DE60120538T2

DE60120538T2 - Optisches System zum Lichtabtasten und Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE60120538T2
Application number: DE60120538T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Ohta-ku Ishibe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: DE60120538D1; EP1139142A3; US6535317B2; US20020001119A1; EP1139142A2; EP1139142B1; JP2001343602A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Lichtabtasten und eine Lichtabtastvorrichtung unter Verwendung eines solchen Systems, insbesondere geeignet für eine bilderzeugende Vorrichtung, beispielsweise Laserdrucker, Digitalkopiergeräte, etc., die von einem elektrophotographischen Prozeß Gebrauch machen und so ausgebildet sind, daß sie von einer Lichtquelleneinrichtung (einer Einzel-Lichtquelle oder mehreren Lichtquellen) emittiertes Licht reflektierend mit Hilfe eines Polygonspiegels als optisches Ablenkelement ablenken und eine Zone auf einer abzutastenden Fläche optisch abtasten mit Hilfe eines fθ-Linsensystems, welches eine fθ-Kennlinie besitzt, um auf der Fläche Bildinformation aufzuzeichnen.
Einschlägiger Stand der Technik
Bei optischen Systemen zum Lichtabtasten (Lichtabtastvorrichtungen), beispielsweise bei Laserdruckern und dergleichen, wird bislang das optisch mit einem Bildsignal modulierte Licht, welches von der Lichtquelleneinrichtung emittiert wird, periodisch von dem optischen Ablenkelement, beispielsweise in Form eines Polygon-Drehspiegels (Polygonspiegels) abgelenkt, und das abgelenkte Licht wird zu der Form eines Flecks auf einer Oberfläche eines photoempfindlichen Aufzeichnungsmediums (einer photoempfindlichen Trommel) mit Hilfe des fθ-Linsensystems mit fθ-Kennlinie gebündelt, um die Zone auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums optisch abzutasten und dort eine Bildaufzeichnung zu bewirken.
19 ist ein schematisches Diagramm, welches den Hauptbestandteil eines herkömmlichen optischen Lichtabtastsystems zeigt. In dieser Figur wird ein von einer Lichtquelleneinrichtung 91 emittierter divergierender Strahl mit Hilfe einer Kollimatorlinse 92 zu einem nahezu parallelen Strahlbündel geformt, eine Aperturblende 93 formt das Strahlbündel (die Lichtmenge), und das so geformte Strahlbündel trifft auf eine Zylinderlinse 94, die Brechkraft ausschließlich in Nebenabtastrichtung besitzt. Das in die Zylinderlinse 94 eintretende Strahlbündel (im folgenden auch vereinfacht als Strahl bezeichnet) tritt in einem für das Auftreffen geeigneten Zustand im Hauptabtast-Querschnitt aus, wobei es in dem Nebenabtastquerschnitt gebündelt ist, um auf diese Weise als im wesentlichen lineares Bild in der Nähe einer Ablenkfacette 95a des aus einem Polygon-Drehspiegels (Polygonspiegel) bestehenden optischen Ablenkelements 95 fokussiert zu werden.
Anschließend wird der von der Ablenkfacette 95a des optischen Ablenkelements 95 reflektierend abgelenkte Strahl durch das fθ-Linsensystem 96 geführt, welches die fθ-Kennlinie besitzt, um auf die Oberfläche einer photoempfindlichen Trommel aufzutreffen, die eine abzutastende Fläche 97 bildet, wobei das optische Ablenkelement 95 in Pfeilrichtung A gedreht wird, so daß der Strahl die Zone auf der photoempfindlichen Trommel 97 in Pfeilrichtung B (der Hauptabtastrichtung) optisch abtastet und damit auf der Fläche Bildinformation aufzeichnet.
Um eine hochgenaue Aufzeichnung der Bildinformation in der Bilderzeugungsvorrichtung mit dem optischen System zum Lichtabtasten dieses Typs zu erreichen, ist es notwendig, folgende Anforderungen zu erfüllen: die Feldkrümmung wird über die gesamte abzutastende Fläche gut korrigiert, um Fleck-Größen auszugleichen; und das System besitzt eine solche Verzeichnung (fθ- Charakteristik), daß die proportionale Beziehung zwischen Winkeln und Bildhöhen des von dem optischen Ablenkelement reflektierend abgelenkten Strahls erreicht wird.
Mittlerweile gibt es Bedarf an optischen Systemen, die in der Lage sind, eine Abtastung mit hoher Geschwindigkeit auszuführen, bedingt durch die Zunahme von Geschwindigkeit und Auflösung bei Laserdruckern, Digitalkopiergeräten und dergleichen. Da es in bezug auf die Drehzahl eines zu der Abtasteinrichtung gehörigen Motors Beschränkungen ebenso gibt wie bezüglich der Anzahl von Facetten des als Ablenkeinrichtung fungierenden Polygonspiegels und dergleichen, gibt es gesteigerten Bedarf insbesondere an optischen Mehrstrahl-Abtastsystemen, die in der Lage sind, die Oberfläche gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Strahlen abzutasten, die aus mehreren Lichtemissionszonen (Lichtquellen) emittiert werden.
Um die Fleckgrößen auf der gesamt abzutastenden Fläche bei solchen optischen Mehrstrahl-Abtastsystemen auszugleichen, muß die Bildfeldkrümmung gut korrigiert werden, während Lateral-Vergrößerungen in Nebenabtastrichtung bei sämtlichen Bildhöhen ausgeglichen werden müssen. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn Lateral-Vergrößerungen in der Nebenabtastrichtung abhängig von Bildhöhen differieren, die Fleckgrößen in Nebenabtastrichtung abhängig von Bildhöhen variieren.
Wenn die Lateral-Vergrößerungen in Nebenabtastrichtung nicht für sämtliche Bildhöhen ausgeglichen werden, entsteht das weitere Problem, daß dann, wenn die Lichtemissionszonen abseits der optischen Achse in Nebenabtastrichtung liegen, wie es bei optischen Mehrstrahl-Abtastsystemen der Fall ist, die Abtastlinien gekrümmt sind und der Abstand zwischen den Linien in Nebenabtastrichtung abhängig von den Bildhöhen schwankt und dadurch zu einer Minderung der Bildqualität führt.
Die verschiedenen optischen Lichtabtastsysteme, die zur Lösung derartiger Probleme bislang vorgeschlagen wurden, finden sich beispielsweise in den japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Nr. 8-297256, 10-232347 etc.
Das optische Lichtabtastsystem nach der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 8-297256 hat einen solchen Aufbau, daß eine Änderung der F-Zahl in Nebenabtastrichtung abhängig von Bildhöhen der auf die abzutastende Fläche auftreffenden Strahlen durch kontinuierliches Ändern der Krümmungen in Nebenabtastrichtung von mindestens zwei Linsenflächen einer das fθ-Linsensystem bildenden Linse weg von der Achse in Richtung der Achse im effektiven Teil der Linse unterdrückt wird. Die genannte Anmeldung beschreibt das Beispiel, bei dem die auf das fθ-Linsensystem auftreffenden Strahlen konvergierende Strahlbündel sind, wobei die Änderung der F-Zahl in der Nebenabtastrichtung gut unterdrückt wird.
Das optische Abtastsystem nach der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 10-232347 ist derart aufgebaut, daß die beiden das fθ-Linsensystem bildenden Linsen mit einer optimale Kombination von Brechkräften in Nebenabtastrichtung ausgestattet sind. Die Anmeldung beschreibt das Beispiel, bei dem die auf das fθ-Linsensystem auftreffenden Strahlbündel konvergierende Strahlbündel sind, wobei die Fleckgrößen in Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Fläche ausgeglichen werden. Weitere Systeme mit Lösungen für die oben diskutierten Probleme sind bekannt aus der JP 10 142 543 , EP 0 851 261 , EP 0 853 253 und der US 5 701 190 .
Ein Ziel der Erfindung ist es, das Auftreten von Jitter zu eliminieren und in wirksamer Weise eine asymmetrische Komponente in der Krümmung der Abtastlinie, die bei der Verwendung relativ großer Polygon-Durchmesser zustande kommt, ebenso zu korrigieren wie eine Gesamtneigungskomponente in der Vergrößerung in Nebenabtastrichtung über der gesamten Abtastzone eines optischen Lichtabtastsystems (oder eines optischen Mehrstrahl-Lichtabtastsystems) oder in einer Lichtabtastvorrichtung (oder einer Mehrstrahl-Lichtabtastvorrichtung), in der der auf das fθ-Linsensystem auftreffende Strahl ein nahezu paralleles Strahlbündel bildet, um dadurch ein System zum Lichtabtasten zu schaffen, welches in der Lage ist, ein Bild mit hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität zu erzeugen, indem die Fleckgrößen auf der gesamten abzutastenden Fläche ausgeglichen sind und die Krümmung der Abtastlinie eliminiert ist. Außerdem soll eine Lichtabtastvorrichtung mit einem solchen System geschaffen werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erreicht werden diese Ziele durch ein optisches System zum Lichtabtasten gemäß Anspruch 1 und durch eine bilderzeugende Vorrichtung gemäß Anspruch 15 und 16. Die übrigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen.
In einem weiteren Aspekt des oben angesprochenen optischen Systems zum Lichtabtasten besitzt eine Linse, die sich auf der Seite der abzutastenden Fläche der beiden Linsen des dritten optischen Systems befindet, eine größere Brechkraft in Nebenabtastrichtung als die Linse auf der Seite der Ablenkeinrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt des obigen optischen Systems zum Lichtabtasten ist die geneigt angeordnete Linse eine Linse, die auf der Seite der abzutastenden Fläche der beiden Linsen des dritten optischen Systems angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt des obigen optischen Systems zum Lichtabtasten sind die erste und zweite Linse torisch und bestehen Linse aus Kunststoff.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Querschnittansichten, die den Hauptteil der Ausführungsform 1 der Erfindung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung veranschaulichen;
2 ist ein Diagramm zur Darstellung der Lagebeziehung des auf das optische Ablenkelement auftreffenden Lichtstrahlbündels in Beziehung zu dem optischen Ablenkelement und dem fθ-Linsensystem;
3 ist ein Aberrationsdiagramm zum Veranschaulichen der Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung der Ausführungsform 1 der Erfindung;
4 ist ein Aberrationsdiagramm zur Darstellung der fθ-Charakteristik der Ausführungsform 1 der Erfindung;
5 ist ein Diagramm zur Darstellung der Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt der Ausführungsform 1 der Erfindung;
6 ist ein Diagramm zur Darstellung von β/βc der Ausführungsform 1 der Erfindung;
7A und 7B sind Querschnittansichten zur Darstellung des Hauptteils der Ausführungsform 2 der Erfindung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung;
8 ist ein Aberrationsdiagramm zur Darstellung der Feldkrümmung der Ausführungsform 2 der Erfindung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung;
9 ist ein Aberrationsdiagramm zur Darstellung der fθ-Charakteristik der Ausführungsform 2 der Erfindung;
10 ist ein Diagramm zur Darstellung von Vergrößerungen der Ausführungsform 2 der Erfindung im Nebenabtastquerschnitt;
11 ist ein Diagramm zur Darstellung von β/βc der Ausführungsform 2 der Erfindung;
12A und 12B sind Querschnittansichten, die den Hauptteil der Ausführungsform 3 der Erfindung in Hauptabtastrichtung bzw. in Nebenabtastrichtung zeigen, wobei 12C eine Darstellung zum Veranschaulichen des Layouts eines monolithischen Mehrstrahllasers ist;
13 ist ein Aberrationsdiagramm zur Darstellung der Feldkrümmung der Ausführungsform 3 der Erfindung in Hauptabtastrichtung bzw. Nebenabtastrichtung;
14 ist ein Aberrationsdiagramm zur Darstellung der fθ-Charakteristik der Ausführungsform 3 der Erfindung;
15 ist ein Diagramm zur Darstellung von Vergrößerungen der Ausführungsform 3 der Erfindung im Nebenabtastquerschnitt;
16 ist ein Diagramm zur Darstellung von β/βc der Ausführungsform 3 der Erfindung;
17 ist ein Diagramm zur Darstellung der Mittenabstands-Abweichungen der einzelnen Abtastlinien von Mehrfachstrahlen der Ausführungsform 3 der Erfindung;
18 ist eine Querschnittansicht des Hauptteils in Nebenabtastrichtung, die zur Darstellung eines Konfigurationsbeispiels eines elektrophotographischen Druckers dient, der von dem erfindungsgemäßen optischen System zum Lichtabtasten Gebrauch macht; und
19 ist eine schematische Ansicht, die den Hauptteil des herkömmlichen optischen Lichtabtastsystems veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Ausführungsform 1>
1A ist eine Querschnittansicht eine Hauptteils der Ausführungsform 1 des optischen Lichtabtastsystems (der Lichtabtastvorrichtung) gemäß der Erfindung in Hauptabtastrichtung (Hauptabtastquerschnitt), und 1B ist eine Querschnittansicht des Hauptteils in der Nebenabtastrichtung (Nebenabtastquerschnitt) der 1A.
In der vorliegenden Beschreibung ist die Hauptabtastrichtung definiert als diejenige Richtung, in der der Lichtstrahl von der Ablenkeinrichtung reflektierend abgelenkt (zum Abtasten abgelenkt) wird, und die Nebenabtastrichtung ist eine Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse der optischen Abtasteinrichtung und der Hauptabtastrichtung.
In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen 1 eine Lichtquelleneinrichtung, die zum Beispiel aus einem Halbleiterlaser oder dergleichen besteht. 3 bezeichnet eine Aperturblende, die einen durchlaufenden Strahl beschränkt, um den Strahl zu formen. 2 steht für eine Kollimatorlinse als erstes optisches System, welches den von der Lichtquelleneinrichtung 1 emittierten, divergierenden Strahl zu einem nahezu parallelen Strahlbündel formt. 4 steht für eine Zylinderlinse als zweites optisches System mit einer vorbestimmten Ablenkkraft ausschließlich in Nebenabtastrichtung, wobei die Zylinderlinse den durch die Kollimatorlinse 2 hindurchgetretenen Strahl fokussiert zu einem nahezu linearen Bild auf einer Ablenkfacette (reflektierenden Fläche) 5a des optischen Ablenkelements 5 in Nebenabtastrichtung, wobei das Ablenkelement im folgenden noch beschrieben wird. Jedes der Elemente wie beispielsweise die Aperturblende 3, die Kollimatorlinse 2 und die Zylinderlinse 4 bildet ein Element eines optischen Einfallsystems 11. Bezugszeichen 5 bezeichnet ein optisches Ablenkelement als Ablenkeinrichtung, bestehend beispielsweise aus einem Polygonspiegel (Drehpolygonspiegel) sechseckiger Form, der mit konstanter Geschwindigkeit in Pfeilrichtung A in der Figur mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung, beispielsweise einem Motor oder dergleichen, gedreht wird.
Bezugszeichen 9 steht für ein fθ-Linsensystem als drittes optisches System mit der konvergierenden Funktion und der fθ-Charakteristik, bestehend aus zwei Kunststofflinsen, nämlich einer ersten und einer zweiten torischen Linse 6, 7, wodurch der die Bildinformation enthaltende Strahl, der von dem optischen Ablenkelement 5 abgelenkt wurde, auf die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 als abzutastende Fläche fokussiert wird, wobei das System außerdem eine Neigungs-Korrekturfunktion besitzt durch Schaffung einer konjugierten Beziehung zwischen der Ablenkfacette 5a des optischen Ablenkelements 5 und der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 im Nebenabtastquerschnitt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die optische Achse des das erste und das zweite optische System enthaltenden optischen Einfallsystems derart eingestellt, daß sie zumindest gegenüber der Normalen auf der abzutastenden Fläche im Hauptabtastquerschnitt geneigt ist.
Bezugszeichen 8 steht für eine photoempfindliche Trommeloberfläche (eine Fläche eines Bildträgers), die eine abzutastende Fläche darstellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform emittiert der Halbleiterlaser 1 einen divergierenden Strahl, die Aperturblende 3 begrenzt den Strahl (die Lichtmenge), die Kollimatorlinse 2 bündelt den Strahl zu einem nahezu parallelen Strahlbündel, und das nahezu parallele Strahlbündel tritt in die Zylinderlinse 4 ein. Das in die Zylinderlinse 4 eintretende, nahezu parallele Strahlbündel tritt in einen für den Einfallzustand im Hauptabtastquerschnitt geeigneten Zustand aus. Der in die Zylinderlinse 4 eintretende Strahl wird im Nebenabtastquerschnitt gebündelt, um als nahezu lineares Bild (ein lineares Bild, dessen Längsrichtung der Hauptabtastrichtung entspricht) auf eine Ablenkfacette 5a des optischen Ablenkelements 5 fokussiert zu werden. Der von der Ablenkfacette 5a des optischen Ablenkelements 5 reflektierend ablenkte Strahl läuft dann durch die erste und die zweite torische Linse 6, 7, um in Form eines Flecks auf die photoempfindliche Trommeloberfläche 8 fokussiert zu werden. Das optische Ablenkelement 5 wird in Pfeilrichtung A gedreht, während der Strahl optisch die Zone auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 mit gleichförmiger Geschwindigkeit in Pfeilrichtung B abtastend überstreicht (in Hauptabtastrichtung). Dies implementiert den Aufzeichnungsvorgang für ein Bild auf der photoempfindlichen Trommeloberfläche 8 als Aufzeichnungsmedium.
Im folgenden werden im einzelnen die Merkmale der ersten und der zweiten torischen Linse 6, 7 beschrieben, die das dritte optische System 9 dieser Ausführungsform bilden.
Die erste torische Linse 6 besitzt zwei Linsenflächen asphärischer Gestalt in Hauptabtastrichtung mit Meniskusform mit positiver Brechkraft und konkaver Linsenfläche gegenüber dem optischen Ablenkelement 5 nahe der Symmetrieachse Q in der Hauptabtastrichtung der Linse.
Die zweite torische Linse 7 besitzt zwei Linsenflächen asphärischer Form in Hauptabtastrichtung mit Meniskusform mit positiver, schwacher Brechkraft, wobei die konvexe Linsenfläche dem optischen Ablenkelement 5 in der Nähe der Symmetrieachse Q in Hauptabtastrichtung der Linse zugewandt ist.
Die erste und die zweite torische Linse 6, 7 sind beide derart gestaltet, daß die Form im Nebenabtastquerschnitt rechtwinklig zum Hauptabtastquerschnitt die Meniskusform mit der konkaven Fläche in Richtung des optischen Ablenkelements 5 ist.
Hier ist die zweite torische Linse 7 in dem Hauptabtastquerschnitt derart angeordnet, daß die Symmetrieachse Q in der Hauptabtastrichtung der Linse 7 relativ zu der Normalen der abzutastenden Fläche 8 so geneigt ist, daß das Ende der Linse 7 auf der Seite der Lichtquelleneinrichtung 1 von dem optischen Ablenkelement 5 abgewandt ist. Das heißt: die zweite torische Linse 17 ist um 20' (20 Minuten) in Pfeilrichtung D in der Figur hin zur abzutastenden Fläche 8 um einen Punkt C auf der optischen Achse der Linse 7 geneigt.
Der Grund dafür, daß die zweite torische Linse 7 in Hauptabtastrichtung geneigt ist, wird im folgenden beschrieben.
2 ist eine Querschnittansicht des Hauptteils in der Hauptabtastrichtung, um die Lagebeziehung des optischen Ablenkelements 5 und die Lagebeziehung des fθ-Linsensystems 9 mit dem Hauptstrahl L des auf das optische Ablenkelement 5 in üblichen optischen Abtastsystemen zu veranschaulichen. In 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den 1A und 1B gleiche Elemente.
In 2 wird der auf das optische Ablenkelement 5 auftreffende Lichtstrahl L reflektierend abgelenkt in Form von Strahlen La, Lb oder Lc, während die Ablenkfacette 5a des optischen Ablenkelements 5 kontinuierlich ihren Zustand gemäß E, F oder G in der Figur ändert. Jeder Strahl La, Lb oder Lc tritt in das fθ-Linsensystem 9 ein, um auf jeden Bildpunkt 8a, 8b oder 8c auf der abzutastenden Fläche 8 fokussiert zu werden.
Wenn die Ablenkfacette 5a des optischen Ablenkelements 5 sich im Zustand E befindet, fällt der Strahl auf das Ende der effektiven Abtastzone auf der Abtast-Startseite (hier als positive Seite definiert). Wenn die Ablenkfacette 5a sich in dem Zustand F befindet, fällt der Strahl in die Mitte der Abtastung. Befindet sich die Ablenkfacette 5a im Zustand G, fällt der Strahl auf das Ende der effektiven Abtastzone auf der Seite des Abtastendes (definiert als negative Seite).
Normalerweise ist es üblich, von einem derartigen Layout Gebrauch zu machen, daß der Hauptstrahl L des auf die Ablenkfacette 5a auftreffenden Strahls in Richtung eines Schnittpunkts (des Punkts P in der Figur) zwischen der Ablenkfacette 5a im Zustand E und der Ablenkfacette 5a im Zustand G auftrifft, wobei die Symmetrie der Korrektur für die Facettenneigung berücksichtigt wird.
Andererseits ist es ebenfalls üblich, von einem solchen Layout Gebrauch zu machen, bei dem die optische Achse Q in Hauptabtastrichtung des fθ-Linsensystems 9 in der Nähe des Strahls Lb plaziert wird, der von der Ablenkfacette 5a im Zustand F reflektierend abgelenkt wird, um die Korrektursymmetrie für die Feldkrümmung in Nebenabtastrichtung zu berücksichtigen.
Wir wollen nun einen Fall betrachten, bei dem im Punkt P der Figur von der Zylinderlinse 4 ein linienförmiges Bild erzeugt wird. Der Punkt P befindet sich auf der positiven Seite der optischen Achse Q im Hauptabtastquerschnitt des fθ-Linsensystems 9. Um das Verständnis zu erleichtern, sei hier angenommen, daß die Ablenkkraft im Nebenabtastquerschnitt des fθ-Linsensystems 9 auf der zweiten Fläche 9b des fθ-Linsensystems 9 vorhanden ist. Um eine Flächen-Neigung im Nebenabtastquerschnitt zu korrigieren, bildet das fθ-Linsensystem 9 konjugierte Beziehungen zwischen dem Punkt P und den einzelnen Bildpunkten 8a, 8b und 8c in der Figur. Mit ma, mb, mc, ma', mb' und mc' seien die Längen der einzelnen Strahlabschnitte La, Lb, Lc, La', Lb', Lc' bezeichnet. Dann entsprechen die Lateral-Vergrößerungen βa, βb, βc im Nebenabtastquerschnitt den jeweiligen Bildpunkten 8a, 8b und 8c und werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt: βa = ma'/ma, βb = mb'/mb, βc = mc'/mc,wobei ma, mb und mc Abstände von der Ablenkfacette bis zu der Austrittsfläche des fθ-Linsensystems sind und
ma', mb' und mc' Abstände von der Austrittsfläche des fθ-Linsensystems zu der abzutastenden Fläche sind.
Da der Punkt P sich auf der positiven Seite der optischen Achse Q im Hauptabtastquerschnitt des fθ-Linsensystems 9 befindet, gilt folgende Beziehung: ma'/ma > mc'/mc.
Es ist nämlich βa > βc. Wenn das übliche Layout verwendet wird, wie es oben beschrieben wurde, werden die Lateral-Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt bei Bildhöhen auf der positiven Seite in der Figur größer als jene von Bildhöhen auf der negativen Seite der Figur, so daß es zu einer Abweichung zwischen den Vergrößerungen auf der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite kommt.
Die oben angesprochene Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt führt zu einer Schwankung in der Größe des fokussierten Flecks in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Fläche 8 zwischen der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite, was Ursache ist für eine Minderung der Bildqualität.
Andererseits gibt es im Fall von Mehrstrahl-Lichtabtastsystemen unter Verwendung des Mehrstrahllasers oder dergleichen, der mehrere Lichtemissionspunkte als Lichtquelle enthält, zu einer Schwankung des Abstands zwischen den fokussierten Flecken in der Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Fläche 8 zwischen der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite, was ebenfalls zu einer Minderung der Bildqualität führt.
Aus diesem Grund ist bei der vorliegenden Ausführungsform die zweite torische Linse 7 um 20' (20 Minuten) in Pfeilrichtung D in der Figur und in Richtung auf die abzutastende Fläche 8 um den Punkt C auf der optischen Achse der Linse 7 im Hauptabtastquerschnitt geneigt, wie oben beschrieben wurde, wodurch die oben angegebenen Werte ma'/ma und mc'/mc einander angeglichen werden können, das heißt βa = βc. Dies korrigiert in perfekter Weise die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt auf der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite.
Üblicherweise wurde die Technik des Neigens zumindest einer Linse des fθ-Linsensystems wie bei der vorliegenden Ausführungsform bei den optischen Lichtabtast-Systemen verwendet, bei denen der auf das fθ-Linsensystem 9 auftreffende Strahl der konvergierende Strahl war (japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 10-232347). Wenn der in das fθ-Linsensystem eintretende Strahl der konvergierende Strahl ist, kommt es zu einer asymmetrischen Restaberration in der fθ-Charakteristik. Aus diesem Grund ist die Linse so geneigt, daß die Restaberration korrigiert wird.
In den optischen Lichtabtastsystemen, in denen der in das fθ-Linsensystem 9 eintretende Lichtstrahl wie bei der vorliegenden Ausführungsform eine nahezu parallele Strahlbündel bildet, kann normalerweise die oben angesprochene Restaberration der fθ-Charakteristik nicht in Erscheinung treten, und deshalb wird von der geneigten Anordnung der Linse normalerweise kein Gebrauch gemacht.
Damit bei der vorliegenden Ausführungsform allerdings die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt auf der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite korrigiert wird, ist die zweite torische Linse 7 ungeachtet der Konfiguration, bei der der in das fθ-Linsensystem 9 eintretende Strahl ein nahezu paralleles Strahlbündel ist, geneigt.
Wenn die zweite torische Linse 7 auf diese Weise geneigt ist, ergibt sich das Problem einer Beeinträchtigung der fθ-Charakteristik und der Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist daher die optische Achse der ersten torischen Linse 6 gegenüber der optischen Achse der zweiten torischen Linse 7 in Hauptabtastrichtung verschoben. Insbesondere ist die optische Achse der zweiten torischen Linse 7 um 0,3 mm zur positiven Seite (der Seite der Lichtquelle) in 2 versetzt in bezug auf die optische Achse der ersten torischen Linse 6. Diese Anordnung läßt sich sowohl für die fθ-Charakteristik als auch die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung gut korrigieren.
Wenn die zweite torische Linse 7 in der oben beschriebenen Weise geneigt ist, um die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt auf der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite geneigt ist, ist die Brechkraft im Nebenabtastquerschnitt der zweiten torischen Linse 7 vorzugsweise größer gewählt als bei der ersten torischen Linse 6. Der Neigungswinkel der zweiten torischen Linse 7 läßt sich durch eine entsprechende Einstellung der Ablenkkraft-Auslegung vermindern, was den Einfluß auf die fθ-Charakteristik und die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung schwächen kann.
Vorzugsweise ist es wünschenswert, die Brechkräfte der einzelnen Linse in dem Nebenabtastquerschnitt so einzustellen, daß sie folgende Bedingung erfüllt: |ϕ1s/ϕ2s| ≤ 0,1 (1),wobei ϕ1s die Brechkraft der ersten torischen Linse 6 im Nebenabtastquerschnitt in der Nähe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung und ϕ2s die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Nebenabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung ist.
Die Bedingung (1) betrifft das Ablenkkraft-Verhältnis im Nebenabtastquerschnitt der ersten und der zweiten torischen Linse 6, 7. Wenn die Brechkräfte der ersten und der zweiten torischen Linse 6, 7 im Nebenabtastquerschnitt jenseits des Bereichs gemäß Bedingung (1) eingestellt sind, ist der Neigungswinkel zu groß, um die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt durch die Neigung der zweiten torischen Linse 1 korrigieren zu können, und sein Einfluß auf die fθ-Charakteristik und die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung wird groß. Aus diesem Grund sind Bereiche außerhalb der Bedingung (1) nicht bevorzugt.
Die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Hauptabtastquerschnitt ist möglichst eine positive, schwache Brechkraft oder nahezu eine verschwindende Brechkraft.
Wenn nämlich die zweite torische Linse 7 in der oben beschriebenen Weise geneigt ist, um die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt auf der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite zu korrigieren, läßt sich der Einfluß aus der geneigten Anordnung der zweiten torischen Linse 7 auf die fθ-Charakteristik und die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung dadurch abschwächen, daß man die zweite torische Linse 7 mit der schwachen Brechkraft oder nahezu keiner Brechkraft im Hauptabtastquerschnitt ausstattet.
Vorzugsweise wird angestrebt, die Brechkräfte im Hauptabtastquerschnitt der Linsen so einzustellen, daß sie folgende Bedingung erfüllen: |ϕ1m/ϕ2m| ≥ 100 (2),wobei ϕ1 m die Brechkraft der ersten torischen Linse 6 im Hauptabtastquerschnitt in der Nähe der Symmetrieachse in der Hauptabtastrichtung und ϕ2m die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Hauptabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung ist.
Die Bedingung (2) betrifft das Ablenkkraft-Verhältnis im Hauptabtastquerschnitt der ersten und der zweiten torischen Linse 6, 7. Wenn die Brechkräfte der einzelnen Linsen im Hauptabtastquerschnitt außerhalb des Bereichs gemäß Bedingung (2) liegen, wird der Einfluß auf die fθ-Charakteristik und die Feldkrümmung in der Hauptabtastrichtung stärker, wenn die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt durch die Neigung der torischen Linse korrigiert werden soll.
Der Begriff „die schwache Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Hauptabtastquerschnitt" bedeutet folgende Beziehung: 1000 > |ϕ1m/ϕ2m| ≥ 100.
Der Begriff „nahezu keine Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Hauptabtastquerschnitt" bedeutet folgende Beziehung: |ϕ1m/ϕ2m| ≥ 1000.
Die zweite torische Linse 7 hat eine solche Form im Hauptabtastquerschnitt, daß Krümmungen der beiden Linsenflächen kontinuierlich variieren von der Nähe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse 7 in Richtung der Umfangsbereiche der Linse, und die Vorzeichen der Krümmungen sich im Zwischenbereich umkehren. Durch Verwendung dieser Form wird es möglich, eine gute Korrektur insbesondere der fθ-Charakteristik über der gesamten Abtastfläche zu erreichen, während der Abstand gegenüber der abzutastenden Fläche 8 kleingehalten wird.
Weiterhin wird die Brechkraft der ersten torischen Linse 6 im Nebenabtastquerschnitt so eingestellt, daß er von der Nähe der Symmetrieachse aus in Hauptabtastrichtung der Linse 6 in Richtung der Umfangsbereiche der Linse kontinuierlich stärker wird, wohingegen die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Nebenabtastquerschnitt so eingestellt wird, daß sie im Gegensatz dazu kontinuierlich schwächer wird von der Nähe der Symmetrieachse in er Hauptabtastrichtung der Linse 7 in Richtung der Umfangsbereiche der Linse.
Durch Einstellen der Brechkräfte der einzelnen Linsen 6 und 7 im Nebenabtastquerschnitt, wie es oben erläutert wurde, werden die seitlichen Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt so korrigiert, daß sie über die gesamte Abtastfläche konstant sind.
Das fθ-Linsensystem 9 wird so eingerichtet, daß es folgende Bedingung erfüllt: 1,5 ≤ βc ≤ 4,0 (3),wobei βc die Bildvergrößerung im Nebenabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung ist, wie oben erläutert wurde.
Die Bedingung (3) definiert die Bildvergrößerung im Nebenabtastquerschnitt des fθ-Linsensystems 9. Unterhalb der Untergrenze der Bedingung (3) wird es einfacher, die Lateral-Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt zu korrigieren, so daß sie über der gesamten Abtastfläche konstant werden, allerdings tritt das fθ-Linsensystem 9, insbesondere die zweite torische Linse 7 bei dieser Ausführungsform, näher an die abzutastende Fläche 8 heran, was die Größe der Linse selbst zunehmen läßt, folglich die Kompaktheit verschlechtert und die Kosten erhöht. Aus diesem Grund wird der Bereich unterhalb der Untergrenze nicht bevorzugt. Über der Obergrenze der Bedingung (3) läßt sich die Größe des fθ-Linsensystems 9 verringern, allerdings wird es dann schwierig, die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt auf der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite gut zu korrigieren. Aus diesem Grund wird der Bereich oberhalb der Obergrenze nicht bevorzugt.
Die Verwendung der oben beschriebenen Konfiguration, bei der die Brechkräfte der ersten torischen Linse 6 im Nebenabtastquerschnitt so eingestellt ist, daß sie kontinuierlich stärker wird von der Stele in der Nähe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse 6 in Richtung der Umfangsbereiche der Linse, während die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Nebenabtastquerschnitt hingegen so eingestellt wird, daß sie vom Bereich in der Nähe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse 7 in Richtung zu deren Umfangsbereichen kontinuierlich schwächer wird, lassen sich die Lateral-Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt so korrigieren, daß sie über die gesamte Abtastfläche hinweg konstant sind und folgende Bedingung erfüllen: 0,9 ≤ β/βc ≤ 1,1 (4),wobei βc die Bildvergrößerung im Nebenabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung ist und β die Bildvergrößerung im Nebenabtastquerschnitt an einer beliebigen Stelle ausgenommen nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung ist. Die Symmetrieachse entspricht einem Ort des Hauptstrahls des Strahlbündels, das rechtwinklig auf die abzutastende Fläche 8 nach Durchlauf durch die Linse auftrifft.
Die Bedingung (4) betrifft das Verhältnis der Bildvergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse und an einer beliebigen Stelle mit Ausnahme der Nähe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung. Wenn das Verhältnis kleiner ist als die Untergrenze oder größer ist als die Obergrenze nach Bedingung (4), kommt es zu einer Schwankung der Größe des fokussierten Flecks in Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Fläche 8 zwischen der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite, was Ursache für eine Minderung der Bildqualität ist.
Im Fall von optischen Mehrstrahl-Lichtabtastsystemen unter Verwendung des Mehrstrahllasers oder dergleichen mit einer Mehrzahl von Lichtemissionspunkten als Lichtquelle, ergibt sich eine Schwankung im Abstand zwischen fokussierten Flecken in Nebenabtastrichtung auf der abzutastenden Fläche 8 zwischen der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite, was ebenfalls Ursache für eine Minderung der Bildqualität ist.
Die Brechkraft der ersten torischen Linse 6 im Nebenabtastquerschnitt wird kontinuierlich auf einer asymmetrischen Basis vom Bereich nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse 6 in Richtung der Linsen-Umfangsbereiche geändert. Durch dieses Einstellen der Brechkraft im Nebenabtastquerschnitt wird die asymmetrische Komponente der Feldkrümmung in Nebenabtastrichtung gut korrigiert.
Die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 in dem Nebenabtastquerschnitt wird kontinuierlich auf symmetrischer Basis vom Bereich nahe der symmetrischen Achse in Hauptabtastrichtung der Linse 7 in Richtung zu deren Umfangsbereichen geändert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die erste und die zweite torische Linse 6, 7 durch Spritzgießen von Kunststoffmaterial hergestellt, was die Kosten reduziert.
Die Tabelle 1 zeigt unterschiedliche Kennwerte des optischen Einzelstrahl-Lichtabtastsystems dieser Ausführungsform.
Die Formen der asphärischen Flächen im Hauptabtastquerschnitt der ersten und der zweiten torischen Linse 6, 7 werden ausgedrückt durch die unten angegebene Gleichung im Koordinatensystem, in welchem der Ursprung auf den Schnittpunkt zwischen jeder Linsenfläche und der optischen Achse gelegt ist, wobei die X-Achse entlang der Richtung der optischen Achse verläuft, die Y-Achse entlang einer Achse rechtwinklig zur optischen Achse im Hauptabtastquerschnitt verläuft und die Z-Achse entlang einer Achse läuft, die rechtwinklig zur optischen Achse im Nebenabtastquerschnitt ist. X = (y2/R)/[1 + {1 – (1 + k)(x/R)2}1/2] + B4y4 + B6y6 + B8y8 + B10y10
In der obigen Gleichung bedeutet R den Krümmungsradius, wobei k sowie B₄ bis B₁₀ asphärische Koeffizienten sind.
Die Formen der ersten und der zweiten torischen Linse 6, 7 im Nebenabtastquerschnitt sind so gewählt, daß der Krümmungsradius r' an der Linsenflächenkoordinate für Y in der Hauptabtastrichtung durch folgende Gleichung ausgedrückt wird: r' = r(1 + D2y2 + D4y4 + D6y6 + D8y8 + D10y10)
In der Gleichung bedeutet r den Krümmungsradius auf der optischen Achse, D₂ bis D₁₀ sind Koeffizienten.
Wenn ein Koeffizient auf der positiven Seite verschieden ist von jenem auf der negativen Seite in 2, ist dem Koeffizienten auf der positiven Seite ein Suffix u hinzugefügt, während der Koeffizient auf der negativen Seite ein Suffix l trägt.
3 ist ein Aberrationsdiagramm und zeigt die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung dieser Ausführungsform, 4 ist ein Aberrationsdiagramm und zeigt die fθ-Charakteristik dieser Ausführungsform, 5 ist ein anschauliches Diagramm zum Verdeutlichen der Lateral-Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt über der gesamten Abtastfläche, und 6 ist ein anschauliches Diagramm der Relation von β/βc. Aus jeder dieser Figuren ist ersichtlich, daß jede der Aberrationen gut auf ein Maß korrigiert wird, bei dem es kein Problem für die Praxis gibt.
<Ausführungsform 2>
7A ist eine Querschnittansicht eines Hauptteils in der Hauptabtastrichtung (Hauptabtastquerschnitt) der Ausführungsform 2 des erfindungsgemäßen optischen Lichtabtastsystems (Lichtabtastvorrichtung), und 7B ist eine Querschnittansicht des Hauptteils in Nebenabtastrichtung (Nebenabtastquerschnitt) der 7A. In den Figuren tragen gleiche Elemente wie in den 1A und 1B gleiche Bezugszeichen.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform 1 dadurch, daß die zweite torische Linse 7 nahezu keine (oder nahezu keine) Brechkraft im Hauptabtastquerschnitt besitzt, und daß die erste torische Linse 6 eine negative Brechkraft im Nebenabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung besitzt. Der übrige Aufbau und die optische Wirkungsweise entsprechen im wesentlichen derjenigen nach Ausführungsform 1, so daß ähnliche Effekte erreicht werden.
Durch Verwendung von Einstellungen, wonach die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Hauptabtastquerschnitt im wesentlichen Null ist, wird es möglich, eine gute Aberrationskorrektur dadurch zu implementieren, daß man den Einfluß auf die fθ-Charakteristik und die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung durch die geneigte Anordnung der zweiten torischen Linse 7 abschwächt.
Der Ausdruck „die zweite torische Linse 7 besitzt im Hauptabtastquerschnitt nahezu keine Brechkraft" bedeutet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist, die oben bereits erläutert wurde: |ϕ1m/ϕ2m| ≥ 1000.
Die Vergrößerung des gesamten Systems in Nebenabtastrichtung ist dadurch auf einen geringen Wert eingestellt, daß von einer Einstellung Gebrauch gemacht ist, bei der die erste torische Linse 6 die negative Brechkraft im Nebenabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung aufweist, was die Abweichung zwischen den Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt wirksam korrigiert. Wenn allerdings die negative Brechkraft zu stark eingestellt ist, ergibt sich die Notwendigkeit, die Brechkraft im Nebenabtastquerschnitt der zweiten torischen Linse 7 zu verstärken oder die zweite torische Linse 7 näher an die abzutastende Fläche 8 heranzurücken. Wenn nämlich die Brechkraft der zweiten torischen Linse 7 im Nebenabtastquerschnitt zu stark eingestellt ist, wird die Optik zu empfindlich für Exzentrizitäts-Toleranz oder dergleichen der Linse. Dies ist nicht bevorzugt. Wenn die zweite torische Linse 7 sich nahe der abzutastenden Fläche 8 befindet, wird die Linse groß, was die Kompaktheit beeinträchtigt und die Kosten steigert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Brechkräfte der einzelnen Linsen im Nebenabtastquerschnitt so eingestellt, daß sie die obigen Bedingungen (1) und (3) erfüllen. Außerdem sind sie so eingestellt, daß sie die obigen Bedingungen (2) und (4) erfüllen.
Die Tabelle 2 gibt verschiedene Charakteristika des optischen Einzelstrahl-Abtastsystems der Ausführungsform 2 wieder.
In der Tabelle 2 haben R, k, B₄ bis B₁₀, r und D₂ bis D₁₀ die gleiche Bedeutung wie die oben für die Ausführungsform 1 beschriebenen Koeffizienten.
8 ist ein Aberrationsdiagramm und zeigt die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung für diese Ausführungsform, 9 ist ein Aberrationsdiagramm und zeigt die fθ-Charakteristik dieser Ausführungsform, 10 ist ein anschauliches Diagramm für die Lateral-Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt über die gesamte Abtastfläche, und 11 ist ein anschauliches Diagramm für die Relation β/βc. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß jede der Aberrationen gut auf ein Maß reduziert wird, bei dem in der Praxis keine Probleme auftreten.
<Ausführungsform 3>
12A ist eine Querschnittansicht des Hauptteils in Hauptabtastrichtung (Hauptabtastquerschnitt) der Ausführungsform 3 des erfindungsgemäßen optischen Lichtabtastsystems (Lichtabtastvorrichtung), und 12B ist eine Querschnittansicht des Hauptteils in der Nebenabtastrichtung (Nebenabtastquerschnitt) der 12A. In den Figuren sind gleiche Elemente wie in den 1A und 1B mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform 1 dadurch, daß die Optik als optisches Mehrstrahl-Lichtabtastsystem unter Verwendung des Mehrstrahllasers mit mehreren Lichtemissionspunkten als Lichtquelleneinrichtung aufgebaut ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt die Mehrstrahl-Lichtquelle einen monolithischen Mehrstrahllaser mit zwei Lichtemissionspunkten und einem Abstand von 90 μm zwischen diesen Emissionspunkten, wobei der Laser unter einer Neigung von 6,197° gegenüber der Hauptabtastebene gemäß 12C angeordnet ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Anzahl von Lichtemissionspunkten 2, allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sie ist auch anwendbar bei Konfigurationen mit drei oder mehr Lichtemissionspunkten, wobei ähnliche Effekte erzielt werden. Da die Erfindung auf die Lösung des Problems der Krümmung der Abtastlinien abzielt, werden die Effekte der Erfindung auch dann erreicht, wenn die Anzahl von Lichtemissionspunkten 3, 4 oder größer ist.
Der monolithische Mehrstrahllaser diente als Mehrstrahl-Lichtquelle bei dieser Ausführungsform, allerdings lassen sich ähnliche Effekte auch dann erzielen, wenn ein Hybrid-Mehrstrahllaser verwendet wird, ohne daß also eine Beschränkung auf monolithische Mehrstrahllaser besteht. Die übrigen baulichen und optischen Merkmale sind im wesentlichen die gleichen wie bei der Ausführungsform 1, so daß ähnliche Effekte erreicht werden.
Die vorliegende Ausführungsform besteht aus einem optischen Mehrstrahl-Lichtabtastsystem unter Verwendung des Mehrstrahllasers mit einem solchen Aufbau, daß im Hauptabtastquerschnitt der zweiten torischen Linse 7, ähnlich wie bei der obigen Ausführungsform 1, die Symmetrieachse Q in der Hauptabtastrichtung der Linse 7 gegenüber der Flächennormalen der abzutastenden Fläche 8 so geneigt ist, daß das Ende der Linse 7 auf der Seite der Lichtquelleneinrichtung 1 von dem optischen Ablenkelement 5 entfernt ist. In anderen Worten: die Abweichung zwischen Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt zwischen der Abtast-Startseite und der Abtast-Endeseite wird perfekt korrigiert, indem man die zweite torische Linse 7 um 20' (20 Minuten) in Pfeilrichtung D in der Figur und in Richtung der abzutastenden Fläche 8 um den auf der optischen Achse der Linse 7 liegenden Punkt C neigt.
Dies kann die Mittenabstände zwischen den mehreren Strahlen in der Nebenabtastrichtung über der gesamten Abtastfläche der abzutastenden Fläche 8 ausgleichen und somit ein optisches Mehrstrahl-Lichtabtastsystem schaffen, welches sich zur Ausgabe eines Bilds hoher Qualität eignet.
Tabelle 3 zeigt verschiedene Charakteristika des optischen Lichtabtastsystems der Ausführungsform 3.
In der Tabelle 3 haben R, k, B₄ bis B₁₀, r und D₂ bis D₁₀ die gleiche Bedeutung wie die oben beschriebenen Koeffizienten der Ausführungsform 1.
13 ist ein Aberrationsdiagramm und zeigt die Feldkrümmung in Hauptabtastrichtung und in Nebenabtastrichtung dieser Ausführungsform, 14 ist ein Aberrationsdiagramm und zeigt die fθ-Charakteristik dieser Ausführungsform, 15 ist ein anschauliches Diagramm der Lateral-Vergrößerungen im Nebenabtastquerschnitt über der gesamten Abtastfläche, und 16 ist ein anschauliches Diagramm der Relation β/βc. 17 ist ein anschauliches Diagramm der Mittenabstands-Abweichungen der Abtastlinien mehrerer Strahlen für den Fall, daß das optische Mehrstrahl-Lichtabtastsystem dieser Ausführungsform mit einer Auflösung von 600 dpi (Abstand zwischen den Abtastzeilen: 42,3 μm) verwendet wird. Aus jeder der Figuren ist ersichtlich, daß jede der Aberrationen gut auf ein Maß korrigiert wird, bei dem es in der Praxis keine Probleme gibt.
Das dritte optische System setzt sich bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele aus zwei Linsen zusammen, allerdings kann die Erfindung auch bei Konfigurationen mit einer einzelnen Linse angewendet werden, oder auch bei Konfigurationen mit drei oder mehr Linsen, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, falls die Linse oder die Linsen so eingerichtet sind, daß sie die oben angesprochenen Erfordernisse erfüllen.
Das optische Element, welches das dritte optische System gemäß der Erfindung bildet, ist nicht auf das fθ-Linsensystem 9 (die erste torische Linse 6 und die zweite torische Linse 7) der Ausführungsformen 1 bis 3 beschränkt, es kann auch aus einem reflektierenden Spiegel bestehen. Das dritte optische System kann auch ein optisches Beugungselement enthalten.
In den Ausführungsformen 1 bis 3 der vorliegenden Erfindung ist nur die zweite torische Linse 7 in Pfeilrichtung D in der Figur geneigt in Richtung der abzutastenden Oberfläche 8, und zwar um den Punkt C auf der optischen Achse der Linse 7. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Ähnliche Effekte wie mit den Ausführungsformen 1 bis 3 lassen sich auch mit einem Aufbau erzielen, bei dem nur die erste torische Linse 6 in der Figur gemäß Pfeil D zu der abzutastenden Fläche 8 hin um den Punkt C auf der optischen Achse der Linse 6 geneigt ist.
Effekte ähnlich wie jene der Ausführungsformen 1 bis 3 lassen sich auch dadurch erreichen, daß man eine Struktur verwendet, bei der die zweite torische Linse 7 ersetzt wird durch einen reflektierenden Spiegel, wobei der reflektierende Spiegel in Pfeilrichtung D der Figur zu der abzutastenden Fläche 8 hin um den Punkt auf der optischen Achse des reflektierenden Spiegels geneigt ist.
In diesem Fall ist es bevorzugt, die optische Ablenkkraft des geneigten Spiegels auf einen großen Wert in dem Nebenabtastquerschnitt einzustellen, während die optische Ablenkkraft des geneigten Spiegels in dem Hauptabtastquerschnitt auf einen geringen Wert eingestellt wird.
Ähnliche Effekte wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 lassen sich auch dadurch erreichen, daß man von einer Struktur Gebrauch macht, bei der die zweite torische Linse 7 ersetzt wird durch ein optisches Element mit einem optischen Beugungselement, und das optische Element mit diesem optischen Beugungselement in Pfeilrichtung D in der Figur zu der abzutastenden Fläche 8 hin um den Punkt auf der optischen Achse des optischen Beugungselements geneigt wird.
In diesem Fall ist es bevorzugt, die Ablenkkraft des geneigten optischen Elements mit dem optischen Beugungselement im Nebenabtastquerschnitt auf einen großen Wert und in Hauptabtastrichtung auf einen kleinen Wert einzustellen.
Außerdem lassen sich Effekte ähnlich wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 auch durch eine Anordnung erhalten, bei der die erste torische Linse 6 und die zweite torische Linse beide in Pfeilrichtung D in der Figur zur abzutastenden Fläche 8 hin um den Punkt auf der optischen Achse geneigt sind. Die ähnlichen Effekte wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 werden nämlich dadurch erreicht, daß die Anzahl von Linsen im dritten Linsensystem, geneigt in Pfeilrichtung D zu der abzutastenden Fläche 8 hin, eine Mehrzahl ist, das heißt ein Wert von nicht weniger als 2.
Wie bereits oben erläutert wurde, muß erfindungsgemäß dann, wenn das dritte Linsensystem aus nur einer Linse besteht, diese Linse in Pfeilrichtung D zu der abzutastenden Fläche 8 hin geneigt sein. Besteht das dritte Linsensystem aus drei oder mehr Linsen, so werden ähnliche Effekte wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 dann erreicht, wenn man von einer geneigten Anordnung bei mindestens einer der drei oder mehr Linsen in Pfeilrichtung D Gebrauch macht.
18 ist eine Querschnittansicht eines Hauptteils entlang der Nebenabtastrichtung, die eine Ausführungsform einer Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt. In 18 bezeichnet Bezugszeichen 104 die Bilderzeugungsvorrichtung. Diese akzeptiert eine Eingabe kodierter Daten Dc von einem externen Gerät 117, beispielsweise einem Personal Computer oder dergleichen. Diese Codedaten Dc werden von einer in der Vorrichtung befindlichen Druckersteuerung 112 in Bilddaten (Punktdaten) Di umgewandelt. Diese Bilddaten Di werden einer optischen Abtasteinheit 100 zugeleitet, deren Aufbau demjenigen entspricht, der oben für die Ausführungsformen 1 bis 3 erläutert wurde. Diese optische Abtasteinheit 100 gibt einen Lichtstrahl 103 aus, der abhängig von den Bilddaten di moduliert ist, und dieser Lichtstrahl 103 tastet eine photoempfindliche Fläche einer photoempfindlichen Trommel 101 in Hauptabtastrichtung ab.
Die photoempfindliche Trommel 101, die als Bildträger für ein elektrostatisches latentes Bild fungiert (photoempfindlicher Körper), wird von einem Motor 115 im Uhrzeigersinn gedreht. Einhergehend mit ihrer Drehung bewegt sich die photoempfindliche Fläche der Trommel 101 in der Nebenabtastrichtung rechtwinklig zur Hauptabtastrichtung gegenüber dem Lichtstrahl 103. Oberhalb der photoempfindlichen Trommel 101 befindet sich in Berührung mit der Fläche eine Aufladewalze 102 zum gleichförmigen Aufladen der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101. Die von der Aufladewalze 102 aufgeladene Fläche der photoempfindlichen Trommel 101 wird bei Abtastung durch die optische Abtasteinheit 100 dem Lichtstrahl 103 ausgesetzt.
Wie oben beschrieben wurde, ist der Lichtstrahl 103 auf der Grundlage der Bilddaten Di moduliert, und auf der Oberfläche der photoempfindlichen Trommel 101 wird durch Bestrahlung mit diesem Lichtstrahl 103 ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt. Dieses elektrostatische latente Bild wird von einer Entwicklereinheit 107, die in Berührung mit der photoempfindlichen Trommel 101 stromabwärts in deren Drehrichtung gegenüber der Aufstrahlstelle des Lichtstrahls 101 zu einem Tonerbild entwickelt.
Das von der Entwicklereinheit 103 entwickelte Tonerbild wird auf ein als Transfermedium fungierendes Blatt 112 mit Hilfe einer Transferwalze 108 übertragen, die der photoempfindlichen Trommel 101 unterhalb von dieser gegenübersteht. In einer Blattkassette 109 vor der photoempfindlichen Trommel 101 (das heißt auf der rechten Seite in 18) sind Bögen 112 gestapelt, aber die Blattzufuhr kann auch von Hand erfolgen. An einem Ende der Blattkassette 109 befindet sich eine Bogenzuführwalze 112, die jeden Bogen 112 aus der Blattkassette 109 in den Transportweg einleitet.
Der Bogen 112 mit dem darauf befindlichen, nicht fixierten Tonerbild wird weiter zu einer Fixiereinheit transportiert, die sich hinter der photoempfindlichen Trommel 101 befindet (das heißt auf der linken Seite in 18). Die Fixiereinheit setzt sich zusammen aus einer Fixierwalze 113 mit einer (nicht gezeigten) Fixierheizung im Inneren, wobei eine Andrückwalze 114 in Druckkontakt außen mit der Fixierwalze 113 steht und diese erhitzt bei Andrücken des Bogens 102, der zwischen der Fixierwalze 113 und der Andrückwalze 114 in dem Walzenspalt eingeführt wird, um das nicht fixierte Tonerbild auf dem Bogen 112 zu fixieren. Hinter der Fixierwalze 113 befinden sich Austragwalzen 116, um das fixierte Blatt 112 aus der Bilderzeugungsvorrichtung herauszutransportieren.
Obschon in 18 nicht dargestellt, führt die Steuerung 111 auch eine Steuerung in jedem Abschnitt der Bilderzeugungsvorrichtung einschließlich des Motors, einer Steuerung eines Polygonspiegels etc. in der optischen Abtasteinheit, die oben erläutert wurde, zusätzlich zu der oben angesprochenen Datenumwandlung durch.
Erfindungsgemäß ist gemäß obiger Erläuterung das optische Lichtabtastsystem (das optische Mehrstrahl-Lichtabtastsystem) oder die Lichtabtastvorrichtung (die Mehrstrahl-Lichtabtastvorrichtung), in der der Lichtstrahl, welcher in das fθ-Linsensystem eintritt, ein nahezu paralleles Strahlenbündel ist, von einer Struktur, in der der Hauptabtastquerschnitt mindestens einer Linse des fθ-Systems derart angeordnet ist, daß die Symmetrieachse der Linse in Hauptabtastrichtung gegenüber der Flächennormalen der abzutastenden Fläche geneigt ist, so daß das Ende der Linse auf der Seite der Lichtquelleneinrichtung von der Ablenkeinrichtung abgerückt ist, wodurch die Fleckgrößen über der gesamten abzutastenden Fläche ausgeglichen werden können und so ein optisches Lichtabtastsystem und eine Lichtabtastvorrichtung geschaffen werden, die in der Lage sind, das Bild bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Qualität zu erzeugen, frei von einer Krümmung der Abtastlinien. Außerdem kann eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem solchen System geschaffen werden.
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Tabelle 3 (Fortsetzung)
Tabelle 3 (Fortsetzung)

Claims

Optisches System zum Lichtabtasten, mit einem ersten optischen System (3) zum Umwandeln eines von einer Lichtquelle ausgesandten Strahls in einen nahezu parallelen Strahl, einem zweiten optischen System (4) zum Fokussieren des umgewandelten Strahls in einen linearen Strahl entlang einer Hauptabtastrichtung auf eine Ablenkfacette (5a) eines Drehpolygonspiegels (5), und einem dritten optischen System (9) zum Fokussieren des von dem Drehpolygonspiegels abgelenkten Strahls auf eine abzutastende Oberfläche 18), wobei das optische System zum Lichtabtasten so aufgebaut ist, dass eine optische Achse eines optischen Einfallssystems (11), welches das erste optische System (3) und das zweite optische System (4) umfasst, wenigstens in dem Hauptabtastquerschnitt bezüglich der Normalen zur abzutastenden Oberfläche geneigt ist, wobei das dritte optische System ein erstes abbildendes optisches Element (6) und ein zweites abbildendes optisches Element (7) umfasst, wobei das erste optische Element und das zweite abbildende optische Element eine längliche Form entlang der Hauptabtastrichtung haben und zwei Enden aufweisen, und eine Symmetrieachse des zweiten optischen Elements in der Hauptabtastebene so geneigt ist, dass das zur optischen Achse des optischen Einfallssystems hinweisende Ende des zweiten abbildenden optischen Elements einen größeren Abstand vom Drehpolygonspiegel hat als das andere Ende dieses optischen Elements; dadurch gekennzeichnet, dass den folgenden Bedingungen genügt ist: |Φ1s/Φ2s| ≤ 0,1 |Φ1m/Φ2m| ≥ 100worin bedeuten Φ1s das Ablenkvermögen (optical power = Brech- und/oder Beugungskraft) des ersten abbildenden optischen Elements (6) im Unterabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung ist, Φ2s das Ablenkvermögen des zweiten abbildenden optischen Elements (7) im Unterabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung, Φ1 m das Ablenkvermögen des ersten abbildenden optischen Elements (6) im Hauptabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung, und Φ2m das Ablenkvermögen des zweiten abbildenden optischen Elements (7) im Hauptabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung.
Optisches System nach Anspruch 1, bei welchem das geneigt angeordnete, zweite abbildende optische Element eine Linse ist.
Optisches System nach Anspruch 1, bei welchem das in der geneigten Weise angeordnete, zweite abbildende optische Element ein reflektierender Spiegel ist.
Optisches System nach Anspruch 1, bei welchem das geneigt angeordnete, zweite abbildende optische Element ein optisches Beugungselement umfasst.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem eine optische Achse eines der beiden abbildenden optischen Elemente des dritten optischen Systems bezüglich einer optischen Achse des anderen abbildenden optischen Elements um einen vorbestimmten Abstand in Hauptabtastrichtung verschoben angeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem das erste abbildende optische Element eine torische Linse ist und das zweite abbildende optische Element eine torische Linse ist, wobei das erste abbildende optische Element auf der Seite des Drehpolygonspiegels angeordnet ist und das zweite abbildende optische Element auf der Seite der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, und wobei die erste torische Linse wenigstens eine asphärisch geformte Linsenfläche im Hauptabtastquerschnitt aufweist sowie in Form eines positiv brechenden Meniskus vorliegt, dessen konkave Fläche dem Drehpolygonspiegel nahe einer Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung zugekehrt ist, und wobei die zweite torische Linse zwei asphärische Linsenflächen im Hauptabtastquerschnitt aufweist sowie in Form eines Meniskus vorliegt, dessen Brechkraft schwach positiv ist oder fast fehlt nd dessen konvexe Fläche dem Drehpolygonspiegel nahe einer Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung zugekehrt ist.
Optisches System nach Anspruch 6, bei welchem die erste und zweite torische Linse in dem Unterabtastquerschnitt beide in Form eines Meniskus mit dem Drehpolygonspiegel zugekehrter konkaver Fläche vorliegen.
Optisches System nach den Ansprüchen 6 oder 7, bei welchem die Krümmungen der beiden Linsenflächen der zweiten torischen Linse im Hauptabtastquerschnitt, ausgehend von nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse zu deren peripheren Abschnitten hin, kontinuierlich variieren und sich dabei die Vorzeichen der Krümmungen in einem Zwischenabschnitt umkehren.
Optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem die Brechkraft der zweiten torischen Linse im Unterabtastquerschnitt, ausgehend von nahe er Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse zu deren peripheren Abschnitten hin, auf symmetrischer Basis kontinuierlich variiert.
Optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem die Brechkraft der ersten torischen Linse im Unterabtastquerschnitt, von nahe der Symmetrieachse in der Hauptabtastrichtung der Linse zu deren peripheren Abschnitten hin, auf symmetrischer Basis kontinuierlich variiert.
Optisches System nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei welchem die Brechkraft der ersten torischen Linse im Unterabtastquerschnitt, ausgehend von nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse zu deren peripheren Abschnitten hin, kontinuierlich stärker wird, und die Brechkraft der zweiten torischen Linse in dem Unterabtastquerschnitt, ausgehend von nahe der Symmetrieachse in Hauptabtastrichtung der Linse zu deren peripheren Abschnitten hin, kontinuierlich schwächer wird.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem das dritte optische System eine konjugierte Beziehung zwischen Drehpolygonspiegel und abzutastender Oberfläche im Unterabtastquerschnitt herstellt und der folgenden Bedingung genügt: 1,5 ≤ βc ≤ 4,0,worin βc die Bildvergrößerung im Unterabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse des dritten optischen Systems in Hauptabtastrichtung ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das dritte optische System eine konjugierte Beziehung zwischen Drehpolygonspiegel und abzutastender Oberfläche im Unterabtastquerschnitt herstellt und der folgenden Bedingung genügt: 0,9 ≤ β/βc ≤ 1,1,worin bedeuten βc die Bildvergrößerung im Unterabtastquerschnitt nahe der Symmetrieachse des dritten optischen Systems in Hauptabtastrichtung, und β die Bildvergrößerung im Unterabtastquerschnitt in einer beliebigen außeraxialen Position in Hauptabtastrichtung.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem die Lichtquelle eine Vielzahl von Licht aussendenden Punkten umfasst.
Bilderzeugende Vorrichtung, umfassend ein optisches System zum Lichtabtasten nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ein auf der abzutastenden Oberfläche platziertes, lichtempfindliches Glied, eine Entwicklungseinheit zum Entwickeln eines auf dem lichtempfindlichen Glied durch den Strahl durch Abtasten mittels des optischen Systems zum Lichtabtasten geformten elektrostatischen latenten Bilds in ein Tonerbild, eine Übertragungseinheit zum Übertragen des so entwickelten Tonerbilds auf eine Übertragungsmedium, und eine Fixiereinheit zum Fixieren des so übertragenen Tonerbilds auf dem Übertragungsmedium.
Bilderzeugende Vorrichtung, welches das optische System zum Lichtabtasten nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und eine Drucker-Kontrolleinrichtung zum Umwandeln von von einem externen Gerät zugeführten Kode-Daten in ein Bildsignal und Zuführen des Bildsignals an das optische System zum Lichtabtasten umfasst.