DE69423925T2

DE69423925T2 - Optisches Abtastsystem

Info

Publication number: DE69423925T2
Application number: DE69423925T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Yoshino
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: EP0610909B1; DE69423925D1; EP0610909A2; EP0610909A3; US5424538A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Abtastsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und Anspruch 4.
Bei optischen Abtastsystemen zur Aufnahme von Bildern durch Abtasten eines Aufnahmemediums, wobei es sich hierbei um eine mit einem Lichtstrahl abzutastende Oberfläche handelt, muss die Stellung bei der die Lichtstrahlen konvergieren (d. h. die Strahlentaille) mit extrem hoher Genauigkeit auf der abzutastenden Oberfläche eingegrenzt werden.
Ferner weisen optische Abtastsysteme zur Verwendung in Laserdruckern und dergleichen die folgenden Probleme auf. Sogar wenn die Stellung, bei der die Lichtstrahlen konvergieren mit hoher Genauigkeit eingestellt worden ist, verursachen Veränderungen in der Umgebungstemperatur während des Betriebs des optischen Systems nicht nur, dass sich die, das optische Abtastsystem bildenden, optischen Teile und die, die optischen Teile tragende, Oberflächenplatte ausdehnen und zusammenziehen, sondern auch, dass die Brechungsindizes der optischen Teile schwanken, wodurch die Stellung, bei der das Licht konvergiert, von der abzutastenden Oberfläche versetzt wird.
Wenn die Lichtkonvergenzstellung von der abzutastenden Oberfläche versetzt wird, weicht der Durchmesser eines Flecks eines auf die abzutastende Oberfläche gestrahlten Lichtstrahls von einem gewünschten Wert ab, wodurch in der Folge die Qualität des aufgenommenen Bildes beeinträchtigt wird. Folglich muß die Lichtquelle oder das optische System in Richtung der optischen Achse bewegt werden, um die Stellung, bei der die Lichtstrahlen konvergieren auf der abzutastenden Oberfläche, sogar wenn die Lichtkonvergenzstellung bereits einmal eingestellt worden ist, immer beizubehalten. Um dies einzurichten, müssen Versetzungen der Lichtkonvergenzstellung aufeinander folgend erfasst werden.
Eine Lösung für dieses Problem ist zum Beispiel in den ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen Nr. JP 61-10769 und JP 1-237614 offenbart.
Die Veröffentlichung Nr. JP-A-04155304, welche der nachveröffentlichten US 5,231,280 entspricht, ist so ausgelegt, dass das Profil eines Sucherstrahls durch Anordnung eines einzelnen Lichtdetektors auf einer abzutastenden Oberfläche und eines Bildrotators zur Rotation des Sucherstrahls erfasst wird. Der Lichtdetektor wird durch eine Messerklinge gebildet. Deshalb ist eine Vorrichtung gemäß der US 5,231,280 dafür bekannt, einen Fokussierfehler eines Lichtstrahls in einem bildgebenden System, der auf einer Oberfläche eines Aufnahmemediums konvergiert zu erfassen, wobei dieser die Oberfläche des Aufnahmemediums in einer Abtastrichtung parallel zur Rotationsachse des Aufnahmemediums abtastet. Diese Vorrichtung umfaßt sich gegenüberliegende erste und zweite Messerklingen, die dem Aufnahmemedium benachbart angeordnet sind und auf einer Abtastlinie in der Abtastrichtung ausgerichtet und in einem vorbestimmten Abstand voreinander getrennt sind, wobei sich die genannte erste Messeklinge in einer Höhe unterhalb der Oberfläche des Aufnahmemediums und die genannte zweite Messerklinge in einer Höhe oberhalb der Oberfläche des Aufnahmemediums befindet.
Ferner umfaßt die Vorrichtung entsprechend der US 5,231,280 einen Photodetektor zum Detektieren des Lichtstrahls, der die genannten ersten und zweiten Messerklingen in der Abtastrichtung abtastet, wobei sich der genannte Photodetektor unterhalb der ersten und zweiten Messerklinge befindet und ein Signal ausgibt, das die Menge des von ihm empfangenen Lichtes angibt und eine das Licht erfassende Fläche aufweist, die im Vergleich zum vorbestimmten Abstand zwischen den ersten und zweiten Messerklingen eine größere Weite hat. Ferner enthält die Vorrichtung Differenziermittel, Detektiermittel und Vergleichsmittel um die Fokalebene des Strahls auf die abzutastende Oberfläche einzustellen.
Die Veröffentlichung Nr. JP 1-237614 ist so ausgelegt, dass sie eine Versetzung der Lichtkonvergenzstellung auf einer abzutastenden Oberfläche erfasst, indem Lichtdetektoren vor und hinter der abzutastenden Oberfläche angeordnet werden, wobei jeder Lichtdetektor von einem Schlitz gebildet wird, dessen Breite enger ist als jene des Lichtstrahls, der die Oberfläche abtastet, so dass mit zwei ober und unter der Fokalebene angeordneten Schlitzen die Fokalebene eines konvergierenden Lichtstrahls durch einen Vergleich der Beleuchtungszeiten der genannten Schlitze eingestellt werden kann.
Jedoch ist der erste Stand der Technik nicht ausgelegt die Richtung zu erfassen, in welche die Lichtkonvergenzstellung versetzt wird, wenn der Lichtstrahl, der die abzutastende Oberfläche abtastet, abnorm wird. So muß die Lichtkonvergenzstellung eingestellt werden, während die Versetzungsrichtung verfolgt wird, was die Einstellung zeitraubend macht.
Ferner werden bei dem zweiten Stand der Technik die Schlitze durch Fremdstoffe wie Dreck und Staub verstopft, da die Schlitze enger als der Durchmesser des Lichtstrahles sind, was so verhindert, dass der Durchmesser des Lichtstrahlenflecks stabil erfasst wird.
Überdies ist der zweite Stand der Technik nicht dazu ausgelegt, ein tatsächliches Profil des Lichtstrahls auf der abzutastenden Oberfläche zu erfassen, obgleich erfasst werden kann, in welche Richtung, vor oder zurück, die Lichtkonvergenzstellung versetzt wird, und somit eine solche Kontrolle bewirkt werden kann, dass die Lichtkonvergenzstellung der abzutastenden Oberfläche angenähert wird. Jedoch gibt es das Problem, dass das tatsächliche Profil des Lichtstrahles auf der abzutastenden Oberfläche nicht erfasst werden kann.
Die Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik zu beseitigen. Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung ein optisches Abtastsystem mit einem einfachen und in hohem Maße zuverlässigen Detektor für die Lichtkonvergenzstellung anzugeben, der eine Versetzung einer Lichtkonvergenzstellung von der abzutastenden Oberfläche korrigieren kann.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, ein optisches Abtastsystem mit einem einfachen und in hohem Maße zuverlässigen Detektor für die Lichtkonvergenzstellung anzugeben, der eine Versetzung einer Lichtkonvergenzstellung von der abzutastenden Oberfläche korrigieren und gleichzeitig das Profil des Flecks eines Lichtstrahls, der die abzutastende Oberfläche abtastet, messen kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.
So wird ein optisches Abtastsystem zum Ablenken eines Lichtstrahles in einer Hauptabtastrichtung gezeigt, bei dem der Lichtstrahl auf einer abzutastenden Oberfläche konvergiert, wobei das optische Abtastsystem aufweist: ein erstes Licht erfassendes Element und ein zweites Licht erfassendes Element, die in Stellungen vor und hinter einer Lage angeordnet sind, die zur abzutastenden Oberfläche optisch äquivalent ist, um als Eingangssignal den von Messerklingen abgeschnittenen Lichtstrahl aufzunehmen, wobei die Stellung von der abzutastenden Oberfläche jeweils einen Abstand aufweist, der einer Fokustiefe im wesentlichen gleich ist; einen ersten Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeit und einen zweiten Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeit Ausgangssignalen von jeweils den ersten und den zweiten Licht erfassenden Elementen; ein Mittel zum Erfassen einer Versetzungsrichtung einer Lichtkonvergenzstellung, indem die Ausgangssignale von den ersten und den zweiten Schaltkreisen zum Erfassen der Anstiegszeiten verglichen werden; und ein Mittel zum Korrigieren der Versetzung der Lichtkonvergenzstellung.
Ferner wird ein optisches Abtastsystem gezeigt, welches weiterhin umfaßt: Mittel zum Entscheiden ob eine Versetzung der Lichtkonvergenzstellung innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, oder nicht, wobei diese auf den Ausgangssignalen aus dem ersten und dem zweiten Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeiten basiert, und Mittel zum Korrigieren der Versetzung der Lichtkonvergenzstellung, wenn die Versetzung nicht innerhalb des zulässigen Bereiches liegt.
Ferner ist ein optisches Abtastsystem zum Ablenken eines Lichtstrahls in einer Hauptabtastrichtung, bei dem der Lichtstrahl auf einer abzutastenden Oberfläche konvergiert, gezeigt, wobei das optische Abtastsystem umfaßt: ein erstes Licht erfassendes Element, das in einer Stellung angeordnet ist, die der abzutastenden Oberfläche optisch äquivalent ist, um den von einer Messerklinge abgeschnittenen Lichtstrahl zu erfassen; ein zweites Licht erfassendes Element, das in einer Stellung entweder vor oder hinter der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, um den von einer Messerklinge abgeschnittenen Lichtstrahl zu erfassen; ein erster Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeit und ein zweiter Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeit um die Anstiegszeiten aus den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Licht erfassenden Elemente zu erfassen; ein Mittel um basierend auf den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Licht erfassenden Elemente eine Versetzung einer Lichtkonvergenzstellung von der abzutastenden Oberfläche zu korrigieren; und ein Mittel zum Erfassen des Profils des Lichtstrahls auf der abzutastenden Oberfläche aus dem Ausgangssignal des ersten Schaltkreises zum Erfassen der Anstiegszeit.
Erfindungsgemäß kann der Durchmesser des Lichtstrahlenflecks berechnet werden, wobei dieser sich in einer Stellung befindet, die von der abzutastenden Oberfläche einen Abstand von im wesentlichen der Fokustiefe hat. Deswegen kann die Richtung, in welche die Lichtkonvergenzstellung versetzt wird, erfasst werden, indem der berechnete Durchmesser mit einem Referenzwert verglichen wird.
In diesem Fall kann, da der Durchmesser des Lichtstrahlenflecks basierend auf der Anstiegszeit des von den Messerklingen abgeschnittenen Lichtstrahls berechnet wird, der Durchmesser mit Leichtigkeit frei von dem Einfluss von Dreck, Staub oder dergleichen, gefunden werden.
Erfindungsgemäß werden die von den ersten und den zweiten Licht erfassenden Elementen ausgegebenen Anstiegszeiten verglichen. Somit kann die Versetzung der Lichtkonvergenzstellung von der abzutastenden Oberfläche automatisch korrigiert werden. Gleichzeitig damit kann der Durchmesser oder das Profil des Lichtstrahls auf der abzutastenden Oberfläche durch die Anstiegszeit von, dem ersten Licht erfassenden Element, das auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, erfasst werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung treten aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher hervor.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, dass eine Konfiguration entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Licht erfassenden Elemente der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;
Fig. 3 ist ein Schaltkreisdiagramm, das spezifische Beispiele für Schaltkreise zum Erfassen der Anstiegszeit aus der Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das Wellenformen von Hauptsignalen zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das anzeigt, dass die Anstiegszeit von der Größe eines Lichtstrahlenflecks abhängt;
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf in einem Vergleichsschaltkreis zeigt;
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf in einem OK·NG- Entscheidungskreis zeigt;
Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm, dass eine Konfiguration entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf in dem Vergleichsschaltkreis der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 10 ist ein Schaltkreisdiagramm, das ein besonderes Beispiel des Vergleichsschaltkreises entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf des Vergleichsschaltkreises einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 13 ist ein Diagramm, das ein besonderes Beispiel eines Vergleichsschaltkreises der vierten Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Abtastsystems zeigt, wobei es sich um eine erste Ausführungsform der Erfindung handelt.
In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Halbleiterlaser zum Einstrahlen eines Laserstrahls; 2, ein Befestigungsglied für den Halbleiterlaser; 3, ein piezoelektrisches Element zum Einstellen des Halbleiterlasers 1 in Richtung der optischen Achse; 4, ein Befestigungsglied für die Kollimatorlinse; und 5, eine Kollimatorlinse zur Erzeugung paralleler Strahlen aus dem Laserstrahl.
Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Zylinderlinse; 7, einen Drehpolygonspiegel zur Ablenkung des Laserstrahls in eine Hauptabtastrichtung; 8, eine fθ-Linse; 11, ein Aufnahmemedium, wobei es sich um eine abzutastende Oberfläche handelt; 9a, 9b, Messerklingen; 10a, 10b, Licht erfassende Elemente; 12a, 12b, einen ersten Schaltkreis zur Erfassung von Anstiegszeiten und einen zweiten Schaltkreis zur Erfassung von Anstiegszeiten um die Anstiegszeiten aus den jeweiligen Ausgangssignalen der Licht erfassenden Elemente 10a, 10b zu erfassen.
Ferner bezeichnet Bezugsziffer 13 einen Vergleichsschaltkreis zum Auffinden der Versetzungsrichtung der Lichtkonvergenzstellung aus einem Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Schaltkreise zur Erfassung der Anstiegszeit 12a, 12b; 14, einen Kontrollkreis zur Ausgabe eines Kontrollsignals, das auf dem Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises 13 basiert; 15, einen Steuerkreis für ein piezoelektrisches Element zum Steuern des piezoelektrischen Elements in Antwort auf das Kontrollsignal; 16, einen LD- Steuerkreis zum Modulieren des von dem Halbleiterlaser 1 eingebrachten Laserstrahls; 17, einen Lichtstrahl; 18, einen OK·NG-Entscheidungskreis zum Entscheiden, ob der Durchmesser eines Lichtfleckes, der das Aufnahmemedium 11 abtastet, innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, oder nicht, und zum Anweisen des Kontrollkreises 14 die Kontrolle zu aktivieren.
Bezugszeichen A bezeichnet eine Drehrichtung des Drehpolygonspiegels; B, die Hauptabtastrichtung eines Lichtstrahles; C, die Richtung der Versetzung der Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahls; 10a1, 10b1, Ausgangssignale der Licht erfassenden Elemente 10a bzw. 10b; und Δt1, Δt2, Anstiegszeiten, wobei diese Ausgangssignale der ersten und zweiten Schaltkreise zur Erfassung der Anstiegszeit 12a, 12b sind.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Detektor für die Lichtkonvergenzstellung in vergrößerter Form zeigt. In der ersten Ausführungsform ist ein erster Abschnitt zur Erfassung der Lichtkonvergenzstellung, welcher die Messerklinge 9a und das Licht erfassende Element 10a aufweist, in einem Abstand D von der Hinterfläche des Aufnahmemediums 11, bei dem es sich um die Fläche handelt, die abgetastet werden soll, angeordnet, wohingegen ein zweiter Abschnitt zur Erfassung der Lichtkonvergenzstellung, welcher die Messerklinge 9b und das Licht erfassende Element 10b aufweist, in einem Abstand D von der Vorderfläche des Aufnahmemediums 11 angeordnet ist. Es wird bevorzugt, den Abstand D genau oder im wesentlichen gleich einer Fokustiefe eines auf die abzutastende Oberfläche strahlenden Lichtstrahles einzustellen.
Als nächstes werden spezifische Beispiele der ersten und zweiten Schaltkreise zur Erfassung der Anstiegszeit 12a, 12b unter Bezugnahme auf die Fig. 3 beschrieben. In der Fig. 3 bezeichnen die zu der Fig. 1 gleichen Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile und Komponenten.
Der erste Schaltkreis zur Erfassung der Anstiegszeit 12a enthält: einen ersten Komparator 21a, einen zweiten Komparator 21b und einen Zeitgeber 22a. Der zweite Schaltkreis zur Erfassung der Anstiegszeit 121b enthält: einen dritten Komparator 21c, einen vierten Komparator 21d und einen Zeitgeber 22b.
Die ersten und dritten Komparatoren 21a, 21c vergleichen Eingangssignale aus den Licht erfassenden Elementen 10a, 10b mit einem ersten Referenzwert Vref1 und geben H-Pegel-Signale aus, wenn die Eingangssignale den ersten Referenzwert Vref1 übersteigen. Die Zeitgeber 22a, 22b beginnen mit der Zeitzählung wenn die Ausgangssignale der Komparatoren 21a, 21c hoch werden.
Die zweiten und die vierten Komparatoren 21b, 21d vergleichen die Eingangssignale von den Licht erfassenden Elementen 10a, 10b mit einem zweiten Referenzwert Vref2 und geben H-Pegel- Signale aus, wenn die Eingangssignale den zweiten Referenzwert Vref2 übersteigen. Die Zeitgeber 22a, 22b stoppen mit der Zeitzählung wenn die Ausgangssignale der Komparatoren 21b, 21d hoch werden. Die Ausgangssignale der Zeitgeber 22a, 22b werden dem Vergleichsschaltkreis 13 und dem OK·NG-Entscheidungskreis 18 zugeführt.
Die Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Wellenformen der Hauptsignale der in der Fig. 3 gezeigten Schaltkreise zeigt. Wenn ein Signal mit einer Wellenform 10a1 von dem Licht erfassenden Element 10a eingebracht wird, dann wird dieses Signal durch die Komparatoren 21a, 21b mit den Referenzwerten Vref1 und Vref2 verglichen, und ein Signal mit einer Wellenform 21a1 und ein Signal mit einer Wellenform 21b1 werden von dem ersten Komparator 21a bzw. dem zweiten Komparator 21b ausgegeben. Der Zeitgeber 22a erfasst eine Zeit Δt1 zwischen dem Anstieg der Wellenform 21a1 und dem Anstieg der Wellenform 21b1.
Diese Zeit Δt1 hängt von dem Durchmesser eines Flecks eines Lichtstrahles ab, der durch das Licht erfassende Element 10a hindurch tritt. Das heißt, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist, dass ein Fleckdurchmesser des Lichtstrahles 17 den Anstieg der Wellenform 10a1 steil macht und dadurch die Zeit Δt1 verkürzt, wohingegen ein großer Fleckdurchmesser den Anstieg der Wellenform 10a1 flach macht und damit die Zeit Δt1 verlängert.
Die Wirkungsweise der in der Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird als nächsten im einzelnen beschrieben.
Der durch den LD-Steuerkreis 16 modulierte Lichtstrahl 17 trifft über die Kollimatorlinse 5 und die Zylinderlinse 6 auf den Drehpolygonspiegel. Da der Drehpolygonspiegel 7 mit einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A gedreht wird, tastet der Lichtstrahl 17 das Aufnahmemedium in Richtung des Pfeiles B ab. Zu dieser Zeit tastet der Lichtstrahl 17 das Aufnahmemedium 11 durch die Wirkung der Fθ-Linse 8 mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Hauptabtastrichtung (in Richtung von B) ab.
Da das Aufnahmemedium 11 auch mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung gedreht wird, die einen rechten Winkel zur Richtung des Pfeiles B einnimmt, tastet der Lichtstrahl 17 das Aufnahmemedium auch in der hinzutretenden Richtung ab.
Der Lichtstrahl 17 wird den Licht erfassenden Elementen 10b, 10a zugeführt, bevor das Aufnahmemedium 1 abgetastet wird. Die von den Licht erfassenden Elementen 10a, 10b ausgegebenen Erfassungssignale 10a1, 10b1 des Lichtstrahles werden den ersten und zweiten Schaltkreisen 12a, 12b zur Erfassung der Anstiegszeit zugeführt, um die jeweiligen Anstiegszeiten zu erfassen.
Die durch die ersten und zweiten Schaltkreise 12a, 12b zur Erfassung der Anstiegszeit erfassten Anstiegszeiten Δt1, Δt2 werden dem Vergleichsschaltkreis 12 und dem OK·NG Entscheidungskreis 18 zugeführt. Der Vergleichsschaltkreis 12 vergleicht die Anstiegszeiten Δt1, Δt2 und entscheidet in welche Richtung, aufwärts oder abwärts, und um wieviel die Lichtkonvergenzstellung von dem Aufnahmemedium 11 versetzt ist.
Das heißt, wie in der Fig. 6 gezeigt ist, dass der Vergleichsschaltkreis 13 im Schritt S1 entscheidet ob Δt1 > Δt2 gilt, oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung bejahend ist, wird in Schritt S2 die Anweisung zur Bewegung der Lichtkonvergenzstellung in eine zum Pfeil C entgegengesetzte Richtung gegeben. Wenn andererseits Δt1 > Δt2 nicht zutrifft, wird in Schritt S3 eine Anweisung zur Bewegung der Lichtkonvergenzstellung in die Richtung des Pfeiles C gegeben. Das von dem Vergleichsschaltkreis 13 ausgegebene Signal wird dem Kontrollkreis 14 zugeführt.
Wie in der Fig. 7 gezeigt ist, entscheidet der OK·NG-Entscheidungskreis 18 im Schritt S4 ob der Absolutwert der Differenz zwischen den Anstiegszeiten Δt1 und Δt2 einem vorgegebenen Referenzwert T1 gleich ist, oder kleiner als wie dieser ist. Wenn das Ergebnis der Entscheidung bejahend ist, wird die Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahles 17 als auf dem Aufnahmemedium 11 befindlich gewertet, so dass im Schritt S5 ein Signal ausgegeben wird, das anzeigt, dass keine Regelung notwendig ist. Andererseits, wenn das Ergebnis der Entscheidung negativ ist, wird in Schritt 6 ein Signal ausgegeben; dass eine Regelung notwendig ist.
Nach Empfang des Signals von dem OK·NG-Entscheidungskreis 18', welches anzeigt, dass eine Regelung notwendig ist, gibt der Kontrollkreis 14 ein Kontrollsignal zur Kontrolle des Steuerkreises 15 für das piezoelektrische Element aus, welches auf der Anweisung aus dem Vergleichsschaltkreis 13 basiert. Der Steuerkreis 15 für das piezoelektrische Element löst aus, dass der Halbleiterlaser 1 oder die Kollimatorlinse 5 in Richtung der optischen Achse entsprechend dem Kontrollsignal bewegt werden.
Wie oben entsprechend der ersten Ausführungsform beschrieben wurde gilt, dass sogar wenn die Lichtkonvergenzstellung durch den bereits seit längerer Zeit ausgestrahlten Lichtstrahl 17 in Richtung des Pfeiles C oder in der zum Pfeil C entgegengesetzten Richtung versetzt wurde, weil sich die das optische System tragende Oberflächenplatte ausgedehnt hat, oder der Brechungsindex der Kollimatorlinse 5 variiert wurde, wird die Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahles 17 in der Folge erfaßt, was es erlaubt, dass die Lichtkonvergenzstellung des optischen Systems mit hoher Genauigkeit korrigiert wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die zweite Ausführungsform den OK·NG-Entscheidungskreis nicht aufweist, und dass eine solche Funktion, wie in der Fig. 9 gezeigt ist, dem Vergleichsschaltkreis 13 der zweiten Ausführungsform zusätzlich vermittelt wurde.
Insbesondere entscheidet der Vergleichsschaltkreis 13 im Schritt S11 ob der Absolutwert der Differenz (Δt1- Δt2) gleich oder kleiner als der vorbestimmte Referenzwert T1 ist. Wenn das Ergebnis der Entscheidung bejahend ist, wird der Vorgang beendet. Andererseits, wenn das Ergebnis der Entscheidung negativ ist, wird im Schritt S12 entschieden ob Δt1 > Δt2 gilt. Wenn das Ergebnis der Entscheidung bejahend ist, wird in Schritt S13 die Anweisung zur Bewegung der Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahles in die zum Pfeil C entgegengesetzte Richtung gegeben. Wenn andererseits das Ergebnis der Entscheidung negativ ist, wird in Schritt S14 die Anweisung zur Bewegung der Lichtkonvergenzstellung in die gleiche Richtung wie der Pfeil C gegeben.
Nach Empfang der Anweisung aus dem Vergleichsschaltkreis 13 gibt der Kontrollkreis 14 das Kontrollsignal an den Steuerkreis 15 für das piezoelektrische Element aus, um zu verursachen, dass der Halbleiterlaser 1 oder die Kollimatorlinse 15 in Richtung der optischen Achse entsprechend der Anweisung bewegt wird.
Ein Beispiel für den Vergleichsschaltkreis 13 ist in der Fig. 10 gezeigt, in der das Bezugszeichen 113a einen Absolutwertberechnungsabschnitt zur Berechnung des Absolutwertes der Differenz (Δt1- Δt2), 13b, 13c Komparatoren, 13d den Referenzwert (= T1) und 13e einen UND-Schaltkreis bezeichnen.
Wenn die Ausgangssignale (a1, a2) des Vergleichsschaltkreises 13 (1, 0) sind, entscheidet der Kontrollkreis 14 dass die Anweisung gemäß Schritt S13 gegeben worden ist. Wenn die Ausgangssignale (1, 1) sind, entscheidet der Kontrollkreis 14 dass die Anweisung gemäß Schritt S14 gegeben worden ist. Wenn die Ausgangssignale (0, 0) sind, entscheidet der Kontrollkreis 14, dass die Lichtkonvergenzstellung auf dem Aufnahmemedium 11 ist.
Die zweite Ausführungsform kann zur ersten Ausführungsform ähnliche Vorteile aufweisen.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird als nächstes unter Bezugnahme auf die Fig. 11 beschrieben. In Fig. 11 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Halbleiterlaser zum Einstrahlen eines Laserstrahls; 2, ein Befestigungsglied für den Halbleiterlaser; 3, ein piezoelektrisches Element zur Einstellung des Halbleiterlasers 1 in Richtung der optischen Achse; 4, ein Befestigungsglied für die Kollimatorlinse und 5 eine Kollimatorlinse zur Erzeugung von parallelen Strahlen aus dem Laserstrahl.
Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Zylinderlinse; 7, einen Drehpolygonspiegel zur Ablenkung des Laserstrahls in einer Hauptabtastrichtung; 8, eine fΘ-Linse; 11 ein Aufnahmemedium, welches die abzutastende Oberfläche ist; 9a, 9b Messerklingen; 10a, 10b, Licht erfassende Elemente; 12a, 12b einen ersten Schaltkreis zur Erfassung der Anstiegszeit und einen zweiten Schaltkreis zur Erfassung der Anstiegszeit um die Anstiegszeiten der Ausgangssignale der Licht erfassenden Elemente 10a bzw. 10b zu erfassen.
Ferner bezeichnet die Bezugsziffer 13 einen Vergleichsschaltkreis zum Auffinden der Versetzungsrichtung der Lichtkonvergenzstellung eines Lichtstrahls aus einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Schaltkreises zur Erfassung der Anstiegszeiten 12a, 12b; 14 einen Kontrollkreis zum Ausgeben eines Kontrollsignals, das auf dem Ausgangssignal des Vergleichsschaltkreises 13 basiert; 15, einen Steuerkreis für ein piezoelektrisches Element zum Steuern des piezoelektrischen Elements 3 in Antwort auf das Kontrollsignal; 16, einen LD- Steuerkreis zum Modulieren des vom Halbleiterlaser 1 ausgestrahlten Laserstrahls; 17, einen Lichtstrahl, 18, ein Fleckentscheidungskreis zum Bewerten des Profils eines Flecks des Lichtstrahles zum Abtasten des Aufnahmemediums 11.
Bezugszeichen A bezeichnet eine Drehrichtung des Drehpolygonspiegels 7; B, die Hauptabtastrichtung eines Lichtstrahles; D, die Versetzungsrichtung der Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahls; 10a1, 10b1, Ausgangssignale der Licht erfassenden Elemente 10a bzw. 10b; und Dt1, Dt2, Anstiegszeiten, welche Ausgangsignale des ersten und des zweiten Schaltkreises zur Erfassung der Anstiegszeiten 12a, 12b sind.
Fig. 12 ist ein Diagramm, das einen Detektor für die Lichtkonvergenzstellung in vergrößerter Form zeigt. In der dritten Ausführungsform enthält der Detektor für die Lichtkonvergenzstellung: einen ersten Abschnitt zum Erfassen der Lichtkonvergenzstellung, bei welchem die Messerklinge 9a und das Licht erfassende Element 10a auf einer Verlängerung des Aufnahmemediums 11, welches die abzutastende Oberfläche ist, angeordnet sind; und einen zweiten Abschnitt zum Erfassen der Lichtkonvergenzstellung, bei welchem die Messerklinge 9b und das Licht erfassende Element 10b in einer im Abstand D von dem Aufnahmemedium 11 entfernten Lage angeordnet sind. Es wird bevorzugt, den Abstand D auf einen Wert zu setzen, der der Fokustiefe eines auf die abzutastende Oberfläche geworfenen Lichtstrahls genau gleich oder im wesentlichen gleich ist.
Als nächstes wird im einzelnen die Wirkungsweise der in der Fig. 11 gezeigten dritten Ausführungsform beschrieben.
Der durch den LD-Steuerkreis 16 modulierte Lichtstrahl 17 trifft über die Kollimatorlinse 5 und die Zylinderlinse 6 auf den Drehpolygonspiegel 7. Da der Drehpolygonspiegel 7 in Richtung des Pfeiles A mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht wird, tastet der Lichtstrahl 17 das Aufnahmemedium in Richtung des Pfeiles B ab. Zu dieser Zeit tastet der Lichtstrahl 17 das Aufnahmemedium 11 durch die Wirkung der fΘ-Linse mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Hauptabtastrichtung ab.
Da das Aufnahmemedium auch mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer zur Richtung des Pfeiles B rechtwinkligen Richtung gedreht wird, tastet der Lichtstrahl 17 das Aufnahmemedium 11 auch in der hinzutretenden Richtung ab.
Der Lichtstrahl 17 wird den Licht erfassenden Elementen 10b, 10a zugeführt, wobei er durch die Messerklingen 9b, 9a abgeschnitten wird, bevor das Aufnahmemedium 11 abgetastet wird. Die Erfassungssignale 10a1, 10b1 des Lichtstrahls, die von den Licht erfassenden Elementen 10a, 10b ausgegeben werden, werden jeweils den ersten und zweiten Schaltkreisen 12a, 12b zur Erfassung der Anstiegszeiten zugeführt, um deren Anstiegszeiten zu erfassen.
Die von dem ersten Schaltkreis 12a zur Erfassung der Anstiegszeit erfasste Anstiegszeit Δt1 wird dem Vergleichsschaltkreis 13 und dem Fleckentscheidungskreis 18' zugeführt, wohingegen die von dem zweiten Schaltkreis 12b zur Erfassung der Anstiegszeit erfasste Anstiegszeit Δt2 dem Vergleichsschaltkreis 13 zugeführt wird.
Der Vergleichsschaltkreis 13 berechnet die Differenz zwischen den Anstiegszeiten Δt1 und Δt2 und gibt das berechnete Ergebnis an den Kontollkreis 14 aus. Der Kontrollkreis 14 gibt ein Kontrollsignal an den Schaltkreis 15 für das piezoelektrische Element aus, wobei das Kontrollsignal ein einer
Versetzung entsprechendes Korrektursignal ist, wobei dieses dem berechneten Ergebnis entspricht. Der Steuerkreis 15 für das piezoelektrische Element verursacht, dass der Halbleiterlaser 1 oder die Kollimatorlinse 5 in Richtung der optischen Achse entsprechend dem Kontrollsignal bewegt werden.
Die von dem ersten Schaltkreis 12a zur Erfassung der Anstiegszeit erfasste Anstiegszeit Δt1 wird dem Fleckentscheidungskreis 18' zugeführt. Der Fleckentscheidungskreis 18' liefert eine Information bezüglich des Profils eines Flecks des Lichtstrahles, der das Aufnahmemedium 11 abtastet. Demgemäß kann das Profil des Flecks des Lichtstrahles überwacht werden, oder es kann entschieden werden, ob der Durchmesser des Flecks wie gewünscht ist, oder nicht.
Der Kontrollkreis 14 kann so betrieben werden, dass er basierend auf dem Entscheidungsergebnis hinsichtlich des Durchmessers des Lichtstrahlenflecks an- und abgestellt werden kann. Der Kontrollkreis 14 kann auch in solcher Weise betrieben werden, dass der Durchmesser des Lichtstrahlenflecks automatisch geregelt werden kann, indem normalerweise nur der erste Schaltkreis 12a zur Erfassung der Anstiegszeit betrieben wird, um es so zu ermöglichen, das der Durchmesser des Flecks durch den Fleckentscheidungskreis 18' erfasst wird, und den zweiten Schaltkreis 12b zur Erfassung der Anstiegszeit dann zu betreiben, wenn der erfasste Durchmesser größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Wenn bei der dritten Ausführungsform, wie oben beschrieben, die Lichtkonvergenzstellung sogar in Richtung des Pfeiles C oder in einer zur Richtung des Pfeiles C entgegengesetzten Richtung durch den Lichtstrahl 17, der für längere Zeit ausgestrahlt wurde, verschoben wurde, weil sich die, das optische System tragende, Oberflächenplatte ausgedehnt hat oder der Brechungsindex der Kollimatorlinse 5 verändert wurde, wird die Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahles 17, als Folge erfasst, was es ermöglicht, dass die Lichtkonvergenzstellung des optischen Systems mit hoher Genauigkeit korrigiert wird.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird beschrieben. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform dahingehend, dass dem Vergleichsschaltkreis 13 der vierten Ausführungsform durch Vergleichen der Anstiegszeiten Δt1 und Δt2 die Entscheidungsfunktion innewohnt, in welche Richtung und um wieviel die Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahls 17 auf dem Aufnahmemedium 11 versetzt wurde. Insbesondere, wie in Fig. 12 gezeigt, entscheidet der Vergleichsschaltkreis 13 im Schritt S1 ob die Anstiegszeit Δt1 kleiner als die Anstiegszeit Δt2 ist, oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung bejahend ist,
dann entscheidet der Vergleichsschaltkreis 13 in Schritt S2 ob der Unterschied zwischen Δt1 und Δt2 gleich oder kleiner als der vorbestimmte Zeitunterschied T1 ist, oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung bejahend ist, wird die Lichtkonvergenzstellung des Lichtstrahls 17 als auf dem Aufnahmemedium 11 befindlich bewertet.
Wenn jedoch Δt1 ≥ Δt2 ist (das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S1 ist negativ), dann entscheidet der Vergleichsschaltkreis 13 dass die Lichtkonvergenzstellung in einer zur Richtung des Pfeiles C entgegengesetzten Richtung bewegt werden soll, und gibt damit ein vorbestimmtes Signal aus. Wenn Δt2 - Δt1 ≤ T1 nicht erfüllt ist, entscheidet der Vergleichsschaltkreis 13, dass die Lichtkonvergenzstellung in Richtung des Pfeiles C bewegt werden sollte, und gibt dabei ein vorbestimmtes Signal aus.
Fig. 13 zeigt ein Beispiel für den Vergleichsschaltkreis 13. In Fig. 13 bezeichnen die Bezugszeichen 13a, 13c Komparatoren; 13b, einen Subtraktionskeis; und 13d, den Referenzwert T1. Wenn die Ausgangsignale dieses Kreises (a1, a2) (0, 0) sind, ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S1 negativ, was somit den Kontrollkreis 14 veranlaßt zu entscheiden, dass die Lichtkonvergenzstellung in einer zum Pfeil C entgegen gesetzten Richtung bewegt werden sollte. Wenn die Ausgangssignale (1, 1) sind, ist das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S1 bejahend und das Ergebnis der Entscheidung in Schritt S2 verneinend, was somit den Kontrollkreis 14 veranlaßt zu entscheiden, dass die Lichtkonvergenzstellung in Richtung zum Pfeil C bewegt werden sollte. Ferner, wenn die Ausgangssignale (1, 0) sind, ist das Ergebnis der Entscheidung in beiden Schritten S1 und S2 bejahend, was somit den Kontrollkreis veranlaßt zu bewerten, dass der Lichtstrahl auf die abzutastende Oberfläche fokussiert ist.
Die vierte Ausführungsform kann auch Vorteile aufweisen, die zu jenen der dritten Ausführungsform ähnlich sind.
Während das Licht erfassende Element 10b sowohl in der dritten als auch in der vierten Ausführungsform vor dem Aufnahmemedium 11 angeordnet ist, ist die Ausführung der Erfindung hierauf nicht beschränkt; das Licht erfassende Element 10b kann auch hinter dem Aufnahmemedium 11 angeordnet sein.
Wie aus dem Vorhergehenden offensichtlich wird, ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie die Stellung des Halbleiterlasers oder der Kollimatorlinse in Richtung der optischen Achse regelt, indem die Licht erfassenden Elemente sowohl vor als auch hinter der abzutastenden Oberfläche angeordnet werden und indem die Anstiegszeiten, die von diesen beiden Licht erfassenden Elementen ausgegeben werden, verglichen werden. Deswegen kann die Versetzung der Lichtkonvergenzstellung von der abzutastenden Oberfläche automatisch korrigiert werden.
Ferner ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtstrahl in die ersten und zweiten Licht erfassenden Element eingestrahlt wird, wobei der Lichtstrahl von Messerklingen abgeschnitten wird. Deshalb kann ein in hohem Maße zuverlässiges optisches Abtastsystem, das von den Einflüssen von Dreck, Staub und dergleichen frei ist, angegeben werden.
Überdies ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Halbleiterlasers oder der Kollimatorlinse in Richtung der optischen Achse geregelt wird, indem die Licht erfassenden Elemente in solcher Weise angeordnet werden, dass eines der Licht erfassenden Elemente auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet wird und das andere entweder vor oder hinter der abzutastenden Oberfläche angeordnet wird, und indem die von diesen beiden Licht erfassenden Elementen ausgegebenen Anstiegszeiten verglichen werden. Deswegen kann die Versetzung der Lichtkonvergenzstellung eines Lichtstrahles von der abzutastenden Oberfläche automatisch korrigiert werden. Zusätzlich kann gleichzeitig das Profil des Lichtstrahles auf der abzutastenden Oberfläche über die Anstiegszeit aus dem Licht erfassenden Element, das auf der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, erfasst werden.

Claims

1. Optisches Abtastsystem zum Abtasten mit einem Lichtstrahl in einer Hauptrichtung, wobei der Lichtstrahl auf einer abzutastenden Oberfläche (11) konvergiert, welches umfaßt:

- Licht erfassende Mittel zur Aufnahme des Lichtstrahles als Eingangssignal, wobei der Lichtstrahl von Messerklingen (9a, 9b), die in gleichen Abständen vor und hinter der Fokalebene angeordnet sind und die Licht erfassenden Mittel teilweise abdecken, abgeschnitten wird;

- einen ersten Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeit (12a) und einen zweiten Schaltkreis zum Erfassen der Anstiegszeit (12b) zur Erfassung zweier aufeinanderfolgender Anstiegszeiten aus dem Ausgangssignal des Licht erfassenden Elementes;

- Mittel zum Erfassen einer Versetzungsrichtung einer die Strahlen fokussierenden Stellung, indem die Anstiegszeiten verglichen werden;

- Mittel zur Refokussierung des Strahls entsprechend dem Ausgangssignal des Richtungserfassungsmittels

dadurch gekennzeichnet, daß

- das genannte Licht erfassende Mittel ein erstes und zweites Licht erfassendes Element (10a, 10b) umfaßt;

- jede Messerklinge (9a, 9b) jeweils der empfindlichen Oberfläche eines Licht erfassenden Elementes (9a, 9b) benachbart angeordnet ist und diese teilweise abdeckt;

- die genannten Messerklingen (9a, 9b) beide in der gleichen Richtung bezüglich des Strahles angeordnet sind, und zwar so, daß der Strahl zuerst ein Messer trifft und dann, wobei er die Messerklinge (9a, 9b) passiert, das jeweilige Licht erfassende Element (10a, 10b) trifft.

2. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, welches weiterhin Entscheidungsmittel (18) zur Entscheidung aufweist, ob, oder ob nicht, eine Versetzung der die Lichtstrahlen fokussierenden Stellung innerhalb eines zulässigen Bereiches liegt, der auf den Ausgangssignalen der genannten ersten und zweiten Schaltkreise zur Erfassung der Anstiegszeit (12a, 12b) beruht, um die Versetzung der die Lichtstrahlen fokussierenden Stellung zu korrigieren, wenn die Versetzung außerhalb des zulässigen Bereiches liegt.

3. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, bei welchem das genannte Korrekturmittel ein piezoelektrisches Element (3) zum Einstellen der Versetzung der die Lichtstrahlen fokussierenden Stellung und Mittel (15) zum Steuern des genannten piezoelektrischen Elementes (3) entsprechend dem Ausgangssignal aus dem genannten Richtungserfassungsmittel umfaßt.

4. Optisches Abtastsystem zum Abtasten mit einem Lichtstrahl in einer Hauptrichtung, wobei der Lichtstrahl auf einer abzutastenden Oberfläche konvergiert, welches umfaßt:

- Licht erfassende Mittel zur Aufnahme des Lichtstrahles als Eingangssignal, wobei der Lichtstrahl von Messerklingen (9a, 9b) abgeschnitten wird;

- Mittel zum Erfassen der Versetzungsrichtung einer die Strahlen fokussierenden Stellung, indem die Anstiegszeiten verglichen werden;

dadurch gekennzeichnet, daß

- das System Mittel zur Messung des Profils des Lichtstrahles auf der abzutastenden Oberfläche (11) aus dem Ausgangssignal des genannten ersten Schaltkreises zum Erfassen der Anstiegszeit (12a) umfaßt, und dadurch, daß.

- das Licht erfassende Mittel ein erstes und zweites Licht erfassendes Element (10a, 10b) umfaßt, wobei

- das genannte erste Licht erfassende Element (10a) in einer der abzutastenden Oberfläche optisch äquivalenten Stellung angeordnet ist, um den Lichtstrahl aufzunehmen, der von einer Messerklinge, die der lichtempfindlichen Oberfläche des genannten ersten Licht erfassenden Elementes (10a) benachbart angeordnet ist und die genannte Oberfläche des genannten ersten Licht erfassenden Elementes (10a) teilweise abdeckt, abgeschnitten ist, und wobei

- das genannte zweite Licht erfassende Element (10b) in einer Stellung entweder vor oder hinter der abzutastenden Oberfläche angeordnet ist, um den Lichtstrahl aufzunehmen, der von einer Messerklinge, die der lichtempfindlichen Oberfläche des genannten zweiten Licht erfassenden Elementes (10b) benachbart angeordnet ist und die genannte Oberfläche des genannten zweiten Licht erfassenden Elementes (10b) teilweise abdeckt, abgeschnitten ist, wobei beide Messerklingen in der gleichen Richtung bezüglich des Strahles angeordnet sind, und dieser zuerst ein Messer trifft und dann, indem er die Messerklinge passiert, das jeweilige Licht erfassende Element trifft.

5. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 4, bei welchem das genannte Korrekturmittel (3) ein piezoelektrisches Element (3) zur Einstellen der Versetzung der die Lichtstrahlen fokussierenden Stellung und Mittel (15) zum Steuern des genannten piezoelektrischen Elements (3) entsprechend dem Ausgangssignal aus dem genannten Richtungserfassungsmittel umfaßt.