DE60022704T2

DE60022704T2 - Optisches Mehrstrahlabtastsystem und Bilderzeugungsgerät unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE60022704T2
Application number: DE60022704T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: EP1061398B1; EP1061398A3; US6256132B1; DE60022704D1; EP1061398A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Mehrstrahlabtastsystem unter Verwendung einer Lichtquelle mit mehreren Lichtemissionsabschnitten, beispielsweise einem Halbleiterlaser-Array, ausgebildet für die Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte. Ein optisches Mehrstrahlabtastsystem gemäß der Erfindung läßt sich in geeigneter Weise für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwenden, beispielsweise für einen Laserstrahldrucker oder einen digitalen Kopierer.
Einschlägiger Stand der Technik
In jüngerer Zeit gab es wachsenden Bedarf an einer Bilderzeugungsvorrichtung wie beispielsweise Laserdruckern und digitalen Kopiergeräten, die Bilder mit hoher Geschwindigkeit und einem erhöhten Auflösungsvermögen erzeugen. Optische Mehrstrahlabtastsysteme unter Verwendung einer Lichtquelle mit mehreren Lichtemissionsabschnitten, beispielsweise einem Halbleiterlaser-Array, wurden entwickelt, um diesem Bedarf gerecht zu werden.
1 der begleitenden Zeichnungen zeigt eine schematische Schnittansicht einer bekannten Mehrstrahlabtastoptik, betrachtet in Hauptabtastrichtung. Gemäß 1 werden mehrere von entsprechenden Halbleiterlasern (oder einem Halbleiterlaser- Array) 91 emittierten Laserstrahlen von einer Kollimatorlinse 92 im wesentlichen kollimiert und dann mit einer Zylinderlinse vorbestimmter Brechkraft in ausschließlich Nebenabtastrichtung in diese Nebenabtastrichtung gebündelt. Die Lichtstrahlen werden dann von einer Aperturblende 93 geformt und auf oder in der Nähe einer Ablenkebene (reflektierenden Ebene) 95a eines optischen Deflektors fokussiert, bei dem es sich um einen drehenden Polygonspiegel handelt, um ein im wesentlichen lineares Bild entlang einer Hauptabtastrichtung zu erzeugen. Anschließend werden die von der Ablenkebene 95a des Polygonspiegels 95 abgelenkt, der sich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Pfeilrichtung 95b in 1 dreht, abgelenkten/reflektierten Lichtstrahlen auf der Oberfläche einer photoempfindlichen Trommel 97 fokussiert, um diese über ein Paar fθ-Linsen 96a und 96b einer Abtastoptik 96 an zahlreichen Stellen optisch auf der gesamten Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 97 in Pfeilrichtung 97b in 1 abzutasten.
2 und 3 sind schematische Darstellungen der Ausgestaltung der Lichtemissionsabschnitte der Lichtquelle sowie eines optischen Mehrstrahlabtastsystems. In den 2 und 3 bezeichnen Bezugszeichen A und B Lichtemissionsabschnitte, Bezugszeichen M bezeichnet die Hauptabtastrichtung, S die Nebenabtastrichtung.
In dem optischen Mehrstrahlabtastsystem mit dem oben beschriebenen Aufbau erzeugen, wenn mehrere Lichtstrahlabschnitte A und B in Längsrichtung in der Nebenabtastrichtung gemäß 2 angeordnet sind, die Abtastlinien auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel große Intervalle in Nebenabtastrichtung, die wesentlich größer sind als die Werte, die zum Erzielen der gewünschten Aufzeichnungsdichte erforderlich sind. Um dieses Problem zu vermeiden, sind die Lichtemissionsabschnitte A und B auf einer Linie angeordnet, die einen von Null verschiedenen Winkel δ bezüglich der Nebenabtastrichtung (S) bilden, wie in 3 gezeigt ist. Damit lassen sich die die Abtastzeilen auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel trennenden Intervalle exakt regulieren, um die gewünschte Aufzeichnungsdichte zu erreichen, in dem die passenden Werte für den Winkel δ ausgewählt werden. In anderen Worten: die Lichtemissionsabschnitte der Lichtquelle sind an solchen Stellen angeordnet, die voneinander in Hauptabtastrichtung (M) sowie in Nebenabtastrichtung (S) rechtwinklig zu der Hauptabtastrichtung (M) abweichen.
Wenn die auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel auftreffenden Lichtstrahlen von dieser regelmäßig reflektiert und zu den Halbleiterlasern zurückgeleitet werden, werden die Schwingungen der Halbleiterlaser möglicherweise instabil. Wenn außerdem die regulär reflektierten Lichtstrahlen in die Optik zurückgelangt, werden die Strahlen möglicherweise noch einmal von der Oberfläche der Optik reflektiert, um erneut auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel zu gelangen und dort Geisterbilder erzeugen. Um diese Probleme zu vermeiden, wird der (Einfall-)Winkel α zwischen den auf die Oberfläche 97 der photoempfindlichen Trommel auftreffenden Lichtstrahlen und der Flächennormalen auf der Oberfläche 97 der Trommel auf einen vorbestimmten Wert in Nebenabtastrichtung eingestellt, wie es bei dem in 4 dargestellten optischen Mehrstrahlabtastsystem bekannter Art der Fall ist. Durch diese Ausgestaltung werden die von den Halbleiterlasern abgegebenen Lichtstrahlen nicht regulär von der Oberfläche 97 der photoempfindlichen Trommel reflektiert und gelangen nicht in das optische System zurück. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines bekannten optischen Mehrstrahlabtastsystems, geschnitten in Richtung der Nebenabtastrichtung. Man beachte, daß in 4 gleiche Komponenten wie in 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht noch einmal erläutert werden.
Wie in den 5A und 5B zu sehen ist, zeigen die mehreren Abtastlinien auf der Oberfläche 97 der photoempfindlichen Trommel des optischen Mehrstrahlabtastsystems mit dem oben beschriebenen Aufbau unterschiedliche Abtast-Vergrößerungen, wie in den 5A und 5B zu sehen ist. Im Ergebnis zeigen die durch fokussierte Lichtstrahlen auf der Oberfläche 97 der photoempfindlichen Trommel gebildeten Flecken einen Versatz (D) in Hauptabtastrichtung, so daß es nicht mehr möglich ist, ein qualitativ hochstehendes Bild zu erzeugen. Man beachte, daß 5A und 5B schematische Ansichten eines Hauptteils eines bekannten optischen Mehrstrahlabtastsystems und einer photoempfindlichen Trommel sind, um ein Beispiel vorzuführen. In den 5A und 5B bezeichnen die Bezugszeichen 95 und 96 einen Polygonspiegel bzw. ein Abtastlinsensystem, während Bezugszeichen D den Versatz der Strahlflecken veranschaulicht.
Es wurde eine Reihe von Vorschlägen gemacht, um das oben angesprochene Problem zu lösen, darunter Lösungen gemäß den japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften 5-333281 und 9-197308. Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 5-333281 beschreibt eine Anordnung zum Verringern des Versatzes des Brennpunkts in Hauptabtastrichtung dadurch, daß der Winkel zwischen den auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel einfallenden Lichtstrahlen und der Flächennormalen auf der Trommel in Nebenabtastrichtung kleiner als ein vorbestimmter Wert gemacht wird. Andererseits beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 9-197308 eine Anordnung zum Verringern des Versatzes des Brennpunkts in Hauptabtastrichtung dadurch, daß die Abbildungsoptik exzentrisch ausgestaltet wird und das Ausmaß der Exzentrizität einreguliert wird.
Allerdings kann keines der vorgeschlagenen optischen Mehrstrahlabtastsysteme einschließlich der in den oben angegebenen Patentdokumenten beschriebenen Systeme sowohl die Anforderungen an eine Verringerung des Brennpunktversatzes in Hauptabtastrichtung als auch die Erfordernisse zur Bildung eines hervorragenden (fleckförmigen) Bildes erfüllen.
Insbesondere beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 5-333281 eine Anordnung, bei der der Winkel zwischen den die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel streifenden Lichtstrahlen und der Flächennormalen auf der Trommel in Nebenabtastrichtung kleiner als ein vorbestimmter Wert gemacht wird. Allerdings kann eine solche Anordnung lediglich den Versatz des Brennpunkts in Hauptabtastrichtung verringern, damit der Versatz weniger deutlich zum Ausdruck kommt. Anders ausgedrückt: das Verfahren nach der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 5-333281 kann nicht das Problem der Brennpunktversetzung in Hauptabtastrichtung lösen.
Andererseits beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 9-197308 eine Anordnung zum Verringern des Versatzes des Brennpunkts in Hauptabtastrichtung durch exzentrisches Anordnen der Abbildungsoptik und durch Einstellen des Ausmaßes der Exzentrizität. Wenn allerdings die Abbildungsoptik exzentrisch angeordnet wird, wird das auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel erzeugte fleckförmige Bild leicht deformiert, so daß es schwierig ist, eine hochqualitative und schnelle Bildaufzeichnung zu erreichen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf die oben erläuterten Umstände ist es Ziel der Erfindung, ein optisches Mehrstrahlabtastsystem zu schaffen, welches in wirksamer Weise den Brennpunktversatz in Hauptabtastrichtung verringern und ein hochqualitatives Bild erzeugen kann. Das erfindungsgemäße optische Mehrstrahlabtastsystem soll sich für eine Bilderzeugungsvorrichtung eignen, mit der hochqualitative Bilder in hoher Geschwindigkeit hergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird das obige Ziel erreicht durch ein optisches Mehrstrahlabtastsystem gemäß Anspruch 1.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Bilderzeugungsvorrichtung geschaffen, welche aufweist: ein optisches Mehrstrahlabtastsystem nach Anspruch 1, eine photoempfindliche Trommel, die die abzutastende Oberfläche aufweist, und deren Drehachse in der Hauptabtastrichtung verläuft;
eine Entwicklungseinheit zum in ein Tonerbild erfolgenden Entwickeln eines elektrostatischen latenten Bilds, wie dieses erzeugt wird auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel durch die Lichtstrahlen, die von dem optischen Abtastsystem dazu gebracht werden, die Oberfläche abzutasten;
eine Transfereinheit zum Transferieren des entwickelten Tonerbilds auf ein Tonerbild-Aufnahmeelement; und
eine Fixiereinheit zum Fixieren des transferierten Tonerbilds auf dem Tonerbild-Aufnahmeelement.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines bekannten optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet entlang der Hauptabtastrichtung.
2 und 3 sind schematische Darstellungen der Anordnung der Lichtemissionsabschnitte der Lichtquelle eines bekannten optischen Mehrstrahlabtastsystems, wobei zwei mögliche Anordnungen für die Lichtemissionsabschnitte dargestellt sind.
4 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils eines bekannten optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet in Richtung der Nebenabtastung.
5A und 5B sind schematische Schnittansichten der Hauptteile eines bekannten optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet entlang der Hauptabtastrichtung und der Nebenabtastrichtung, um ein Problem des Systems zu veranschaulichen.
6A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 1 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet entlang der Hauptabtastrichtung.
6B ist eine schematische Darstellung der Anordnung der Lichtemissionsabschnitte der Lichtquelle der Ausführungsform 1 nach 6A.
7 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 1 eines optischen Mehrstrahlabtastsystems gemäß der Erfindung, betrachtet entlang der Nebenabtastrichtung.
8 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 1 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems und zeigt zwei Abtastzeilen für eine Parallel-Abtastung.
9 ist eine schematische Darstellung einer Ablenkfläche eines Dreh-Polygonspiegels, welche die Hauptstrahlen paarweiser Lichtstrahlen auf der Seite reflektieren, auf der ein Abtastvorgang gestartet wird.
10 ist eine schematische Darstellung des Hauptteils der Optik der Ausführungsform 1 und zeigt, wie der Versatz des Brennpunkts der fθ-Linse in Hauptabtastrichtung zustande kommt, wenn ein Paar konvergierender Lichtstrahlen in die Linse eintritt.
11 ist eine schematische Darstellung einer Ablenkfläche eines Dreh-Polygonspiegels, die die Hauptstrahlen eines Paares von Lichtstrahlen auf der Seite reflektiert, auf der ein Abtastvorgang beendet wird.
12 ist eine schematische Darstellung eines Paares von Abtastlinien auf den abzutastenden Oberflächen der photoempfindlichen Trommel.
13A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 2 eines optischen Mehrstrahlabtastsystems gemäß der Erfindung, betrachtet entlang der Hauptabtastrichtung.
13B ist eine schematische Darstellung der Anordnung von Lichtemissionsabschnitten der Lichtquelle der Ausführungsform 2 nach 13A.
14 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 2 des optischen Mehrstrahlabtastsystems gemäß der Erfindung, betrachtet entlang der Nebenabtastrichtung.
15 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Bilderzeugungsvorrichtung nach der Ausführungsform 1 oder 2 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet entlang der Nebenabtastrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Ausführungsform 1]
6A ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 1 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet entlang der Hauptabtastrichtung. 7 ist eine schematische Schnittansicht eines Hauptteils des in 6A dargestellten optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet in der Nebenabtastrichtung. In 7 sind gleiche Komponenten wie in 6A mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.
In 6A bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Lichtquelle, ausgebildet als Mehrfach-Halbleiterlaser (Halbleiterlaser-Array) mit mehreren Lichtemissionsabschnitten (Lichtemissionsflecken) A und B, die derart angeordnet sind, daß die sie verbindende Linie einen Winkel bezüglich der Nebenabtastrichtung bildet. 6B zeigt die Lichtemissionsabschnitte A und B der Lichtquelle 1 eingekreist und betrachtet in Pfeilrichtung E in 6A. In 6B bedeutet M die Hauptabtastrichtung und S die Nebenabtastrichtung.
In 6A bezeichnet Symbol 2 eine Kondensorlinse, die als erste Optik fungiert. Die Kondensorlinse 1 bildet die mehreren von der Lichtquelle 1 emittierten Lichtstrahlen um in konvergente (oder divergente) Lichtstrahlen. Symbol 4 in 6A steht für eine zylindrische Linse (Zylinderlinse), die eine zweite Optik bildet. Die Zylinderlinse besitzt eine vorbestimmte Brechkraft ausschließlich in Nebenabtastrichtung, so daß nach Durchgang durch die Kondensorlinse 2 die Lichtstrahlen auf die Ablenkoberfläche 5a des Dreh-Polygonspiegels 5 fokussiert werden, was weiter unten noch erläutert wird, um lineare Bilder zu erzeugen, die sich in einer Ebene erstrecken, welche die optische Achse entlang der Nebenabtastrichtung schneidet. Symbol 3 in 6A bezeichnet eine Aperturblende, welche die Breite der durch die Zylinderlinse 4 gelaufenen Lichtstrahlen begrenzt.
In 6A steht Symbol 5 für einen als Deflektoreinrichtung (optischer Deflektor) fungierenden Polygonspiegel, der von einer (nicht gezeigten) Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Motor, mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung 5b gedreht wird.
Bezugszeichen 6 steht für eine fθ-Linse (optisches Abtastsystem) mit fθ-Eigenschaft. Das fθ-Linsensystem 6 umfaßt ein Paar fθ-Linsen (eine erste fθ-Linse und eine zweite fθ-Linse) 6a und 6b. Das fθ-Linsensystem 6 fokussiert die mehreren Lichtstrahlen, die von dem Dreh-Polygonspiegel 5 abgelenkt/reflektiert werden, auf die abzutastende Fläche 7. Insbesondere schafft das fθ-Linsensystem eine optisch konjugierte Beziehung zwischen der Ablenkfläche 5a des Dreh- Polygonspiegels 5 und der abzutastenden Fläche 7 in einer Ebene, die die optische Achse entlang der Nebenabtastrichtung schneidet. Eine Optik mit einem solchen Aufbau kann den Topplingeffekt des Dreh-Polygonspiegels korrigieren, der zurückzuführen ist auf eine wenn auch nur geringe Neigung der Drehachse des Polygonspiegels und/oder einen Fertigungsfehler der Ablenkfläche 5a. Daher wird das System normalerweise als Topplingeffekt-Korrekturoptik oder ähnlich bezeichnet. Die abzutastende Fläche 7 ist die Oberfläche (bildtragende Fläche) einer photoempfindlichen Trommel, deren Drehachse in Hauptabtastrichtung verläuft.
Jede der paarweisen fθ-Linsen 6a und 6b ist typischerweise eine torische Linse. Vorzugsweise besitzt mindestens eine der fθ-Linsen eine nicht-sphärische Oberfläche in einer Ebene, welche die optische Achse entlang der Hauptabtastrichtung schneidet. Eine solche fθ-Linse kann durch Spritzgießen mit Kunststoff und einer Metallform hergestellt werden.
Bei dieser Ausführungsform werden die von der Lichtquelle (dem Mehrfachhalbleiterlaser) 1 emittierten Laserstrahlen mit Hilfe der Kondensorlinse 2 vor dem Eintritt in die Zylinderlinse 4 in konvergente Lichtstrahlen umgewandelt. Die in die Zylinderlinse 4 gelangenden Lichtstrahlen verlassen die Linse 4, ohne in Hauptabtastrichtung modifiziert zu sein, das heißt in der die optische Achse entlang der Hauptabtastrichtung schneidenden Ebene, wobei die Lichtmenge der Lichtstrahlen von der Aperturblende 3 in diesem Querschnitt begrenzt wird. Andererseits werden die Lichtstrahlen in Nebenabtastrichtung gebündelt, das heißt der die optische Achse entlang der Nebenabtastrichtung schneidenden Ebene, wobei die Lichtmenge der Lichtstrahlen ebenfalls in diesem Querschnitt von der Aperturblende 3 begrenzt werden. Im Ergebnis bilden die Lichtstrahlen lineare Bilder, die sich in der Hauptabtastrichtung auf der Ablenkfläche 5a des Dreh-Polygonspiegels 5 erstrecken. Die von der Ablenkfläche 5a des Dreh-Polygonspiegels 5 abgelenkten/reflektierten mehreren Lichtstrahlen werden von dem fθ-Linsensystem 6 fokussiert, um Bilder derart zu erzeugen, daß zahlreiche Lichtflecke auf de abzutastenden Oberfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 gebildet werden. Dann wird die Oberfläche (diejenige der photoempfindlichen Trommel 7) von den Lichtflecken in Pfeilrichtung 7b (Hauptabtastrichtung) in 6A abgetastet, während sich der Dreh-Polygonspiegel 5 in Pfeilrichtung 5b in 6A durch den Antrieb dreht. Im Ergebnis läßt sich auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7, die als Aufzeichnungsträger fungiert, ein Bild aufzeichnen.
Bei dieser Ausführungsform werden die regulär von der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 reflektierten Lichtstrahlen aus dem oben genannten Grund nicht in die Optik zurückgeleitet. Insbesondere werden die die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 treffenden Lichtstrahlen in Nebenabtastrichtung derart geneigt, daß ihre Hauptstrahlen einen von Null verschiedenen (Einfall-)Winkel α gegenüber der Normalen der abzutastenden Fläche bilden, wie in 7 gezeigt ist.
Man beachte, daß der Hauptstrahl des einen Lichtstrahl bildenden Flecks A auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 und derjenige des den Lichtstrahl bildenden Flecks B auf der Oberfläche nicht parallel sind zueinander im strengen Sinne des Worts. Darüber hinaus sind die Stelle des Flecks A und diejenige des Flecks B auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 relativ zueinander in Nebenabtastrichtung versetzt, und folglich verlaufen die Normalen der jeweiligen Flecken nicht parallel zueinander, weil die abzutastende Fläche diejenige einer Trommel ist. Streng genommen sind die auf die abzutastende Fläche auftreffenden Lichtstrahlen „in Nebenabtastrichtung derart geneigt, daß ihre Hauptstrahlen von Null verschiedene (Einfall-)Winkel gegenüber den jeweiligen Normalen auf der abzutastenden Fläche bilden". Aus Gründen der Vereinfachung jedoch werden die auf die abzutastenden Flächen auftreffenden Lichtstrahlen so betrachtet, als seien sie „geneigt in Nebenabtastrichtung, demzufolge ihre Hauptstrahlen einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen der abzutastenden Fläche bilden".
Wenn die auf die abzutastende Oberfläche (die Fläche der photoempfindlichen Trommel) 7 auftreffenden Lichtstrahlen in der Nebenabtastrichtung so geneigt sind, daß ihre Hauptstrahlen einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 bilden, ergibt sich das Problem, daß die durch die fokussierten Lichtstrahlen gebildeten Lichtflecken relativ zueinander in der Hauptabtastrichtung versetzt sind.
Im folgenden soll anhand der 8 das Phänomen des Versatzes der Flecken der fokussierten Lichtstrahlen in Hauptabtastrichtung diskutiert werden. Zur Vereinfachung soll hier angenommen werden, daß die Lichtquelle lediglich ein Paar Lichtemissionsabschnitte besitze.
8 ist eine schematische Querschnittansicht eines Hauptteils eines optischen Mehrstrahlabtastsystems und zeigt zwei Abtastlinien, die auf der abzutastenden Oberfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 zur Parallelabtastung verwendet werden. In 8 ist die Hauptabtastrichtung die Y-Achse, die Nebenabtastrichtung, entlang welcher die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 abzutasten ist, so bewegt wird, daß die Bewegung der Z-Achse entspricht, wobei die Normale der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 der X-Achse eines orthogonalen Koordinatensystems entspricht.
8 zeigt die Lichtstrahlen für den Fall, daß für die Abtastung ein maximaler Betrachtungswinkel vorhanden ist. Angenommen, der durch die Hauptstrahlen der Lichtstrahlen und die optische Achse des fθ-Linsensystems 6 gebildete Winkel β betrage und der durch die auftreffenden Lichtstrahlen und die X-Y-Ebene gebildete Winkel unter dieser Bedingung den Wert α habe.
Dann bilden die optischen Wege der beiden Abtastlinien eine Längendifferenz δX entlang der Richtung, in welcher die Lichtstrahlen verlaufen, ausgedrückt durch folgende Formel (1): δX = P × sinα (1),wobei P die Lücke ist, welche die Abtastlinien in Nebenabtastrichtung trennt, welche die abzutastende Oberfläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 gleichzeitig abtasten.
Wenn die Längendifferenz δX zwischen den optischen Wegen der beiden Lichtstrahlen entlang der Richtung erzeugt wird, in der die Lichtstrahlen verlaufen, sind die Hauptstrahlen der beiden die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 treffen, in der Hauptabtastrichtung (der Richtung der Y-Achse) versetzt, und die (maximale) Versetzung δY1 wird durch folgende Formel (2) ausgedrückt, vorausgesetzt, die Richtung der zunehmenden Abtastbreite entspreche dem Pfeil Y in 8 und werde als positiv angenommen: δY1 = δX × tanβ = P × sinα × tanβ (2).
Man sieht, daß δY1 i 8 einen negativen Wert annimmt.
Da bei dieser Ausführungsform der Versatz δY1 einen negativen Wert annimmt, ist die Anordnung derart ausgebildet, daß die (maximale) Lageversetzung δY2 in Hauptabtastrichtung jedes der auf der abzutastenden Fläche der photoempfindlichen Trommel 7 durch die fokussierten Lichtstrahlen gebildeten Flecks aufgrund der konvergierenden, in das fθ-Linsensystem 6 eintretenden Lichtstrahlen einen positiven Wert annimmt, was im folgenden noch erläutert wird. Wenn andererseits der Lageversatz δY1 entgegen dieser Ausführungsform einen positiven Wert annimmt, so wird der Lageversatz so eingerichtet, daß er einen negativen Wert annimmt. Kurz gesagt: der Winkel (des Einfalls) α und das Ausmaß der Konvergenz der in das fθ-Linsensystem eintretenden Lichtstrahlen werden so gewählt, daß die beiden Lageabweichungen gegeneinander versetzt sind.
Es sei im folgenden angenommen, daß konvergierende Lichtstrahlen in das fθ-Linsensystem 6 eintreten. Das Phänomen des Versatzes der Flecken der fokussierten Lichtstrahlen auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 in Hauptabtastrichtung tritt aus den nachfolgend diskutierten Gründen auf. Aus Gründen der Vereinfachung sei außerdem angenommen, daß die Lichtquelle lediglich zwei Lichtemissionsabschnitte besitze.
Wie oben unter Bezugnahme auf 4 bereits erläutert wurde, zeigen in einem optischen Mehrstrahlabtastsystem mit einem Paar Lichtemissionsabschnitten, die gegenüber der Nebenabtastrichtung geneigt sind, die beiden von den Lichtemissionsabschnitten abgegebenen Lichtstrahlen Reflexionswinkel, die verschieden voneinander sind, wenn die Strahlen von dem Dreh-Polygonspiegel abgelenkt/reflektiert werden, damit sie auf der abzutastenden Oberfläche (derjenigen der photoempfindlichen Trommel) fokussiert werden, um Flecken zu erzeugen, die voneinander in Hauptabtastrichtung getrennt sind. Auf diese Weise wird in einem optischen Mehrstrahlabtastsystem mit einem derartigen Aufbau einer der Lichtstrahlen von dem entsprechenden Lichtemissionsabschnitt mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung δT emittiert, betrachtet aus der Blickrichtung des anderen Lichtstrahls, der von dem anderen Lichtemissionsabschnitt emittiert wird, welcher als Referenzgröße fungiert, damit die beiden Lichtstrahlen auf demselben Fleck auf der abzutastenden Oberfläche (der Fläche der photoempfindlichen Trommel) fokussiert werden können.
9 zeigt schematisch diese Anordnung. In 9 werden die Hauptstrahlen der beiden Lichtstrahlbündel von der Ablenkfläche des Dreh-Polygonspiegels an der Seite reflektiert, an der ein Abtastvorgang gestartet wird.
Gemäß 9 wird der von dem Lichtemissionsabschnitt A emittierte Lichtstrahl (das Strahlenbündel) von der Ablenkfläche 5a des Dreh-Polygonspiegels in Richtung A1 in 9 reflektiert und wird auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 von einem (nicht gezeigten) fθ-Linsensystem 6 abgetastet, bevor die Emission des anderen Lichtstrahls erfolgt.
Dann, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne von δT verstrichen ist, wird der andere von dem Emissionsabschnitt B emittierte Lichtstrahl von der Ablenkfläche 5a' des Dreh-Polygonspiegels in Richtung B1' in 9 reflektiert. Im Ergebnis werden die beiden Lichtstrahlbündel auf demselben Fleck auf der abzutastenden Oberfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 fokussiert. Man erkennt, daß die Hauptstrahlen der beiden Lichtstrahlbündel in das fθ-Linsensystem 6 mit dem gleichen Einfallwinkel, jedoch an verschiedenen Punkten eintreten, die voneinander einen Abstand δys in Hauptabtastrichtung haben, nachdem sie von den jeweiligen Ablenkflächen 5a und 5a' des Dreh-Polygonspiegels reflektiert wurden, weil sie von diesem an einer jeweiligen Stelle reflektiert werden, die voneinander beabstandet sind.
Wenn die beiden Lichtstrahlen im wesentlichen kollimiert sind, während sie in das fθ-Linsensystem 6 eintreten, werden sie auf denselben Fleck auf der abzutastenden Oberfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 fokussiert, unabhängig von dem relativen Versatz δys ihrer Hauptstrahlen in Hauptabtastrichtung.
Wenn allerdings die beiden Strahlen beim Eintritt in das fθ-Linsensystem 6 konvergent sind, werden sie auf jeweilige Flecken auf der abzutastenden Oberfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 fokussiert, die voneinander in Hauptabtastrichtung versetzt sind, so daß sie den relativen Versatz δys ihrer Hauptstrahlen in Hauptabtastrichtung wiedergeben.
10 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils der Optik nach Ausführungsform 1, um dieses Phänomen zu veranschaulichen. In 10 bedeutet das Symbol 6 ein fθ-Linsensystem. Wenn der Abstand zwischen der hinteren Hauptebene 11 des fθ-Linsensystems 6 und dem Punkt der natürlichen Konvergenz 14 eines in das fθ-Linsensystem eintretenden konvergierenden Lichtstrahlbündels Sd ist, so beträgt die Brennweite des fθ-Linsensystems 6 f, und der Abstand zwischen der hinteren Hauptebene 11 des fθ-Linsensystems 6 und dem Punkt 12, an welchem das in das fθ-Linsensystem 6 eintretende konvergierende Strahlbündel von dem System fokussiert wird (auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) Sk beträgt, so ergibt sich folgende Beziehung gemäß Formel (3):
Aus der obigen Formel (3) läßt sich folgende Formel (4) ableiten:
Wenn der relative Versatz der von dem Lichtemissionsabschnitt A bzw. B emittierten beiden Lichtstrahlen δy beträgt und der relative Versatz in Hauptabtastrichtung der durch Fokussieren der beiden aus den Lichtemissionsabschnitten A und B emittierten Lichtstrahlbündel auf der abzutastenden Oberfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 den Wert δT2 (den Maximalwert) hat, so ergibt sich deutlich aus der 10, daß man δY2 aus folgender Formel (5) ermitteln kann:
Man beachte, daß die Lageversetzung δY2 in Richtung zunehmender Abtastbreite einen positiven Wert hat. In diesem Fall nach 10 zeigt δY2 einen positiven Wert.
11 ist eine schematische Darstellung einer Ablenkfläche eines Dreh-Polygonspiegels, die die Hauptstrahlen eines Paares von Lichtstrahlen auf der Seite reflektiert, auf der der Abtastvorgang beendet wird.
Gemäß 11 wird der von dem Lichtemissionsabschnitt A emittierte Lichtstrahl von der Ablenkfläche 5a des Dreh-Polygonspiegels in Richtung A1 in 11 reflektiert und wird auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 von einem (nicht gezeigten) fθ-Linsensystem 6 fokussiert, bevor die Emission des anderen Lichtstrahlbündels erfolgt.
Dann wird nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne entsprechend δT der andere Lichtstrahl, welcher von dem Lichtemissionsabschnitt B emittiert wird, von der Ablenkfläche 5a' des Dreh-Polygonspiegels in Richtung von B1' in 11 reflektiert. Im Ergebnis werden die Hauptstrahlen der beiden Strahlbündel gegeneinander in Richtung der Hauptabtastung bei Eintritt in das fθ-Linsensystem 6 um δye versetzt.
Aus den 9 und 11 ist ersichtlich, daß der von dem Lichtemissionsabschnitt B emittierte Lichtstrahl B' in Richtung der optischen Achse des fθ-Linsensystems 6 gegenüber dem von dem Lichtemissionsabschnitt A emittierten Lichtstrahl A' sowohl an der Startseite des Abtastvorgangs als auch an der Abschlußseite des Abtastvorgangs versetzt wird, so daß folglich die von dem Lichtstrahl B' abgetastete Spanne kürzer ist als die von dem Lichtstrahl A' abgetastete Spanne auf der Abtastfläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7, wie in 12 zu sehen ist, die schematisch ein Paar Abtastlinien auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) veranschaulicht.
In anderen Worten: wenn ein Paar konvergenter Lichtstrahlbündel dazu gebracht wird, in das fθ-Linsensystem einzutreten, werden die durch die einzelnen fokussierten Lichtstrahlen erzeugten Lichtflecken gegeneinander in Hauptabtastrichtung auf der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 versetzt.
Diese Ausführungsform ist also so ausgelegt, daß die in Hauptabtastrichtung führende Lageversetzung der Lichtflecken, die durch ein Paar fokussierter Lichtstrahlen erzeugt werden, die ihrerseits erzeugt werden, wenn die Hauptstrahlen der paarweisen Lichtstrahlbündel auf die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 auftreffen, einen vorbestimmten Winkel α in Bezug auf die Normale der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 in Nebenabtastrichtung bilden, umgekehrt gerichtet ist zu und folglich versetzt ist gegenüber der in Hauptabtastrichtung weisenden Lageversetzung der Lichtflecken, die durch die paarweisen fokussierten Lichtstrahlen erzeugt werden, die dann entstehen, wenn die Lichtstrahlen beim Eintritt in das fθ-Linsensystem 6 konvergieren. Um diese Anordnung wirksam zu machen, werden optimale Werte für den Winkel (des Einfalls) α gewählt, ebenso wie für den Abstand Sd zwischen der hinteren Hauptebene 11 des fθ-Linsensystems 6 und dem Punkt der natürlichen Konvergenz 14 eines in das fθ-Linsensystem 6 eintretenden, konvergierenden Lichtstrahlbündels, und des Abstands Sk zwischen der hinteren Hauptebene 11 des fθ-Linsensystems 6 und dem Punkt 12, an welchem das in das fθ-Linsensystem 6 eintretenden, konvergierenden Strahlbündels von diesem System fokussiert wird (auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel). Als Ergebnis wird der Lageversatz der durch die beiden Lichtstrahlen gebildeten Lichtflecken in Hauptabtastrichtung praktisch vollständig auf der gesamten Oberfläche der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 beseitigt.
Es gibt möglicherweise Fälle, in denen die Hauptstrahlen der paarweisen Lichtstrahlen, die auf die abzutastende Oberfläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 treffen, nicht einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 in Nebenabtastrichtung bilden können, abhängig von der Konfiguration des inneren Aufbaus der Bilderzeugungsvorrichtung. Wenn dies der Fall ist und keine Möglichkeit besteht, den Lageversatz der durch die beiden Lichtstrahlen erzeugten Lichtflecken in Hauptabtastrichtung zu beseitigen, so reicht es möglicherweise aus, den Lageversatz auf einen akzeptierbaren Wert zu verringern im Hinblick auf die Qualität des auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel erzeugten Bilds.
Wenn beispielsweise die Abtastlinie mit Intervallen von P in Nebenabtastrichtung angeordnet sind, so wird die Qualität des erzeugten Bilds deutlich beeinträchtigt, wenn der Lageversatz ein Drittel von P, das heißt P/3, übersteigt. Im Hinblick auf diesen Umstand werden die Komponenten dieser Ausführungsform so gewählt, daß, wenn der Lageversatz von durch paarweise fokussierte Lichtstrahlen erzeugten Lichtflecken in Hauptabtastrichtung beim Auftreffen der Hauptstrahlen der paarweisen Lichtstrahlen auf die abzutastende Oberfläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 in Nebenabtastrichtung bildet, den Wert δT1 hat, und der in Hauptabtastrichtung weisende Lageversatz der auf der Oberfläche der Trommel durch die paarweisen fokussierten Lichtstrahlen in Form konvergenter Lichtstrahlen gebildet werden, indem die Strahlen durch ein fθ-Linsensystem geleitet werden, δY2, δY1 und δY2 in entgegengesetzte Richtungen beträgt und die Bedingung folgender Formel (6) erfüllt: |δY1 + δY2| ≤ P/3 (6)
Da δY1 + δY2 in entgegengesetzte Richtungen weisen, haben sie ein positives und negatives Vorzeichen, oder umgekehrt. Bei dieser Anordnung wird der Lageversatz der beiden durch die Lichtstrahlbündel erzeugten Lichtflecken in Hauptabtastrichtung auf einen akzeptierbaren Wert auf der gesamten Oberfläche der abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 korrigiert, was die Qualität des auf der Oberfläche der Trommel 7 erzeugten Bilds angeht.
Während die Anzahl von Lichtemissionsabschnitten der Lichtquelle bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel aus Gründen der Vereinfachung zwei beträgt, können mehr als zwei Lichtemissionsabschnitte in einer Ausführungsform verwendet werden, um deren Wirkungsweise zu verbessern.
Die nachstehenden Tabellen 1 und 2 zeigen unterschiedliche Kennwerte für die Ausführungsform 1 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Das Profil der asphärischen Oberfläche jeder der Linsen des fθ-Linsensystems 6 dieser Ausführungsform in Hauptabtastrichtung läßt sich ausdrücken in Elementen eines XYZ-Koordinatensystems, bei dem der Schnittpunkt der Linsenoberfläche und der optischen Achse des Linsensystems so gewählt ist, daß er mit dem Ursprungspunkt zusammenfällt, während die optische Achse mit der X-Achse zusammenfällt und die die optische Achse rechtwinklig schneidende Achse in Hauptabtastrichtung der Y-Achse entspricht, außerdem die die optische Achse in Nebenabtastrichtung rechtwinklig schneidende Achse der Z-Achse entspricht, und zwar gemäß folgender Formel (7):
wobei R der Krümmungsradius und k, B₄, B₆, B₈ und B₁₀ für die asphärische Oberfläche spezifische Koeffizienten sind. Wenn jeder der Koeffizient abhängig von positivem oder negativem Vorzeichen des Werts y unterschiedliche Werte zeigt, dienen die Symbole k_u, B_4u, B_6u, B_8u und B_10u mit dem Suffix u für die jeweiligen Koeffizienten, die positiven Werten y entsprechen, während Symbole k_l, B_4l, B_6l, B_8l und B_10l mit dem Suffix l für Koeffizienten entsprechend einem negativen Wert von y.
Andererseits läßt sich das Profil der asphärischen Fläche jeder der Linsen des fθ-Linsensystems 6 dieser Ausführungsform in Nebenabtastrichtung ausdrücken durch den Krümmungsradius r' des Punkts y in dem Koordinatensystem der Linsenoberfläche in Hauptabtastrichtung gemäß folgender Formel (8): r' = r(1 + D2y2 + D4y4 + D6y6 + D8y8 + D10y10) (8)wobei r der Krümmungsradius am Punkt der optischen Achse und D₂ bis D₁₀ für die asphärische Fläche spezifische Koeffizienten sind.
Wenn jeder der Koeffizienten unterschiedliche Werte abhängig vom positiven oder negativen Vorzeichen des Werts y zeigt, nimmt der Krümmungsradius r' einen Wert an, der sich anhand der Symbole D_2u bis D_10u mit dem Suffix u entsprechend dem positiven Wert von y bestimmt, während der Krümmungsradius r' einen durch Symbole D₂₁ bis D_10l annimmt, wie er sich durch das Suffix i entsprechend dem negativen Wert von y bestimmt.
Gemäß obiger Beschreibung werden bei dieser Ausführungsform die in Hauptabtastrichtung weisende Lageversetzung der Lichtflecken, die durch die konvergierenden, von dem fθ-Linsensystem 6 fokussierten Lichtstrahlen gebildet werden, und die in Hauptabtastrichtung verlaufende Lageversetzung der Lichtflecken, die von den fokussierten Lichtstrahlen erzeugt werden, welche die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 treffen, und deren Hauptstrahlen einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 in Nebenabtastrichtung bilden, vollständig versetzt und korrigieren einander durch passende Auswahl der Positionen für die Lichtemissionsabschnitte A und B und für den Wert des Winkels α, wie aus den 6A, 6B und 7 hervorgeht.
Wenn eine Bilderzeugungsvorrichtung wie beispielsweise ein Laserdrucker oder ein digitales Kopiergerät mit einem optischen Mehrstrahlabtastsystem dieser Ausführungsform dazu ausgebildet ist, eine Aufzeichnungsdichte von 600 DPI zu liefern, so nehmen die Parameter P, δY1 und δY2 der Formel (6), welche die obige Forderung erfüllt, folgende Werte an:
P = 0,04233
δY1 = +0,00212
δY2 = –0,00229
Man sieht anhand der obigen Werte, daß diese Ausführungsform die Forderung der Formel (6) erfüllt, nämlich δY1 + δY2 = 0,00017 ≤ P/3 = 0,01411 (6).
In anderen Worten: der Winkel α, der durch die auf die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 auftreffenden Lichtstrahlen und die Normale auf der abzutastenden Fläche in Nebenabtastrichtung gebildet wird, der Abstand Sd zwischen der hinteren Hauptebene 11 des fθ-Linsensystems 6 und der natürliche Konvergenzpunkt 14 des in das fθ-Linsensystem 6 eintretenden konvergierenden Lichtstrahls, und der Abstand Sk zwischen der hinteren Hauptebene 11 des fθ-Linsensystems 6 und dem Punkt 12, wo der in das fθ-Linsensystem eintretende, konvergierende Strahl von dem System fokussiert wird, werden bei dieser Ausführungsform in optimaler Weise ausgewählt. Im Ergebnis werden die Lageverschiebungen der Lichtflecke, die durch die mehreren Laserstrahlen in Hauptabtastrichtung gebildet werden, auf der gesamten abzutastenden Fläche (der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 vollständig versetzt ohne Einbuße an Fokussierfähigkeit (der Bildung von Lichtflecken) der Ausführungsform. Auf diese Weise eignet sich eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem optischen Mehrstrahlabtastsystem gemäß der Erfindung für eine Hochgeschwindigkeitsaufzeichnung mit hoher Dichte.
[Ausführungsform 2]
13A ist eine schematische Querschnittansicht eines Hauptteils der Ausführungsform 2 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems, wie es in einer Bilderzeugungsvorrichtung wie zum Beispiel einem Laserdrucker oder einem digitalen Kopiergerät eingesetzt wird. 14 ist eine schematische Querschnittansicht des Hauptteils des in 13A gezeigten optischen Mehrstrahlabtastsystems, betrachtet entlang der Nebenabtastrichtung. In den 13A und 14 sind gleiche Komponenten wie in den 6A und 7 mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht weiter beschrieben. 13B ist eine schematische Darstellung der Ausgestaltung der Lichtemissionsabschnitte der Lichtquelle der Ausführungsform 2 nach 13A. Wie in 6B sind die Lichtemissionsabschnitte A, B eingekreist und werden in Pfeilrichtung E in 13B betrachtet. Man beachte, daß in 13B M die Hauptabtastrichtung und S die Nebenabtastrichtung bedeutet.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform 1 durch den Winkel α, der durch die Hauptstrahlen der auf die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 auftreffenden Lichtstrahlen und die Normale auf der abzutastenden Fläche in Nebenabtastrichtung gebildet wird, und folglich durch die Positionen der Lichtemissionsabschnitte A und B. Im übrigen ist der optische Effekt der Ausführungsform 2 im wesentlichen der gleiche wie der der Ausführungsform 1.
Bei dieser Ausführungsform befindet sich der Winkel α unterhalb der Mittellinie O, welche in Richtung der optischen Achse der photoempfindlichen Trommel verläuft, wie in 14 zu sehen ist, bedingt durch einen gewissen, notwendigen Freiheitsgrad für die Anordnung des Hauptkörpers.
Bei dieser Ausgestaltung bilden der in Hauptabtastrichtung verlaufende Lageversatz der Lichtflecken, die durch die fokussierten, auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 3 auftreffenden Lichtstrahlen gebildet werden, deren Hauptstrahlen einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 in Nebenabtastrichtung bilden, keinen Versatz, sondern es erfolgt eine Vergrößerung durch den Lageversatz in Hauptabtastrichtung der Lichtflecken, welche durch die konvergierenden Lichtstrahlen erzeugt werden, welche durch das fθ-Linsensystem 6 fokussiert werden.
Im Hinblick auf diesen Umstand werden die Lichtemissionsabschnitte A und B dieser Ausführungsform so eingerichtet, daß sie eine andere Lagebeziehung voneinander aufweisen als ihre Gegenstücke der Ausführungsform 1 (beispielsweise durch Drehen der Lichtemissionsabschnitte A und B um einen gegebenen Winkel). Im Ergebnis wird der in Hauptabtastrichtung gemessene Lageversatz der Lichtflecken, die gebildet werden durch die fokussierten Lichtstrahlen, die auf die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 auftreffen, und deren Hauptstrahlen einen vorbestimmten Winkel α gegenüber der Normalen auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 7 in Nebenabtastrichtung bilden, einen Versatz durch die Lageversetzung in Hauptabtastrichtung der Lichtflecken, welche durch die konvergierenden Lichtstrahlen entstehen, die durch das fθ-Linsensystem 6 entstehen. Damit arbeitet diese Ausführungsform im wesentlichen genauso wie die Ausführungsform 1.
Man sieht, daß, wenn die mehreren, auf die abzutastende Fläche (die Oberfläche der photoempfindlichen Trommel) 7 auftreffenden Lichtstrahlen in ihrer Lage gegenüber der Mittellinie O der photoempfindlichen Trommel umgekehrt werden, der optische Effekt des optischen Mehrstrahlabtastsystems aufrecht erhalten bleibt, indem die Lagebeziehung der Lichtemissionsabschnitte modifiziert werden. Dann werden sowohl die Richtung des Lageversatzes in Hauptabtastrichtung der durch Fokussieren der konvergenten Lichtstrahlen erzeugten Flecken und derjenigen des Lageversatzes in Hauptabtastrichtung der durch die fokussierenden divergenten Lichtstrahlen erzeugten Flecken umgekehrt. Folglich arbeitet diese Ausführungsform genauso effektiv wie die Ausführungsform 1, wenn in das fθ-Linsensystem 6 divergente Lichtstrahlen eingebracht werden.
Ein optisches Mehrstrahlabtastsystem gemäß der Erfindung, wie es oben erläutert wurde, läßt sich in geeigneter Weise für eine Bilderzeugungsvorrichtung verwenden, beispielsweise einen Laserdrucker (LBP) oder ein digitales Kopiergerät. Dies soll anhand der 15 erläutert werden.
15 ist eine schematische Schnittansicht eines Bilderzeugungsgeräts 104 mit einem erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystem, betrachtet entlang der Hauptabtastrichtung. In 15 bezeichnet Bezugsziffer 100 entweder die Ausführungsform 1 oder die Ausführungsform 2 des erfindungsgemäßen optischen Mehrstrahlabtastsystems. 101 bezeichnet eine photoempfindliche Trommel als Träger für ein elektrostatisches latentes Bild. Eine Aufladewalze 102 dient zum Aufladen der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 gleichmäßig mit Elektrizität und ist oberhalb der photoempfindlichen Trommel 101, mit dieser in Berührung stehend, angeordnet. Der elektrisch geladene Bereich der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 stromabwärts bezüglich der Kontaktlinie der Aufladewalze 102 und der Trommel 101 wird von den Lichtstrahlen 103 abgetastet, die von dem optischen Mehrstrahlabtastsystem 100 emittiert werden.
Die Lichtstrahlen 103 werden mit den Bilddaten moduliert, die an den optischen Scanner angelegt werden, so daß das elektrostatische latente Bild auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 entsteht, wenn diese mit den Lichtstrahlen 103 bestrahlt wird. Das elektrostatische latente Bild wird anschließend mit Hilfe einer Entwicklungseinrichtung 107 stromabwärts gegenüber der von dem Lichtstrahl 103 im Drehsinn der Trommel 101 bestrahlten Bereich der photoempfindlichen Trommel 101 für ein Tonerbild entwickelt, wobei die Entwicklungseinrichtung 107 in Berührung mit der Trommel 101 gehalten wird. Anschließend wird das Tonerbild durch eine Transferwalze 108 vis a vis der photoempfindlichen Trommel 101 an einer Stelle unterhalb von dieser auf einen Papierbogen 112 übertragen, der aus einer Blattkassette 109 zugeführt wird, die sich vor der photoempfindlichen Trommel 101 befindet (rechts von der Trommel 101 in 15), obschon die Bögen alternativ auch von Hand zugeführt werden könnten. Am Ende der Papierkassette 109 befindet sich eine Transportwalze 110 zum Transportieren des Papierbogens aus der Kassette 109 zu dem Transferweg mit Hilfe eines Paares von Transportwalzen 111.
Anschließend wird der nun das nicht fixierte Tonerbild tragende Bogen 112 zu einer Fixierstation bewegt, die sich hinter der photoempfindlichen Trommel 101 (links von der Trommel 101 in 15) befindet. Die Fixierstation enthält eine Fixierwalze 113 im Inneren einer (nicht gezeigten) Fixierheizung, außerdem eine Andrückwalze 114 zum Andrücken der Fixierwalze 113, damit das Tonerbild auf dem Bogen 112 bei der Bewegung von dem Transferbereich fixiert wird, während der Bogen zwischen der Fixierwalze 113 und der Andrückwalze 114 zusammengepreßt und erhitzt wird. Hinter der Fixierwalze 113 befindet sich ein Paar Austragwalzen 116 zum Austragen des nun ein fixiertes Bild tragenden Bogens 112 aus dem Gerät nach außen.

Claims

Optisches Mehrstrahlabtastsystem, umfassend: eine Lichtquelle (1) mit mehreren Lichtemissionsabschnitten (A, B), angeordnet an einzelnen Positionen, die voneinander sowohl in der Hauptabtastrichtung als auch in der zu dieser rechtwinklig verlaufenden Nebenabtastrichtung verschieden sind; einen Drehpolygonspiegel (5) mit Ablenkflächen (5a) zum Ablenken der mehreren Lichtstrahlen, die von den mehreren Lichtemissionsabschnitten emittiert werden; ein erstes optisches System (2), das im optischen Weg zwischen der Lichtquelle und dem Drehpolygonspiegel angeordnet ist, um die mehreren Lichtstrahlen in entsprechend viele konvergente oder divergente Lichtstrahlen umzuwandeln; ein zweites optisches System (4) zum Fokussieren der mehreren Lichtstrahlen auf eine Ablenkfläche des Drehpolygonspiegels in Form entsprechend vieler linearer Bilder, die sich nach dem Durchgang durch das erste optische System in der Hauptabtastrichtung erstrecken; und ein drittes optisches System (6) zum Fokussieren der mehreren vom Drehpolygonspiegel abgelenkten Lichtstrahlen auf eine abzutastende Oberfläche (7) einer Trommel, deren Drehachse sich in Hauptabtastrichtung erstreckt, wobei das dritte optische System die Ablenkfläche und die abzutastende Oberfläche in einer im wesentlichen konjugierten Lagebeziehung bezüglich der Nebenabtastrichtung hält, wobei die mehreren Lichtstrahlen, die auf die abzutastende Oberfläche treffen, in Nebenabtastrichtung derart geneigt sind, daß ihre Hauptstrahlen in bezug auf die Normale der abzutastenden Fläche einen von Null verschiedenen Winkel (α) aufweisen, um dadurch einen Lageversatzδy₁ unter den Brennpunkten der Lichtstrahlen auf der abzutastenden Oberfläche in einer ersten Richtung parallel zur Hauptabtastrichtung gegenüber einer Anordnung hervorzurufen, bei der der genannte Winkel (α) Null beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass der in das dritte optische System einfallende Lichtstrahl in der Hauptabtastrichtung konvergiert oder divergiert und dass die Position der Lichtemissionsabschnitte (A, B) und der Wert des Winkels (α) derart gewählt sind, daß die konvergierenden oder divergierenden Lichtstrahlen, die in das dritte optische System einfallen, einen relativen Lageversatz δy₂ unter ihren Brennpunkten auf der abzutastenden Oberfläche in einer zweiten Richtung parallel zur Hauptabtastrichtung erfahren, verglichen mit einer Anordnung, bei der die Lichtemissionsabschnitte (A, B) sich an der gleichen Stelle in Hauptabtastrichtung befinden, während die erste Richtung und die zweite Richtung einander entgegengesetzt sind, um dadurch den Versatz der Brennpunkte auf der abzutastenden Oberfläche in der Hauptabtastrichtung wirksam zu verringern.
System nach Anspruch 1, bei dem das im folgenden definierte Erfordernis erfüllt ist: δY1 + δY2 ≤ P/3,wobei δY1 der maximale Lageversatz in der ersten Richtung ist, δY2 der maximale Lageversatz in der zweiten Richtung ist und P die Lücke ist, welche die auf der abzutastenden Oberfläche von den einzelnen Lichtstrahlen in Nebenabtastrichtung gebildeten Abtastlinien voneinander trennt, δY1 und δY2 in entgegengesetzte Richtungen verlaufen und vorab durch ein positives bzw. negatives Vorzeichen, oder umgekehrt, festgelegt sind.
System nach Anspruch 2, bei dem δY1 + δY2 einen Wert von im wesentlichen Null hat.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erste optische System eine Kondensorlinse (2) und das zweite optische System eine Zylinderlinse (4) mit Brechkraft nur in Nebenabtastrichtung aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das dritte optische System ein fθ-Linsensystem (6) enthält.
System nach Anspruch 5, bei dem das fθ-Linsensystem ein Paar torischer Linsen (6a, 6b) enthält.
System nach Anspruch 6, bei dem jede der torischen Linsen versehen ist mit mindestens einer Linsenfläche, die im Querschnitt entlang der Hauptabtastrichtung ein asphärisches Profil aufweist.
Bilderzeugungsvorrichtung, umfassend: ein Mehrstrahlabtastsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; eine photoempfindliche Trommel (101), die die abzutastende Oberfläche aufweist und deren Drehachse in Hauptabtastrichtung verläuft; eine Entwicklungseinheit (107) zum Entwickeln eines elektrostatischen latenten Bilds, erzeugt auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel durch die Lichtstrahlen, die von dem optischen Abtastsystem dazu gebracht werden, die Oberfläche abzutasten, in ein Tonerbild; eine Transfereinheit (108) zum Transferieren des entwickelten Tonerbilds auf ein Tonerbild-Aufnahmeelement; und eine Fixiereinheit (113, 114) zum Fixieren des transferierten Tonerbilds auf dem Tonerbild-Aufnahmeelement.