bogen abge bildet. Eine Mitte der Ortskurve in Form des Bogens ist der Reflexionspunkt 13 des Polygonalspiegels 6. Die bogenförmige Ortskurve hat einen Radius, welcher dem Abstand zwischen dem Reflexionspunkt 13 und der lichtempfindlichen Trommel 10 ent spricht. Dadurch entsteht die Krümmung auf einer bilderzeu genden Oberfläche S. Die Krümmung der bilderzeugenden Flä che ist nicht groß in der Nähe eines Zentrums C der Projek tionsebene, welche die Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10 ist. jedoch wird, je größer ein Ablenkwinkel R ist, ein Abstand m zwischen der Projektionsebene und der bilderzeugenden Fläche S größer. Folglich wird der Licht fleck des Abtastlichtstrahls auf der Projektionsbene unscharf.

Durch die Erfindung soll daher eine optische Abtastein richtung geschaffen werden, in welcher die vorstehenden Nach teile eliminiert sind, und eine Krümmung einer bilderzeugen den Fläche beseitigt ist. Ferner soll gemäß der Erfindung eine kompaktere und wirtschaftlichere optische Abtastein richtung geschaffen werden. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer optischen Abtasteinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des jeweiligen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der auf die beiden Ansprüche 1 und 4 un mittelbar oder mittelbar rückbezogenen Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeich nungen im einzelnen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines herkömm lichen, vor einem Objektiv angeordneten, opti schen Scanners;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines herkömmli chen nach einem Objektiv angeordneten, optischen Scanners;

Fig. 3 eine Darstellung, anhand welcher die Nachteile des optischen Scanners der Fig. 2 erläutert werden;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Laserdruckers, bei wel chem die Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine optische Abtast vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit einer longitudinalen Zylinder linse und einer photoempfindlichen Trommel;

Fig. 7A und 7B eine Drauf- bzw. eine Schnittansicht einer in der Ausführungsform verwendeten Polygonlinse;

Fig. 8 eine Darstellung, anhand welcher das Ablenkprinzip eines Lichtstrahls infolge der Funktion der Polygonlinse erläutert wird;

Fig. 9 eine Darstellung zum Erläutern des Krümmungsaus gleichs einer meriodinalen Bildfläche;

Fig. 10A eine Draufsicht auf eine weitere Polygonlinse gemäß der Erfindung;

Fig. 10B eine Draufsicht auf noch eine andere Polygon linse gemäß der Erfindung, und

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung wird nunmehr anhand einer bevorzugten Ausfüh rungsform beschrieben. In Fig. 4 ist im Aufbau ein Laser drucker dargestellt, bei welchem eine optische Abtastein richtung gemäß der Erfindung verwendet ist. In Fig. 4 sind die Teile, welche dieselben sind, wie in den vorstehend be schriebenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Eine optische Schreibeinheit 20 weist eine optische Abtast einrichtung 21, einen Spiegel 22 und eine longitudinale Zylinderlinse 9 auf. Die optische Schreibeinheit 20 gibt einen Laserstrahl ab, welcher durch ein Schreibsignal mo duliert worden ist, und tastet dann eine Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10 ab. Dadurch wird ein Abbild eines Zeichens, ein Bild usw. auf der Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10 geschrieben. Entsprechend einem Drucksignal, welches von einer in dem Laserdrucker untergebrachten Steuerschaltung geliefert wird, beginnt sich dann die photoempfindliche Trommel 10 zu drehen. Die Trommel 10 wird durch einen Hauptmotor 23 in einer durch einen Pfeil angezeigten Drehrichtung gedreht und anschließend während der Drehbewegung durch einen Koronalader 24 geladen. Die photoempfindliche Trommel 10 wird dann durch den von der op tischen Schreibeinheit 20 abgegebenen Lichtstrahl belichtet, und dadurch wird ein entsprechendes latentes Bild auf der Umfangsfläche der Trommel 10 erzeugt. Das latente Bild wird dann mittels eines Entwicklers 25 entwickelt, und das ent wickelte Bild wird durch einen Transferlader 26 auf ein Blatt Papier übertragen. Danach wird eine Restladung auf der Umfangstrommel der photoempfindlichen Trommel 10 durch eine Lampe 27 durch Lichtprojektion entfernt. Schließlich wird Toner, welcher auf der Umfangsfläche der Trommel 10 zurück geblieben ist, durch eine Reinigungseinheit 28 entfernt.

Eine Anzahl Papierblätter sind in Papierstapeleinrichtungen (Kassetten) 30 und 30′ gestapelt. Eine Papierabzugsrolle 32 liegt mit Druck am vorderen Teil eines in der Papierstapel einrichtung 30 untergebrachten, obersten Blattes an. Genauso liegt eine Papierabzugsrolle 32 am vorderen Teil des obersten Blattes der in der Stapeleinrichtung 30′ unterge brachten Blätter an. Wenn eine der Stapeleinrichtungen 30 oder 30′ ausgewählt ist, beginnt sich die der ausgewählten Stapeleinrichtung zugeordnete Papierabzugsrolle zu drehen. Wenn beispielsweise gestapelte Blätter 31 ausgewählt werden und dadurch die Papierabzugsrolle 32 sich zu drehen be ginnt, wird ein Blatt Papier 31 a, welches das oberste Blatt der gestapelten Blätter ist, eingebracht und dann durch eine Papierzuführrolle 34 weiter transportiert. Das Blatt 31 a durchläuft eine Führungsbahn, welche durch eine Anzahl Füh rungsplatten 35 gebildet ist. Dann wird der vordere Teil des Blattes 31 a in Anlage mit einem Kontaktteil eines Rollen paars 37′ gebracht und biegt sich dadurch durch; der Transport des Blattes 31 a ist dadurch vorübergehend gestoppt.

Wenn sich die photoempfindliche Trommel 10 entsprechend dem Drucksignal zu drehen beginnt und dann auch die Belichtung der Trommel 10 durch die optische Schreibeinheit 20 beginnt, transportieren die Rollen 37 und 37′ das Blatt 31 a mit einer Geschwindigkeit weiter, welche gleich einer Drehgeschwindig keit der photoempfindlichen Trommel 10 ist, so daß eine erste Zeile an einer vorherbestimmten Stelle auf das Blatt 31 a gedruckt wird.

Wenn das Blatt 31 a in Kontakt mit der photoempfindlichen Trommel 10 gebracht wird, wird das Blatt 31 a von seiner Rück seite her mittels des Transferladers 26 mit einer Polarität geladen, welche der Polarität der photoempfindlichen Trommel 10 entgegengesetzt ist. Ein Tonerbild, das auf der Umfangs fläche der Trommel 10 erzeugt worden ist, wird dann an das Blatt 31 a übertragen. Das Blatt 31 a, auf welchem das Bild erzeugt worden ist, wird dann durch eine Transporteinheit 40 zu einer Fixiereinheit 41 weiter befördert. Das Bild auf dem Blatt 31 a wird dann durch das Zusammenwirken einer Heizrolle 41 und einer Fixierrolle 43 dauerhaft auf dem Blatt fixiert. Das auf diese Weise erhaltene Blatt wird dann durch Auswurfrollen 44 und 44′ in eine Ablage 55 ausgetra gen.

In Fig. 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht der optischen Abtasteinrichtung 21 dargestellt. In Fig. 6 ist eine aus einandergezogene perspektivische Darstellung wiedergegeben, aus welcher eine Beziehung zwischen der optischen Abtast einrichtung 21, der longitudinalen Zylinderlinse 9 und der photoempfindlichen Trommel 10 zu entnehmen. In Fig. 5 und 6 sind dieselben Elemente wie in Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die optische Abtasteinrichtung 21 weist die Lichtquelle 1, ein bilderzeugendes, optisches System 51, einen Spiegel (ebenen Spiegel) 53 und einen optischen Scanner 57 auf, welcher alle in einem Gehäuse 50 untergebracht sind, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Die Lichtquelle 1 enthält den lichtemittierenden Teil 2, welcher durch eine Laserdiode gebildet ist, und die Kollimatorlinse 3. Das bilderzeugende optische System 51 weist eine negative Zylinderlinse 54 und eine positive bilderzeugende Linse 52 auf, welche eine gemeinsame optische Achse λ ₁ haben. Der optische Scanner 57 weist eine Polygon-Zylinderlinse (die nachstehend ein fach als Polygonlinse bezeichnet wird) 56 auf, welche an einem rotierenden Teil des Scannermotors 5 befestigt ist. Die Polygonlinse 56, welche eine Drehachse g ₂ hat, fun giert als rotierendes Ablenkteil. Das abgelenkte Licht hat Leistung in der Hauptabtastrichtung, welche orthogonal zu der Drehachse λ ₂ verläuft. Die Drehachse g ₂ der Polygonlinse 56 ist parallel zu der optischen Achse λ ₁ der Lichtquelle 1 und des bilderzeugenden optischen Systems 51 und weicht etwas von der (damit beinahe koaxialen) optischen Achse λ ₁ ab. Ein Ende des Spiegels 33 ist an einem oberen Endteil des Gehäuses 50 befestigt, welches dort einen hohlen Bereich 50 a aufweist. Eine reflektierende Fläche des Spiegels 53 ist unter einem Winkel von 45° bezüglich der optischen Achse λ ₁ geneigt.

Wie in Fig. 6 dargestellt, ist eine meridionale Bildfläche 8 M) als eine Bildfläche in der Hauptabtastrichtung festge legt, während eine sagittale Bildfläche (S) als eine Bild fläche in der Unterabtastrichtung festgelegt ist.

Ein Laserstrahl, welcher divergent von der Laserdiode 2 abgegeben wird, wird durch die Kollimatorlinse 3 in einen parallelen Strahl umgewandelt. Der parallele Strahl tritt dann in das bilderzeugende optische System 51 ein. Die Zy linderlinse 54 hat eine negative Brechkraft (Divergenz) in der saggitalen Richtung und hat keine Wirkung in der meri dionalen Richtung. Die bilderzeugende Linse 52 hat eine positive Brechkraft (Konvergenz). Der Lichtstrahl, welcher von dem bilderzeugenden, optischen System 51 abgegeben wird, hat eine große Konvergenzeigenschaft in der meridionalen Richtung und eine schwache Konvergenzeigenschaft in der saggitalen Richtung. Der Lichtstrahl, welcher von dem opti schen System 51 abgegeben worden ist, welches die vorste hend beschriebenen Eigenschaften hat, wird an dem Spiegel 53 unter rechtem Winkel reflektiert. Der reflektierte Licht strahl geht durch die Polygonlinse 56 hindurch. Der von der Polygonlinse 56 extrahierte Lichtstrahl fungiert als ein Abtaststrahl, welcher durch die longitudinale Zylinderlinse 9 hindurchgeht, und tastet die Umfangsfläche der photoempfind lichen Trommel 10 ab. Eine mit einem Bezugszeichen 11 ver sehene, gestrichelte Linie ist eine Abtastzeile. Damit ein Lichtpunkt des Laserstrahls von der Zylinderlinse 9 aus in Richtung eines Pfeils B bewegt wird, muß sich die Polygonlin se 56 in einer durch einen Pfeil A angezeigten Drehrichtung drehen. Hierbei ist die Drehrichtung A entgegengesetzt zu der Drehrichtung, welche in Fig. 1 und 2 durch den ausgezo genen Pfeil angezeigt ist.

Ein Beispiel der Polygonlinse 56, welche in der Ausführungs form verwendet ist, ist in Fig. 7A und 7B dargestellt. Das prinzip der Ablenkung des auf die Polygonlinse 56 proji zierten Lichtstrahls wird anhand von Fig. 8 beschrieben.

Die in Fig. 7A und 7B dargestellte Polygonlinse 56 besteht aus sechs zylindrischen Linsenblöcken, von denen einer mit einem Bezugszeichen 56 ₁ bezeichnet ist. Sechs zylindrische Linsenblöcke sind durch eine optisch transparente Substanz, wie Glas, Acryl oder Polystyrol, als eine Einheit ausge bildet. Jeder Zylinderlinsenblock hat eine Innenfläche 56 b und eine Außenfläche 56 c. Die Innenfläche mit einer konkaven bogenförmigen (zylindrischen) Form hat einen Krümmungsradius, welcher gleich D/2 ist, wobei mit D der Durchmesser des durch die Innenfläche 56 b gebildeten Kreises ist. Die Außen fläche 56 c ist eine konkave bogenförmige (zylindrische) Flä che mit einem Radius, welche gleich einem Krümmungsradius R ist. Jeder der Zylinderlinsenblöcke hat eine negative Brech kraft in der meridionalen Richtung (der Hauptabtastrichtung).

Wenn der Lichtstrahl durch die Polygonlinse 56 in der ra dialen Richtung von deren Mitte 0 aus hindurchgeht, weist die Innenfläche 56 b nichts auf, um den Lichtstrahl abzu lenken, und zwar deswegen, da die Polygonlinse 56 einen zylindrischen hohlen Bereich 56 a mit dem Durchmesser D in dem mittleren Teil der Polygonlinse 56 hat. Mit anderen Worten, der Lichtstrahl tritt senkrecht in die Innenfläche 56 b ein.

Wenn in Fig. 8 die Außenfläche 56 c so positioniert ist, wie durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, oder mit anderen Worten, wenn der Lichtstrahl durch einen Punkt P an der Außenfläche 56 c hindurchgeht, wird der Lichtstrahl nicht abgelenkt. Die vorstehend beschriebene Position der Polygonlinse 56 wird als eine Bezugsposition festgelegt. Winkel i, j und R sind Winkel, die erhalten werden, wenn sich die Polygonlinse 56 entgegen dem Uhrzeigersinn bezüg lich der Bezugsposition dreht, oder mit anderen Worten, die Außenfläche 56 wird eingestellt, wie durch eine ausgezogene Linie angezeigt ist. Der Winkel i ist ein Einfallwinkel des Lichtstrahls bezüglich der Außenfläche 56 c; der Winkel j ist ein Reflexionswinkel bezüglich der Außenfläche 56 c, und R ist ein Ablenkwinkel. Ferner wird angenommen, daß ein Ab stand A der Abstand zwischen der Mitte der Polygonlinse 56 und einem Punkt P′ ist, welcher dem Punkt P entspricht. Der Ablenkwinkel R kann dann mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet werden:

(sin i/(A + R) = (sin α )/R
∴ sin i = [(A +B)/R ] sin α
sin j = n sin i
R = j-i

wobei n ein Brechungsindex der transparenten Substanz ist, welche die Polygonlinse 56 bildet, und α ein Drehwinkel der Polygonlinse 56 bezüglich der Referenzposition ist. In dem Fall, daß (A + R)/R < 1 und n = 1,5 ist, ist j < i und R < R. Daher hat der Ablenkwinkel R entgegengesetzte Rich tung zu dem Drehwinkel α. Das heißt, die Abtastrichtung der photoempfindlichen Trommel 10 in dieser Ausführungsform ist der Abtastrichtung in dem Fall entgegengesetzt, wenn der Polygonspiegel verwendet wird, wie in Fig. 1 und 2 darge stellt ist.

Wie vorstehend beschrieben, sind sowohl die Innen- als auch die Außenflächen jeder der die Einheit bildenden Zylinder linsenblöcke konkave Flächen. Folglich hat jeder der Zylin derlinsenblöcke eine Brechkraft null (keine Ablenkung) in der sagittalen Richtung, und eine verhältnismäßig große negative Brechkraft in der meridionalen Richtung.

Wie vorher bereits beschrieben, hat der Lichtstrahl, wel cher von dem lichterzeugendem optischen System 51 abgege ben worden ist, die starke Konvergenzeigenschaft (große positive Brechkraft) in der meridionalen Richtung und eine schwache Konvergenzeigenschaft (schwache positive Brech kraft oder Wirkung) in der meridionalen Richtung und eine schwache Konvergenzeigenschaft (schwache positive Brech kraft oder Wirkung) in der sagittalen Richtung. Daher hat der von dem Polygonspiegel 56 extrahierte Lichtstrahl keine Brechkraftänderung in der sagittalen Richtung zur Folge und hat eine schwache Konvergenzeigenschaft in der meridionalen Richtung. Die positive starke Wirkung des Licht strahls in der meridionalen Richtung wird infolge der Funk tion der großen negativen Wirkung der Polygonlinse 56 ge schwächt. Im Ergebnis bildet dann der Lichtstrahl einen Lichtpunkt auf der Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10.

Der vorstehend angeführte Mechanismus wird nunmehr anhand der Fig. 6, 8 und 9 weiter beschrieben, anhand welcher je weils die sagittalen und meridionalen Richtungen gesondert betrachtet werden. Die Konvergenzeigenschaft eines sagitta len Lichtstroms, welcher eine Komponente des Lichtstrahls in der sagittalen Richtung ist, wird infolge der Wirkungen der negativen Zylinderlinse 54 und der positiven bilderzeu genden Linse 52 geschwächt. Der vorstehend erwähnte, sa gittale Lichtstrom konvergiert und erzeugt infolge der Wir kung, welche durch die schwache, positive longitudinale Zy linderlinse 9 geschaffen worden ist, ein Bild an der Um fangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10. Die Polygon linse 56 hat keinen Einfluß auf den sagittalen Lichtstrom. Daher hat die Bilderzeugung durch den sagittalen Lichtstrom keine Beziehung mit dem Ablenkwinkel. Mit anderen Worten, der sagittale Lichtstrom trägt nicht zum Festlegen der Position des Lichtpunktes auf der Abtastzeile 11 bei.

Andererseits ist der meridionale Lichtstrom durch die posi tive bilderzeugende Linse 52 stark konvergierend und wird dann auf die Polygonlinse 56 projiziert. Wenn die Polygon linse 56 an der Bezugsposition festgelegt ist, oder mit an deren Worten, wenn der Ablenkwinkel R null ist und der Licht strahl auf die Mitte C der Umfangsfläche der photoempfind lichen Trommel 10 projiziert wird, wird die starke Konver genzeigenschaft des meridionalen Lichtflusses infolge der Wirkung der negativen Brechkraft in der meridionalen Rich tung der Polygonallinse 56 in die schwache Konvergenzeigen schaft geändert. Dann konvergiert der meridionale Lichtstrom und erzeugt ein Bild in der Mitte C.

Wenn sich die Polygonlinse 56 dreht und dann in durch die ausgezogene Linie in Fig. 8 angezeigten Position festge legt wird, tritt der Lichtstrahl schräg in die Außenfläche 56 c ein, welche den Radius R hat. In diesem Zustand wird dann die negative Wirkung (Brechkraft) der Polygonlinse 56 wesentlich größer, und daher wird die Konvergenzeigenschaft weiter geschwächt. Im Ergebnis wird dann der Bilderzeugungs abstand des Lichtstrahls mit der weiter geschwächten Konver genzeigenschaft verlängert. Der Bilderzeugungsabstand wird in Abhängigkeit von einem Absolutwert des Drehwinkel α bestimmt. Das heißt, ein verlängerter Bilderzeugungsabstand für den Drehwinkel + α ist identisch mit demjenigen für den Drehwinkel - α.

In Fig. 9 ist eine Wirkung einer kompensierenden Krümmung einer Abbildungsfläche in der meridionalen Richtung (der Hauptabtastrichtung) dargestellt. In Fig. 9 ist die Dreh richtung der Polygonlinse 56 negativ (im Uhrzeigersinn) und damit entgegengesetzt zu der Drehrichtung im Falle der Fig. 7A, um einen Vergleich von Fig. 3 und 9 zu erleichtern.

Wenn der Drehwinkel α (dessen Absolutwert) zunimmt, wird der Ablenkwinkel R größer, und daher geht eine Position des Abtastlichtstrahls weg von der Mitte C. Wenn während dieses Vorgangs der Bilderzeugungsabstand größer wird, kommt die Position des Lichtpunkts Q des Abtastlichtstrahls näher zu der Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10. Das heißt, es wird möglich, eine Krümmung der meridio nalen Bildfläche zu korrigieren und den Lichtpunkt Q auf der Abtastzeile 11 unterzubringen, welche auf der Umfangs fläche der photoempfindlichen Trommel 10 ausgebildet ist, indem ein entsprechender Krümmungsradius R der Außenfläche 56 c der Polygonlinse 56 gewählt wird.

In der nach dem Objektiv vorgesehenen optischen Abtastein richtung, bei welcher ein Polygonspiegel verwendet ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die bilderzeugende Fläche in Form eines Kreisbogens gekrümmt. Es ist auch ein anderer Polygonspiegel bekannt, der entsprechend ausgerichtet ist, um eine Krümmung der bilderzeugenden Fläche zu verringern. Ein derartiger Polygonspiegel hat Reflexionsflächen, welche nicht eben sind, sondern etwas gekrümmt sind, um etwas kon kave Reflexionsflächen auszubilden. Jedoch hat ein derarti ger Polygonspiegel einen Nachteil, der nachstehend im ein zelnen beschrieben wird. Wenn sich der Polygonspiegel um einen Winkel β bezüglich einer Bezugsposition entgegen oder im Uhrzeigersinn dreht, in welcher einfallendes Licht unter einem Winkel von 45° auf die konkave Reflexionsfläche auf trifft, wird ein Einfallwinkel des Lichtstrahls bezüglich der konkaven Reflexionsfläche gleich 45° -b. Folglich ist eine Größe, welche erforderlich ist, um eine Krümmung der bilderzeugenden Fläche für ein Einfallswinkel von 45° +β zu korrigieren, nicht identisch mit einer Größe, welche er forderlich ist, um eine Krümmung der bilderzeugenden Fläche bei einem Einfallwinkel von 45° -β zu korrigieren. Aus die sem Grund kann der Polygonspiegel mit konkaven Reflexions flächen eine Krümmung der bilderzeugenden Fläche nicht wirksam korrigieren.

Andererseits ist in einer Polygonlinse nach Fig. 7A und 7B eine Größe, die notwendig ist, um eine Krümmung der bilder zeugenden Fläche für einen positiven Winkel bezüglich der Mitte C der Abtastzeile 11 zu korrigieren, identisch mit einer Größe, welche notwendig ist, um eine Krümmung der bilderzeugenden Fläche für einen negativen Winkel bezüglich der Mitte C zu korrigieren. Daher ist eine wirksame Krüm mungskorrektur der bilderzeugenden Fläche gemäß der Erfin dung möglich.

Ferner erfordert die Erfindung im Vergleich mit dem her kömmlichen Polygonspiegel 6 keine hohe Profil- bzw. Quer schnittsunregelmäßigkeit der Polygonlinse 56. Im allgemei nen kann ein Verhältnis der Profilunregelmäßigkeit einer Reflexionsfläche zu der Profilunregelmäßigkeit einer Bre chungsfläche, welche die Brechkraft eines Lichtstrahls be einflußt, als 2 : (n -1) beschrieben werden. Das Verhältnis ist gleich 4 : 1, wenn n annähernd gleich 1,5 ist. Das heißt, die Profilunregelmäßigkeit der Brechungsfläche einer Linse kann ein Viertel der Profilunregelmäßigkeit der Re flexionsfläche sein. Die Polygonlinse 56 hat Innen- und Außenflächen, und daher kann die Profilunregelmäßigkeit der Polygonlinse 56 die Hälfte derjenigen des Polygonspiegels 6 sein. Folglich kann die Polygonlinse 56 leicht herge stellt werden, und die Herstellungskosten können im Ver gleich zu denjenigen des Polygonspiegels 6 verringert werden.

Ferner können die Lichtquelle 1 und das bilderzeugende op tische System 51 so angeordnet werden, daß die optische Achse des bilderzeugenden optischen Systems 51 annähernd mit der Drehachse λ ₂ zusammenfällt. Daher kann die opti sche Abtasteinrichtung außerordentlich kompakt ausgeführt werden. Folglich kann auch die optische Schreibeinheit 20 kompakt gemacht werden.

Es ist jedoch schwierig, daß der Lichtpunkt Q einwandfrei mit der Abtastezeile 11 in dem Fall zusammenfällt, wo die Außenfläche 56 c der Polygonlinse 56 die Kreisbogenfläche (zylindrische Oberfläche) ist, welche denselben Krümmungs radius über der Kreisbogenfläche hat. Andererseits kann die vorstehend beschriebene Schwierigkeit mit Hilfe einer gekrümmten Fläche ausgeschaltet werden, bei welcher der Krümmungsradius in der Mitte der gekrümmten Fläche gleich R ist und an anderen Teilen der gekrümmten Fläche etwas variiert. Eine derart gekrümmte (nichtzylindrische) Fläche entspricht einer aspherischen Fläche einer gewöhnlichen Linse. Mit Hilfe der nicht-zylindrischen Oberfläche der Polygonlinse wird es möglich, daß die meridionale Bildflä che vollständig mit einer Fläche zusammenfällt, welche die Abtastzeile auf der Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10 einschließt.

Eine weitere Polygonlinse, welche gemäß der Erfindung vorgesehen ist, ist in Fig. 10A dargestellt. Eine Polygon linse 156 hat Innen- und Außenflächen 156 b und 156 c. Die Innenfläche 156 b hat einen eingeschriebenen Kreis, welcher durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, und einen Radius D/2. Der Krümmungsradius R der Innenfläche 156 b ist größer als der Radius D/2. Der Krümmungsradius R 3 der Außenfläche 156 c kann gleich oder verschieden von dem Krümmungsradius R 1 der Polygonlinse 56 sein.

Noch eine weitere Polygonlinse, die gemäß der Erfindung vorgesehen ist, ist in Fig. 10B dargestellt. Eine Polygon linse 256 hat Innen- und Außenflächen 256 b und 256 c. Die Innenfläche 256 b hat einen durch eine strichpunktierte Linie wiedergegebenen, umschriebenen Kreis, mit einem Radius D/2. Der Krümmungsradius R 2 der Innenfläche ist kleiner als der Radius D/2. Der Krümmungsradius R 4 der Außenfläche 256 c kann gleich oder verschieden von dem Krümmungsradius R 1 der Polygonlinse 56 sein. Die in Fig. 10A und 10B darge stellten Polygonlinsen 156 und 256 vergrößern den Flexibi litätsgrad bei der Krümmungskorrektur der bilderzeugenden Fläche.

Die vorstehend beschriebenen Polygonlinsen sind durch je weils sechs Zylinderlinsenblöcke gebildet. Jedoch ist die gemäß der Erfindung vorgesehene Polygonlinse nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Eine Anzahl Zylin derlinsenblöcke können um die Drehachse in gleichen Win kelintervallen angeordnet sein. Darüber hinaus kann ein einziger Zylinderlinsenblock in dem Fall verwendet werden, wenn eine Abtastung intermittierend durchgeführt wird.

Nunmehr wird noch eine weitere Ausführungsform der opti schen Abtasteinrichtung gemäß der Erfindung anhand der Fig. 11 beschrieben, wobei die Teile, welche dieselben sind wie in den vorherigen Figuren auch mit denselben Bezugs zeichen bezeichnet sind. In Fig. 11 sind die Lichtquelle 1 und ein bilderzeugendes optisches System 51′ in dem hohlen Teil 56 a der Polygonlinse 56 untergebracht, so daß die opti sche Achse der Lichtquelle 1 mit der optischen Achse des bilderzeugenden optischen Systems 51 zusammenfällt, und daß diese Achsen senkrecht zur Drehachse der Polygonlinse 56 verlaufen. Die Lichtquelle 1 weist den durch die Laser diode gebildeten lichtemittierenden Teil 2 und die Kollima torlinse 3 auf. Das bilderzeugende optische System 51′ weist eine schwache positive, bilderzeugende Linse 52′ und eine zylindrische Linse 54′ mit einer großen positiven Brechkraft auf. Die Zylinderlinse 54′ ist so positioniert, daß die positive Brechkraft der Zylinderlinse 54′ in meri dionaler Richtung ausgerichtet ist. Folglich hat die Zy linderlinse 64′ die Aufgabe, die negative Brechkraft der Polygonlinse 56 in meridionaler Richtung auszugleichen. Im Ergebnis kann dann ein optisches System durch Elemente mit kleinerer Brechkraft aufgebaut werden, so daß Ausführung und Herstellung der optischen Abtasteinrichtung erleichtert ist. Außerdem ermöglicht die Anordnung der Fig. 11, daß die optische Abtasteinrichtung in der Dicke verringert werden kann.

Die lineare Geschwindigkeit, die gemessen wird, wenn der Lichtpunkt Q die Abtastzeile 11 abtastet, ist proportional einem Produkt aus einem Winkel von tan R und einer Ablenk winkelgeschwindigkeit. Die Polygonlinse 56 dreht sich mit konstanter Geschwindigkeit. Folglich ist die Abtastzeilen geschwindigkeit des Lichtpunktes Q nicht konstant und ist in einem Endteil der Abtastzeile 11 schneller als die Ab tastzeilengeschwindigkeit in der Nähe der Mitte C. Die Un gleichmäßigkeit der Abtastzeilengeschwindigkeit bewirkt eine Ungleichmäßigkeit eines Punktintervalls (Bildelements) auf der Abtastzeile 11 oder eine Verformung eines Bildes sowie eine Ungleichmäßigkeit der Belichtungsmenge oder eine Ungleichmäßigkeit im Ton. Im Ergebnis ist dadurch die Qualität eines Bildes verschlechtert. Diese Wahrschein lichkeit kann gemindert werden. Die Abtastzeilengeschwin digkeit und der Winkel, unter welchem der Lichtstrahl auf die Umfangsfläche der photoempfindlichen Trommel 10 proji ziert wird, werden durch Rechnung erhalten. Daher kann die Verformung des Bildes in Abhängigkeit von der Lage eines Punktes auf der Abtastzeile durch Ändern einer Bildelement- Taktfrequenz so kompensiert werden, daß jedes Punktinter vall gleich wird. Die Ungleichmäßigkeit im Ton kann durch Steuern der Lichtemissionsqualität einer lichtemittierenden Einrichtung, wie einer Laserdiode, in Abhängigkeit von der Lage eines Punktes so ausgeglichen werden, daß eine gleich förmige Tönung über der gesamten Abtastzeile erhalten wird.

Claims

1. Optische Abtasteinrichtung mit einer Lichtquelle (1, 51) zum Abgeben eines Lichtstrahls, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung eine rotierende Ab lenkeinrichtung (5, 57) aufweist, um durch eine rotieren de Ablenkung des emittierten Lichtstrahls einen Abtastlicht strahl zu erzeugen, daß die rotierende Ablenkeinrichtung (5, 57) zumindest eine Zylinderlinse (56 ₁) mit einer konkaven Innenfläche (56 b) und mit einer gegenüberliegenden konkaven Außenfläche (56 c) aufweist, wobei der Lichtstrahl durch die konkave Innenfläche ohne Ablenkung hindurchgeht und dann mit einer Ablenkung durch die konkave Außenfläche hindurch geht, und daß der Lichtstrahl, welcher von der Außenfläche durch Ablenkung erhalten worden ist, ein Abtastlichtstrahl ist, welcher sich entsprechend der Drehbewegung der rotie renden Ablenkeinrichtung linear bewegt.

2. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Innen- und Außenflächen (56 b, 56 c) der Zylinderlinse jeweils kon stante Krümmungsradien (D/2, R) haben.

3. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Außenfläche unterschiedliche Krümmungsradien an verschiedenen Stellen der konkaven Außenfläche hat.

4. Optische Abtasteinrichtung, mit einer Lichtquelle (1, 51) zum Emittieren eines Lichtstrahls, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung eine rotierende Ab lenkeinrichtung (5, 57) aufweist, wobei durch die rotierende Ablenkung des emittierten Lichtstrahls ein Abtastlichtstrahl erzeugt wird, daß die rotierende Ablenkeinrichtung (5, 57) eine Anzahl Zylinderlinsen (56 ₁) mit jeweils einer konkaven Innenfläche (56 b) und einer gegenüberliegenden konkaven Außenfläche (56 c) aufweist, wobei die Anzahl Zylinderlinsen um eine Drehachse (λ ₂) der rotierenden Ablenkeinrichtung in gleichen Winkelabständen angeordnet sind und wobei der Lichtstrahl nacheinander durch die konkaven Innenflächen der Zylinderlinsen ohne Ablenkung hindurchgeht und dann mit Ablenkung durch die entsprechenden konkaven Außenflä chen austritt, und daß der Lichtstrahl von der Außenfläche der Abtastlichtstrahl ist, welcher sich linear entsprechend der Drehung der rotierenden Ablenkeinrichtung bewegt.

5. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Zylinder linsen aus der Anzahl Zylinderlinsen (56 ₁) einander berüh ren, so daß eine Polygonlinse (56) mit einem hohlen Bereich (56 a) in einem mittleren Teil ausgebildet ist.

6. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Zylinderlinsen (56 a) mit Hilfe einer optisch transparenten Substanz zu einer Einheit ausgebildet sind.

7. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Innenflä chen denselben Krümmungsradius (D/2) haben.

8. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (D/2) jeder der konkaven Innenflächen (56 b) an jeder Stelle an der konkaven Innenfläche (56 b) konstant ist.

9. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Außenflächen (56 c) denselben Krümmungsradius (R) haben.

10. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (5, 51) lichtemittierende Einrichtungen (2) zum Emittieren eines Laserstrahls, eine Kollimatorlinse (3) zum Ändern des La serstrahls in einen parallelen Lichtstrahl, ein bilderzeu gendes optisches System (54, 52), um einen Lichtstrom des parallelen Lichtstrahls in die lineare Abtastrichtung (11) zu konvergieren, und einen Spiegel aufweist, auf wel chem der parallele Lichtstrahl von dem bilderzeugenden op tischen System zu der rotierenden Ablenkeinrichtung re flektiert wird, und daß die rotierende Ablenkeinrichtung einen Motor (5) zum Drehen des Polygonspiegels (56) auf weist.

11. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1, 51) in dem hohlen Bereich (56 a) der Polygonlinse (56) unterge bracht ist.

12. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Zylinderlinsen (56 ₁), welche den Polygonspiegel (56) bilden, eine negative Brechkraft hat, durch welche der Lichtstrahl in der linearen Abtastrichtung (11) divergiert wird, und keine Wirkung in einer zu der Hauptabtastrichtung senkrechten Richtung hat.

13. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenfläche der Polygonlinse (156), welche durch die Innenflächen der Zy linderlinsen (56 ₁) gebildet ist, einen Krümmungsradius (R 1) hat, welcher größer als ein Radius (D/2) eines imaginären eingeschriebenen Kreises der Innenfläche der Polygonlinse (57) ist.

14. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenfläche der Poly gonlinse (256), welche durch die Innenflächen der Zylinder linsen gebildet ist, einen Krümmungsradius hat, welcher größer als ein Radius eines immaginären umschriebenen Kreises der Innenfläche der Polygonlinse ist.

15. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bilderzeugende opti sche System (51) eine Zylinderlinse (54) und eine bilder zeugende Linse (52) mit positiver Brechkraft aufweist.

16. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1, 51) über dem hohlen Bereich (56 a) angeordnet ist, und daß der an dem Spiegel (5) reflektierte Lichtstrahl nachein ander auf die Innenflächen (56 b) der in Drehung versetzten Zylinderlinsen (56 a) auftrifft.

17. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1, 51) auf der Drehachse (λ ₂) des Polygonspiegels angeordnet ist, und daß der Spiegel in dem hohlen Bereich (56 a) des Polygonspiegels (56) unter einem Winkel von 45° bezüglich der Drehachse angeordnet ist.

18. Optische Abtasteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ferner ein Gehäuse (50) aufweist, in welchem die Lichtquelle und die rotierende Ablenkeinrichtung (5, 56) untergebracht sind.