DE69428950T2

DE69428950T2 - Optisches Abtastsystem

Info

Publication number: DE69428950T2
Application number: DE69428950T
Authority: DE
Inventors: Tomonori Ikumi; Kazunori Murakami
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2014-08-13
Also published as: US5506719A; CN1102481A; EP0638830B1; KR0136840B1; EP0638830A3; EP0638830A2; DE69428950D1; JPH07168115A; CN1033877C; KR950006488A; JP2951842B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung, die einen Laserstrahl einsetzt, verwendbar in einem Laserdrucker, einem Laserfaxgerät, einem digitalen Kopierer, usw..

2. Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik

Ein elektrofotografisches Verfahren ist als ein einfacher und hoch qualitativer Druckprozess in den vergangenen Jahren entwickelt worden, und eine optische Abtastvorrichtung ist herkömmlich als eine Vorrichtung bekannt, die zum Realisieren dieses Prozesses geeignet ist. Zum Beispiel besitzt eine optische Abtastvorrichtung vom Post- Objektiv-Typ eine solche Struktur, dass eine Kollimatorlinse, eine Abbildungslinse und eine zylindrische Linse sequentiell auf einem optischen Weg eines Laserstrahls, emittiert von einer Halbleiterlaserdiode, angeordnet sind; dass eine Vielzahl reflektierender Flächen eines Polygonspiegels, drehbar getragen durch einen Antriebsmotor, auf einem optischen Weg des Laserstrahls, transmittiert durch die Zylinderlinse, angeordnet sind; dass eine Korrekturlinse auf einem optischen Weg eines horizontalen Abtastlichtstrahls von dem Polygonspiegel angeordnet ist; und dass eine Fläche, die abgetastet werden soll, die in einer vertikalen Abtastrichtung einer drehbaren, fotoempfindlichen Trommel bewegbar ist, auf einem optischen Weg des Lichtstrahls, transmittiert durch die Korrekturlinse, angeordnet ist.
Um die optischen Charakteristika einer solchen optischen Abtastvorrichtung zu verbessern, ist es notwendig, verschiedene, optische Bauelemente mit einer hohen Genauigkeit zu positionieren. In einer optischen Abtastvorrichtung, offenbart in der japanischen Patentoffenlegung No. Sho 63-210807, sind, zum Beispiel, eine Licht emittierende Einheit, die eine Halbleiterlaserdiode, eine Kollimatorlinse, usw., besitzt, integriert miteinander, ein Antriebsmotor zum drehbaren Tragen eines Polygonspiegels, ein Reflexionsspiegel, eine Korrekturlinse, usw., in einem einzelnen, abgeflachten, kastenförmigen Gehäuse befestigt.
Die vorstehend erwähnte optische Abtastvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegung No. Sho 63-210807 offenbart ist, wird nun in weiterem Detail beschrieben. Um eine Wechselwirkung der Licht emittierenden Einheit mit dem optischen Weg des horizontalen Abtastlichtstrahls von dem Polygonspiegel zu verhindern, ist die Licht emittierende Einheit neben dem Polygonspiegel angeordnet. Die Licht emittierende Einheit ist so ausgelegt, dass der optische Weg des horizontalen Abtastlichtstrahls von dem Polygonspiegel durch den Reflexionsspiegel abgelenkt wird, um aus dem Gehäuse auszutreten. Dementsprechend ist eine Oberfläche, die als eine fotoempfindliche Trommel abgetastet werden soll, unter dem Gehäuse angeordnet. In dieser optischen Abtastvorrichtung wird die Kippung der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels durch die Korrekturlinse korrigiert. Um die Kippung zu korrigieren, muss der Laserstrahl in der vertikalen Abtastrichtung auf den reflektierenden Flächen des Polygonspiegels abgebildet werden, und diese Abbildung des Laserstrahls wird durch die Zylinderlinse realisiert. Allerdings verschiebt sich eine fokale Position der Zylinderlinse möglicherweise zu den reflektierenden Flächen des Polygonspiegels tatsächlich, und zwar aufgrund einer Bauelementendifferenz in einem Astigmatismus der Halbleiterlaserdiode, der optischen Charakteristika der Kollimatorlinse, usw..
Als ein Mittel, um einen solchen Fehler und ein Bild des Laserstrahls auf den reflektierenden Flächen des Polygonspiegels unter Verwendung der zylindrischen Linse zu eliminieren, ist eine optische Abtastvorrichtung in der japanischen Patentoffenlegung No. Hei 4-75015 zum Beispiel offenbart worden. In dieser optischen Abtastvorrichtung ist ein Linsenhalter, der eine zylindrische, untere Oberfläche besitzt, gleitbar in einer V- förmigen Nut, gebildet auf einer oberen Oberfläche einer Basis, angeordnet, und eine zylindrische Linse ist aufrecht auf einer oberen Oberfläche des Linsenhalters in einer solchen Art und Weise befestigt, dass die Richtung einer optischen Achse der zylindrischen Linse mit der Richtung einer Gleitbewegung des Linsenhalters übereinstimmt. Dementsprechend werden die zylindrische Linse und der Linsenhalter zusammen gleitbar in der Richtung der optischen Achse getragen und werden an einer geeigneten Position eingestellt.
Die vorstehend erwähnte, optische Abtastvorrichtung in dem in Bezug stehenden Stand der Technik besitzt die folgenden Probleme. In der ersteren, optischen Abtastvorrichtung, offenbart in der japanischen Patentoffenlegung No. Sho 63-210807, sind die verschiedenen optischen Bauelemente gemeinsam in dem einzelnen Gehäuse befestigt, um dadurch eine Hochpräzisionsanordnung der verschiedenen, optischen Bauelemente zu erzielen und die optischen Charakteristika zu verbessern. Allerdings entstehen die folgenden Probleme.
Erstens wird, wenn die verschiedenen optischen Bauelemente in dem abgeflachten, kastenförmigen Gehäuse befestigt werden, das einen grossen ebenen Bereich besitzt, das Gehäuse leicht aufgrund eines Herstellfehlers, einer Alterungsänderung, einer temperaturabhängigen Expansion/Kontraktion, usw., deformiert, und die Deformation des Gehäuses bewirkt eine Verringerung in der Positionsgenauigkeit der optischen Bauelemente, um die optischen Charakteristika zu verschlechtern.
Zweitens ist, da die Licht emittierende Einheit neben dem Polygonspiegel angeordnet ist, um eine Wechselwirkung mit dem optischen Weg des horizontalen Abtastlichtstrahls zu verhindern, die Anordnung eines optischen Systems nicht symmetrisch in Bezug auf eine Mittenachse des optischen Wegs des horizontalen Abtastlichtstrahls, was demzufolge die optische Struktur des Systems verkompliziert, um die Produktivität herabzusetzen.
Drittens ist es, um die optischen Charakteristika des horizontalen Abtastlichtstrahls, der auf die Oberfläche auffällt, die in der optischen Abtastvorrichtung abgetastet werden soll, einzustellen, erwünscht, die Positionen der verschiedenen, optischen Bauelemente individuell einzustellen, indem sie in das Gehäuse hinein befestigt werden. Allerdings ist es in der Struktur, bei der die verschiedenen, optischen Bauelemente in dem einzelnen, abgeflachten, kastenförmigen Gehäuse befestigt sind, manchmal schwierig, eine optische Einstellausrüstung in dem Gehäuse anzuordnen. Dementsprechend ist die Einstellung der optischen Bauelemente schwierig, was die Produktivität herabsetzt.
Viertens besteht, während eine solche optische Abtastvorrichtung in einer elektrofotografischen Vorrichtung in einer tatsächlichen Benutzung eingesetzt wird, die Möglichkeit eines Fehlers in einer relativen Position zwischen der optischen Abtastvorrichtung und einer Oberfläche, die abgetastet werden soll, wie diejenige einer fotoempfindlichen Trommel, die in der elektrofotografischen Vorrichtung eingesetzt ist, unabhängig der optischen Abtastvorrichtung. In diesem Fall wird, da es schwierig ist, die Position der fotoempfindlichen Trommel, um die herum eine Entwicklungseinrichtung, eine Aufladungseinrichtung, usw., angeordnet sind, einzustellen, die Position der optischen Abtastvorrichtung generell eingestellt. In der optischen Abtastvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegung No. Sho 63-210807 offenbart ist, ist allerdings das Gehäuse in der Form abgeflacht, und gross in einem ebenen Bereich, und ist mit einem Rahmen der elektrofotografischen Vorrichtung an einer Mehrzahl von Positionen verbunden. Dementsprechend ist die Einstellung der Position der optischen Abtastvorrichtung sehr mühsam, was eine Verringerung der Produktivität der elektrofotografischen Vorrichtung mit sich bringt.
Andererseits kann in der letzteren optischen Abtastvorrichtung, die in der japanischen Patentoffenlegung No. Hei 4-75015 offenbart ist, der Laserstrahl auf den reflektierenden Flächen des Polygonspiegels unter Verwendung der zylindrischen Linse abgebildet werden, die so angepasst ist, um zu gleiten und positioniert zu werden, gerade wenn dort eine Bauelementendifferenz im Astigmatismus der Halbleiterlaserdiode, der optischen Charakteristika der Kollimatorlinse, usw., auftritt. Allerdings entstehen die folgenden Probleme.
Erstens wird der Mechanismus einer gleitenden Befestigung des Zylinderlinsenhalters, der aufrecht die Zylinderlinse auf der V-förmigen Nut, gebildet auf der oberen Fläche der Basis, hält, in der Struktur kompliziert, was die Verbesserung in der Produktivität der optischen Abtastvorrichtung behindert.
Zweitens erfordert der Mechanismus eines gleitenden Tragens der zylindrischen Linse in der Richtung der optischen Achse eine Struktur so, dass ein Bereich, der die gleitende Bewegung der Zylinderlinse zulässt, so gebildet ist, um in der Richtung der optischen Achse langgestreckt zu sein, um eine gute Genauigkeit in der positionsmässigen Einstellung der Zylinderlinse sicherzustellen. Allerdings behindert, wenn der Mechanismus eines gleitenden Tragens der zylindrischen Linse in der Richtung der optischen Achse gross ist, dies eine Reduktion der Grösse und des Gewichts der optischen Abtastvorrichtung als Ganzes und gestaltet auch die Anordnung der Kollimatorlinse oder dergleichen nahe der zylindrischen Linse in der Richtung der optischen Achse schwierig.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es sollte nun Bezug auf das US-Patent 5239403 genommen werden. Dieses offenbart eine optische Deflektoranordnung zur Verwendung in einer Bildabtastvorrichtung. Zu diesem Zweck werden ein Laserstrahl und verschiedene Linsen in Verbindung mit einem drehbaren Polygonspiegel, getragen durch einen Antriebsmotor, verwendet. Ein Problem mit dieser Anordnung ist dasjenige, dass das gesamte System über einen relativ breiten Flächenbereich verteilt ist und deshalb nicht innerhalb einer kompakten Struktur aufgenommen werden kann.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, dieses Problem zu beseitigen.
Dementsprechend schafft die Erfindung eine optische Abtastvorrichtung, die einen von einer Halbleiterlaserdiode emittierten Laserstrahl durch eine Kollimatorlinse, eine Bilderzeugungslinse und eine zylindrische Linse auf eine Vielzahl von reflektierenden Flächen eines drehbaren Polygonspiegels richtet, der von einem Antriebsmotor drehbar getragen wird und eine abzutastende Fläche, die in einer vertikalen Abtastrichtung bewegt werden kann, mit dem an den reflektierenden Flächen des Polygonspiegels reflektierten und durch eine Korrekturlinse hindurchgelassenen Laserstrahl abtastet; dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlaserdiode einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in einer Ebene befindet, die eine Drehachse des Polygonspiegels einschliesst, und sich die Halbleiterlaserdiode über der Oberseite des Polygonspiegels befindet; die Kollimatorlinse einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet, und sich die Kollimatorlinse über der Oberseite des Polygonspiegels befindet; die zylindrische Linse einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet, und sich die zylindrische Linse über der Oberseite des Polygonspiegels befindet; und die Korrekturlinse einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet; und dadurch, dass die Vorrichtung des Weiteren einen Umkehrspiegel, der einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet, und der den aus der zylindrischen Linse austretenden Laserstrahl ablenkt und den abgelenkten Laserstrahl auf die reflektierenden Flächen des Polygonspiegels richtet, einen Untersatz, der den Antriebsmotor trägt, und ein Gehäuse umfasst, das an dem Untersatz angebracht ist und eine Grundfläche hat, die im Wesentlichen der des Antriebsmotors entspricht, wobei die Halbleiterlaserdiode, die Kollimatorlinse, die zylindrische Linse, der Umkehrspiegel, der Polygonspiegel und die Korrekturlinse sämtlich in dem Gehäuse angebracht sind.
Dementsprechend kann ein Gehäuse zum Aufnehmen dieser optischen Bauelemente kompakt im Gegensatz zu gross und abgeflacht hergestellt werden, und die Deformation des Gehäuses aufgrund einer Alterungsänderung, einer temperaturabhängigen Expansion/Kontraktion, usw., können gering gemacht werden, um dadurch eine hohe Präzision von Positionen der optischen Bauelemente beizubehalten, um so gute optische Charakteristika beizubehalten. Weiterhin kann das optische System in Symmetrie in Bezug auf eine Mittenachse eines optischen Wegs eines horizontalen Abtastlichtstrahls von dem Polygonspiegel ohne Wechselwirkung mit der Halbleiterlaserdiode, usw., mit dem horizontalen Abtastlichtstrahl angeordnet werden. Dementsprechend kann die Struktur des optischen Systems vereinfacht werden, um dadurch die Produktivität zu verbessern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine vertikale, geschnittene Seitenansicht einer optischen Abtastvorrichtung gemäss einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine innere Struktur der Vorrichtung darstellt;
Fig. 2 zeigt eine horizontale, geschnittene Draufsicht der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 1, mit einem Gehäuse der Vorrichtung, das teilweise aufgebrochen ist;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 1, die eine Befestigungsstruktur darstellt;
Fig. 4 zeigt eine vertikale, geschnittene Schnittansicht, die schematisch die Form einer Korrekturlinse der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 1, darstellt;
Fig. 5(a) zeigt eine Draufsicht, die schematisch die Form der Korrekturlinse darstellt;
Fig. 5(b) zeigt eine vertikale, geschnittene Seitenansicht, die schematisch die Form der Korrekturlinse darstellt;
Fig. 6 zeigt eine vertikale, geschnittene Seitenansicht einer optischen Abtastvorrichtung gemäss einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine innere Struktur der Vorrichtung darstellt;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines wesentlichen Teils der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 6, die eine Befestigungsstruktur darstellt;
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Befestigungsstruktur einer Zylinderlinsenplatte als einen Linsentragemechanismus eines inneren Rahmens der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 6, darstellt;
Fig. 9(a) zeigt eine charakteristische Grafik, die eine Bildebene, gebogen in der horizontalen Abtastrichtung, entsprechend Designdaten der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 6, zeigt;
Fig. 9(b) zeigt eine charakteristische Grafik, die eine Bildebene, gebogen in der vertikalen Abtastrichtung, entsprechend Designdaten der optischen Abtastvorrichtung, dargestellt in Fig. 6, zeigt;
Fig. 10(a) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(a) in dem Zustand, wo die Korrekturlinse in der vertikalen Abtastrichtung verschoben ist;
Fig. 10(b) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(b) in dem Zustand, wo die Korrekturlinse in der vertikalen Abtastrichtung verschoben ist;
Fig. 11(a) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(a) in dem Zustand, wo die Korrekturlinse in der vertikalen Abtastrichtung verschoben ist und die zylindrische Linse in ihrer Position eingestellt ist;
Fig. 11(b) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(b) in dem Zustand, wo die Korrekturlinse in der vertikalen Abtastrichtung verschoben ist und die zylindrische Linse in ihrer Position eingestellt ist;
Fig. 12(a) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(a) in dem Zustand, wo die Kippung der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels auftritt;
Fig. 12(b) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(b) in dem Zustand, wo die Kippung der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels auftritt;
Fig. 13(a) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(a) in dem Zustand, wo die Kippung der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels auftritt und die zylindrische Linse in der Position eingestellt ist;
Fig. 13(b) zeigt eine Grafik ähnlich zu Fig. 9(b) in dem Zustand, wo die Kippung der reflektierenden Flächen des Polygonspiegels auftritt und die zylindrische Linse in ihrer Position eingestellt ist; und
Fig. 14 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, ähnlich zu Fig. 8, die eine Modifikation der Zylinderlinsenplatte darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erste, bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Eine optische Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist ein Post-Objektiv-Typ einer optischen Abtastvorrichtung. Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, besteht die optische Abtastvorrichtung 1 aus einer Basis 2, die einen Abtasteinrichtungsmotor 22 als einen Antriebsmotor; ein Gehäuse 4, befestigt an der Basis 2; eine Licht emittierende Einheit 5, die eine Halbleiterlaserdiode 7 besitzt, usw.; einen inneren Rahmen 13, der verschiedene Linsen besitzt; und einen äusseren Rahmen 29, der externe, Reflexionsspiegel 31 und 33 zum Ablenken eines Laserstrahls zu einer fotoempfindlichen Trommel 39 hin, besitzt, aufweist, wobei die letzten drei Elemente in dem Gehäuse 4 befestigt sind. Das Gehäuse 4 ist auf der plattenähnlichen Basis 2 durch drei Schreiben 3 befestigt. Die Licht emittierende Einheit 5 ist an einer oberen Position des Gehäuses 5 in einem nach unten geneigten Zustand befestigt. Die Halbleiterlaserdiode 7 der Licht emittierenden Einheit 5 ist auf einem Substrat 6 befestigt und ist an einer Wärmesenke 8, gebildet aus Metall, fixiert. Eine zylindrische Kollimatortrommel 9 ist gleitbar auf der Wärmesenke 8 befestigt und ist daran durch Anbonden oder dergleichen fixiert. Eine Kollimatorlinse 10 ist innerhalb der Kollimatortrommel 9 fixiert.
Der innere Rahmen 13 besitzt eine obere Fläche, gebildet mit zwei Vorsprüngen 11 und zwei konischen Löchern 12. Die zwei Vorsprünge 11 greifen in zwei Vertiefungen 17, gebildet auf einer unteren Oberfläche eines oberen Bereichs des Gehäuses 4, ein. In diesem Zustand greifen zwei Schrauben 18 in die zwei konischen Löcher 17 ein, um den inneren Rahmen 13 an dem Gehäuse 4 zu sichern. Fixiert an dem inneren Rahmen 13 sind eine zylindrische Linse 14, eine plan-konvexe Linse 15 als eine Abbildungslinse und ein Umkehrspiegel 16. In dem Zustand, wo der innere Rahmen 13 an dem Gehäuse 4 befestigt ist, sind die optischen Achsen der zylindrischen Linse 14 und der plan- konvexen Linse 15 auf dem optischen Weg des Laserstrahls, emittiert von der Licht emittierenden Einheit 5, positioniert.
Ein Substrat 21 als ein Teil des Abtasteinrichtungsmotors 33 ist über Beabstandungseinrichtungen 19 an der Basis bzw. dem Untersatz 2 durch vier Schrauben 20 befestigt. Ein Polygonspiegel 24 ist horizontal drehbar an einer sich vertikal erstreckenden, drehenden Welle 23 des Abtasteinrichtungsmotors 22 getragen. Der Polygonspiegel 24 besitzt vier reflektierende Oberflächen 25, von denen jede als eine elliptische, zylindrische Oberfläche, die eine elliptische Form in dem horizontalen Schnitt besitzt, gebildet ist.
Ein Lichtstrahl, reflektiert auf dem Umkehrspiegel 16, fixiert an dem inneren Rahmen 13, ist so ausgelegt, um auf jede reflektierende Fläche 25 des Polygonspiegels 24 in einer Richtung geringfügig nach oben zu einer horizontalen Richtung gekippt zu fallen. Dementsprechend ist ein schräges, optisches System so gebildet, dass die optischen Achsen eines ankommenden Strahls und eines abgehenden Strahls in Bezug zu jeder sich drehenden, reflektierenden Fläche 25 geneigt sind. Die plan-konvexe Linse 15, fixiert an dem inneren Rahmen 13, ist so ausgelegt, um den ankommenden Laserstrahl an einem virtuellen Konvergierpunkt, der hinter jeder reflektierenden Fläche 25 des Polygonspiegels 24 existiert, zu konvergieren, und die zylindrische Linse 14 ist so ausgelegt, um den ankommenden Laserstrahl auf jeder reflektierenden Fläche 25 in einer vertikalen Abtastrichtung nur zu konvergieren.
Eine entsprechende Linse 28 ist mit dem Gehäuse 4 an einer Position befestigt, die auf dem optischen Weg eines reflektierten Lichtstrahls von jeder reflektierenden Fläche 25 des Polygonspiegels 24 liegt. Die Korrekturlinse 28 ist mit einem rechtwinkligen Durchgangsloch 26, gebildet durch einen vorderen Bereich des Gehäuses 4, in Eingriff gebracht, und ist damit mit zwei Schrauben 27 befestigt. Die Korrekturlinse 28 besitzt eine sehr spezielle Form, um so verschiedene optische Charakteristika zu verbessern, und das Detail einer solchen speziellen Form wird nachfolgend beschrieben werden. Mit der vorstehend angegebenen Struktur der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Achsen der Halbleiterlaserdiode 7, der Kollimatorlinse 10, der zylindrischen Linse 14, der plan-konvexen Linse 15, des Umkehrspiegels 16 und der Korrekturlinse 28 in einer Ebene positioniert, die die Rotationsachse des Polygonspiegels 24 enthält. Weiterhin sind die Halbleiterlaserdiode 7, die Kollimatorlinse 10, die zylindrische Linse 14 und die plan-konvexe Linse 15 über einer oberen Oberfläche des Polygonspiegels 24 positioniert. In weiterem Detail sind die Halbleiterlaserdiode 7 und die Kollimatorlinse 10 in einem Projektionsbereich des Polygonspiegels 24 positioniert. Obwohl die zylindrische Linse 14 und die plan-konvexe Linse 25 leicht ausserhalb des Projektionsbereichs des Polygonspiegels 24 positioniert sind, sind sie über einer oberen Fläche des Abtasteinrichtungsmotors 22 positioniert. Es sollte angemerkt werden, dass die Rotationsachse des Polygonspiegels 24, die hier erwähnt ist, eine konzeptmässige Mittenachse einer Drehung des Polygonspiegels 24 bedeutet, allerdings nicht die Drehwelle 23 als eine Komponente zum Tragen des Polygonspiegels 24 bedeutet.
Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, ist der äussere Rahmen 29, der an dem Gehäuse 4 befestigt ist, mit zwei Vertiefungen 30 an den vorderen, gegenüberliegenden Seiten ausgebildet, und ein erster, externer Reflexionsspiegel 31, langgestreckt in einer horizontalen Abtastrichtung, ist elastisch in den Vertiefungen 30 befestigt. Zwei kreisförmige Durchgangslöcher 32 sind an unteren, gegenüberliegenden Seiten des äusseren Rahmens 29 gebildet, und zwei zylindrische Elemente 34 als ein Spiegeleinstellmechanismus sind in die zwei kreisförmigen Durchgangslöcher 32 jeweils so eingreifend, um in der vertikalen Abtastrichtung drehbar zu sein. Die zwei zylindrischen Elemente 34 sind an gegenüberliegenden Enden eines zweiten, äusseren Reflexionsspiegels 33, langgestreckt in der horizontalen Abtastrichtung, fixiert. Die äussere Endfläche jedes zylindrischen Elements 34 ist mit einer Winkeleinstellnut 35 ausgebildet, angepasst so, um die Spitze eines flachen Schraubenziehers (nicht dargestellt) aufzunehmen, so dass beide zylindrische Elemente 34 in den Durchgangslöchern 32 unter Verwendung des flachen Schraubenziehers gedreht werden können, um dadurch den Winkel des zweiten, äusseren Reflexionsspiegels 33 einzustellen. Nach einer Einstellung des Winkels werden beide zylindrischen Elemente 34 innerhalb der Durchgangslöcher 32 durch Anbonden oder dergleichen fixiert. Ein klein dimensionierter Reflexionsspiegel 36 ist an dem äusseren Rahmen 29 an einer Position unter einem Längsendbereich des ersten, externen Reflexionsspiegels 31 fixiert, und ein optischer Sensor 37 zum Erfassen einer Schreibposition ist an dem äusseren Rahmen 29 an einer Position gegenüberliegend dem Reflexionsspiegel 36 unter dem anderen, longitudinalen Endbereich des ersten, externen Reflexionsspiegels 31 befestigt.
Der äussere Rahmen 29 ist auf der vorderen Fläche des Gehäuses 4 mit zwei Schrauben 38 befestigt. Dementsprechend sind der erste, äussere Reflexionsspiegel 31 und der Reflexionsspiegel 36 auf einem optischen Weg eines reflektierten Lichtstrahls von jeder reflektierenden Fläche 25 des Polygonspiegels 24 positioniert, und der Korrekturspiegel 28 ist auch auf diesem optischen Weg positioniert, um so zwischen jeder reflektierenden Fläche 25 und den Spiegeln 31 und 36 zwischengefügt zu sein. Weiterhin ist der optische Sensor 37 auf einem optischen Weg eines reflektierten Lichtstrahls von dem Reflexionsspiegel 36 positioniert, und der zweite, äussere Reflexionsspiegel 33 ist auf einem optischen Weg eines reflektierten Lichtstrahls von dem ersten, äusseren Reflexionsspiegel 31 positioniert. Die fotoempfindliche Trommel 39, getragen drehbar in der vertikalen Abtastrichtung, besitzt eine zylindrische Fläche 39a, die abgetastet werden soll. Die zylindrische Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 ist auf einem optischen Weg eines reflektierenden Lichtstrahls von dem zweiten, äusseren, Reflexionsspiegel 33 positioniert.
Das Detail der Korrekturlinse 28 wird nun beschrieben. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist eine Einfallsfläche 40 der Korrekturlinse 28 durch eine rotationssymmetrisch gekrümmte Fläche gebildet, so dass eine Rotationsachse 41 parallel zu der horizontalen Abtastrichtung an einer Position angeordnet ist, die in der vertikalen Abtastrichtung zu der Mitte des optischen Wegs des horizontalen Abtastlichtstrahls verschoben ist, und dass die Einhüllende eine gekrümmte Linie eine solche einer geraden, höherer Ordnung ist, wogegen eine Austrittsfläche 42 der Korrekturlinse 28 durch eine rotationssymmetrisch gekrümmte Fläche so gebildet ist, dass eine Drehachse 43 senkrecht zu sowohl der horizontalen Abtastrichtung als auch der vertikalen Abtastrichtung an der Mitte des optischen Wegs des horizontalen Abtastlichtstrahls angeordnet ist und dass die Einhüllende eine gekrümmte Linie einer geraden, höherer Ordnung ist.
Noch detaillierter ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 5(a) und 5(b), eine Referenzachse X&sub1; parallel zu der horizontalen Abtastrichtung auf einem Ursprung O&sub1;, verschoben um einen Betrag Δ in der vertikalen Abtastrichtung von einem Mittelpunkt der Einfallsfläche 40 der Korrekturlinse 28, eingestellt, und eine Referenzachse Y&sub1; senkrecht zu sowohl der horizontalen Abtastrichtung als auch der vertikalen Abtastrichtung ist auch auf den Ursprung O&sub1; gelegt. In diesem Fall wird die Form der Einfallsfläche 40 im Querschnitt, vorgenommen in einer Richtung senkrecht zu der vertikalen Abtastrichtung, durch eine gekrümmte Linie achter Ordnung auf der Y&sub1;, O&sub1;, X&sub1; Koordinatenebene gebildet, die eine gekrümmte Linie ist, ausgedrückt durch das folgende Polynom
Y&sub1; = a&sub2;X&sub1;² +α&sub4;X&sub1;&sup4; + α&sub6;X&sub1;&sup6; + α&sub8;X&sub1;8 - e&sub1;
Weiterhin wird eine Referenzachse Y&sub1; senkrecht zu sowohl der horizontalen Abtastrichtung als auch der vertikalen Abtastrichtung auf einen Mittelpunkt O&sub2; der Austrittsfläche 42 der Korrekturlinse 28 gelegt, und eine Referenzachse X&sub2; parallel zu der horizontalen Abtastrichtung wird an einer Position, verschoben um einen Abstand e&sub2; von dem Mittelpunkt O&sub2;, gelegt. In diesem Fall wird die Form der Austrittsfläche 42 im Querschnitt, vorgenommen in einer Richtung senkrecht zu der vertikalen Abtastrichtung, durch eine gekrümmte Linie achter Ordnung, ausgedrückt durch das folgende Polynom, gebildet
Y&sub2; = ß&sub2;X&sub2;² + β&sub4;X&sub2;&sup4; + β&sub6;X&sub2;&sup6; + β&sub8;X&sub2;&sup8; - e&sub2;
In der vorstehenden Struktur wird der Laserstrahl, emittiert von der Halbleiterlaserdiode 7, durch die Kollimatorlinse 10 kollimiert und wird dann durch die zylindrische Linse 14 und die plan-konvexe Linse 15 konvergiert. Der konvergierte Lichtstrahl wird in der horizontalen Abtastrichtung durch die sich drehenden, reflektierenden Flächen 25 des Polygonspiegels 24 abgelenkt. Der horizontale Abtastlichtstrahl wird optisch durch die Korrekturlinse 28 korrigiert und fällt dann auf die zylindrische Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 ein, die sich in der vertikalen Abtastrichtung dreht. Dementsprechend werden die horizontalen Abtastlinien durch die optische Abtastung sequentiell in der vertikalen Abtastrichtung auf der zylindrischen Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 gebildet. Zum Beispiel kann eine Bildformation durch den elektrofotografischen Prozess durch Anordnen einer Aufladungseinrichtung und einer Entwicklungseinrichtung in einer gegenüberliegenden Beziehung zu der zylindrischen Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39, ein optisches Abtasten der zylindrischen Oberfläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39, aufgeladen durch die Aufladungseinrichtung, um ein elektrostatisches, latentes Bild auf der zylindrischen Fläche 39a zu bilden, Entwickeln des elektrostatischen, latenten Bilds mit Toner, zugeführt von der Entwicklungseinrichtung, und Übertragen eines Tonerbilds auf ein Aufzeichnungsmedium, ausgeführt werden. Weiterhin wird der Abtastlichtstrahl von dem Polygonspiegel 24 auf den Reflexionsspiegel 36 reflektiert und wird dann durch den optischen Sensor 37 erfasst, um dadurch die Bildformation durchzuführen, wie dies vorstehend erwähnt ist, entsprechend einer Erfassungszeitabstimmung des optischen Sensors 37.
Wie vorstehend erwähnt ist, wird der ausgehende Lichtstrahl von der Halbleiterlaserdiode 7, der Kollimatorlinse 10, der Zylinderlinse 14 und der plan-konvexen Linse 15 durch den Umkehrspiegel 16 abgelenkt. Deshalb können die optischen Bauelemente, die die Halbleiterlaserdiode 7, die Kollimatorlinse 10, die Zylinderlinse 14 und die plan- konvexe Linse 15 umfassen, in einer Ebene, die die Rotationsachse des Polygonspiegels 24 enthält, und über dem Polygonspiegel 24, angeordnet werden. Dementsprechend kann das optische System in Symmetrie in Bezug auf die Mittenachse des optischen Wegs des horizontalen Abtastlichtstrahls von dem Polygonspiegel 24 ohne Wechselwirkung der Halbleiterlaserdiode 7, usw., mit dem horizontalen Abtastlichtstrahl gebildet werden, um dadurch die Struktur des optischen Systems zu vereinfachen. Dementsprechend kann die Produktivität verbessert werden.
Die optische Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist in der Grösse kompakt, so dass ein Grundbereich des Gehäuses 4 im wesentlichen gleich zu demjenigen des Abtasteinrichtungsmotors 22 ist. Dementsprechend kann die Deformation des Gehäuses 4 aufgrund eines Herstellungsfehlers, einer Alterungsänderung oder einer temperaturabhängigen Expansion/Kontraktion gering gemacht werden. Als Folge können, in der optischen Abtastvorrichtung 1 mit einer hohen Präzision von relativen Positionen der optischen Bauelemente, umfassend die Halbleiterlaserdiode 7, den Polygonspiegel 24 und die Korrekturlinse 28, befestigt an dem Gehäuse 4, die optischen Charakteristika stark verbessert werden.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Basis 2 des Abtasteinrichtungsmotors 22, der drehbar den Polygonspiegel 24 trägt, extern verlängert, und die optischen Bauelemente, umfassend die Halbleiterlaserdiode 7, die Kollimatorlinse 10 und die Korrekturlinse 28, sind in dem einzelnen Gehäuse 4, befestigt auf der Basis 2, montiert. Weiterhin sind der erste und der zweite, externe Reflexionsspiegel 31 und 33 zum Ablenken des optischen Wegs des Lichtstrahls, transmittiert durch die Korrekturlinse 28, zu der zylindrischen Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 hin, auf der äusseren Fläche des Gehäuses 4, ausgestattet mit den optischen Bauelementen, befestigt. Dementsprechend kann, in einem Zustand, bei dem das Gehäuse 4, ausgestattet mit der Licht emittierenden Einheit 5, der Zylinderlinse 14, der plan-konvexen Linse 15, usw., nicht auf der Basis 2 des Abtasteinrichtungsmotors 22 befestigt ist, ein zweidimensionaler Bereichssensor (nicht dargestellt) an der Position der reflektierenden Flächen 25 des Polygonspiegels 24 angeordnet sein, um eine eindimensionale Einstellung der Licht emittierenden Einheit 5 und eine positionsmässige Einstellung der zylindrischen Linse 14 durchzuführen. Weiterhin kann, in einem Zustand, bei dem der äussere Rahmen 29 nicht auf der vorderen Fläche des Gehäuses 4, montiert an der Basis 2 des Abtasteinrichtungsmotors 22, befestigt ist, eine einen Strahldurchmesser evaluierende Vorrichtung (nicht dargestellt) an einer Fokusposition der Korrekturlinse 28 angeordnet sein, um einen Strahldurchmesser des horizontalen Abtastlichtstrahls zu evaluieren, um dadurch die eindimensionale Einstellung der Licht emittierenden Einheit 5 durchzuführen. Dementsprechend kann eine hochpräzise Anordnung der optischen Bauelemente einfach vorgenommen werden, um dadurch die Produktivität zu verbessern.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist der zweite, externe Reflexionsspiegel 33 an den zylindrischen Elementen 34 gehalten, um so in der vertikalen Abtastrichtung drehbar zu sein. Dementsprechend kann, gerade wenn dabei ein Fehler in einer relativen Position zwischen der optischen Abtastvorrichtung 1 und der fotoempfindlichen Trommel 39, installiert in einer elektrofotografischen Vorrichtung, aufgrund eines Herstellungsfehlers, einer Alterungsänderung, usw., hervorgerufen wird, der zweite, äussere Reflexionsspiegel 33 in einer Position so eingestellt werden, um dadurch geeignet den horizontalen Abtastlichtstrahl von der optischen Abtastvorrichtung 1 zu der zylindrischen Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 hin zu richten. Dementsprechend kann das optische System geeignet durch einen einfachen Vorgang ohne das Erfordernis einer Einstellung der relativen Position zwischen der optischen Abtastvorrichtung 1, die in der Grösse gross ist und schwierig zu bewegen ist, und der fotoempfindlichen Trommel 39 eingestellt werden. Demzufolge kann die vorstehende Einstellstruktur bei der Verbesserung in der Druckqualität und der Produktivität der elektrofotografischen Vorrichtung beitragen.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Mitte der Einfallsfläche 40 oder Korrekturlinse 28 um den Betrag, in der vertikalen Abtastrichtung versetzt, um dadurch eine Deformation einer Punktform aufgrund von Koma der Korrekturlinse 28 der eines Einflusses, wie zum Beispiel Streulicht aufgrund einer inneren Reflexion in der Korrekturlinse 28, zu unterdrücken, um dadurch eine Bildqualität zu verbessern. Tatsächlich wurde eine Simulation durch Einstellen konkreter Parameter vorgenommen, um verschiedene optische Charakteristika zu bestimmen, und gute Ergebnisse wurden bestätigt.
Die optischen Charakteristika von Streulicht, das von der Austrittsfläche 42 der Korrekturlinse 28 nach einer doppelten, inneren Reflexion in der Korrekturlinse 28 ausgeht, wurde geprüft, um zu bestätigen, dass eine Verschiebung des Streulichts in der vertikalen Abtastrichtung grösser war als diejenige des ursprünglichen Abtastlichts. Mit anderen Worten kann das Streulicht, wie es vorstehend erwähnt ist, von der Korrekturlinse 28 zu einer Position austreten, die in der vertikalen Abtastrichtung stärker versetzt ist als das originale Abtastlicht, und deshalb kann der Eintritt von Streulicht zu der fotoempfindlichen Trommel 39 in grossem Umfang einfach verhindert werden. Demzufolge kann eine Rauschkomponente aufgrund des Streulichts reduziert werden, was zu der Verbesserung der Bildqualität beiträgt.
Ein Einstellverfahren für das optische System anhand eines Beispiels wird nun in Bezug auf einen Prozess zum Konstruieren der optischen Abtastvorrichtung 1 beschrieben. Die Licht emittierende Einheit 5 wird zuerst temporär durch Fixieren der Halbleiterlaserdiode 7, befestigt auf dem Substrat 6 an der Metallwärmesenke 8, Fixieren der Kollimatorlinse 10 an der Kollimatortrommel 9, und gleitbares Befestigen der Wärmesenke 8 an der Kollimatortrommel 9 aufgebaut. Dann werden die Kollimatorlinse 10 und die Halbleiterlaserdiode 7 der Licht emittierenden Einheit 5 unter Verwendung eines Autokollimators (nicht dargestellt) vorgenommen und danach werden die Kollimatortrommel 9 und die Wärmesenke 8 aneinander durch Bonden oder dergleichen fixiert, um so den Aufbau der Licht emittierenden Einheit 5 abzuschliessen.
Als nächstes wird die Licht emittierende Einheit 5 temporär gleitend an dem Gehäuse 4 befestigt und der innere Rahmen 13, zuvor ausgestattet mit der zylindrischen Linse 14, der plan-konvexen Linse 15 und des Umkehrspiegels 16, wird an dem Gehäuse 4 mittels der Schrauben 18 befestigt. In diesem Zustand ist der zweidimensionale Bereichssensor an der Position der reflektierenden Flächen 25 des Polygonspiegels 24 angeordnet, um allgemein die eindimensionale Einstellung der Licht emittierenden Einheit 5 und die positionsmässige Einstellung der Zylinderlinse 14 in der vertikalen Abtastrichtung auszuführen.
Nach Beenden der vorstehenden Einstellungen wird der zweidimensionale Bereichssensor von dem Gehäuse 4 entfernt und das Gehäuse 4 wird durch die Schrauben 3 an der Basis 2, zuvor ausgestattet mit dem Polygonspiegel 24 und dem Abtasteinrichtungsmotor 22, fixiert. Dann wird die Korrekturlinse 28 an dem Gehäuse 4 mittels der Schrauben 27 gesichert. Zu diesem Zeitpunkt ist der äussere Rahmen 29 noch nicht auf der vorderen Fläche des Gehäuses 4 montiert. Dementsprechend ist die den Strahldurchmesser evaluierende Vorrichtung an der Fokusposition der Korrekturlinse 28 angeordnet, um den Strahldurchmesser zu evaluieren und hoch akkurat die eindimensionale Einstellung der Licht emittierenden Einheit 5 auszuführen.
Als nächstes wird die Licht emittierende Einheit 5, die so der hochpräzisen, eindimensionalen Einstellung unterworfen ist, an dem Gehäuse 4 fixiert, und der äussere Rahmen 29, zuvor ausgestattet mit dem ersten und dem zweiten, äusseren Reflexionsspiegel 31 und 33, wird an dem Gehäuse 4 mittels der Schrauben 38 fixiert. In diesem Zustand ist der Reflexionsspiegel 36, temporär befestigt an dem äusseren Rahmen 29, in einem Winkel eingestellt, um den optischen Weg eines Einfallslichtstrahls zu dem optischen Sensor 37 einzustellen. Danach wird der Reflexionsspiegel 36 an dem äusseren Rahmen 29 durch Anbonden oder dergleichen fixiert.
Die optische Abtastvorrichtung 1, die so aufgebaut ist, wird an einem Körper (nicht dargestellt) der elektrofotografischen Vorrichtung befestigt. In diesem Zustand werden die zylindrischen Elemente 34 durch den flachen Schraubenzieher gedreht, um den Winkel des zweiten, äusseren Reflexionsspiegels 33 so einzustellen, dass der Abtastlichtstrahl, reflektiert auf dem zweiten, äusseren Reflexionsspiegel 33, zu einer gegebenen Position auf der zylindrischen Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 gerichtet wird. Danach werden die zylindrischen Elemente 34 an dem äusseren Rahmen 29 durch Anbonden oder dergleichen fixiert.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Korrekturlinse 28, die die optischen Charakteristika besitzt, wie sie vorstehend erwähnt sind, nahe dem Polygonspiegel 24 angeordnet. Dementsprechend kann die Länge der Korrekturlinse 28 in der horizontalen Abtastrichtung reduziert werden, um dadurch zu einer Reduktion in der Grösse und dem Gewicht der Vorrichtung insgesamt beizutragen.
In der optischen Abtastvorrichtung 1 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Abtastlichtstrahl, transmittiert durch die Korrekturlinse 28, zu der fotoempfindlichen Trommel 39 durch den ersten und den zweiten, äusseren Reflexionsspiegel 31 und 33 abgelenkt. Allerdings kann der Abtastlichtstrahl, transmittiert durch die Korrekturlinse 28, zu der fotoempfindlichen Trommel 39 durch einen einzelnen, äusseren Reflexionsspiegel (nicht dargestellt) abgelenkt werden.
Eine zweite, bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 13 beschrieben. Dieselben Teile wie diejenigen in der ersten, bevorzugten Ausführungsform werden mit denselben Namen und denselben Bezugszeichen bezeichnet, und die Erläuterung davon wird weggelassen werden. Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, besitzt eine optische Abtastvorrichtung 44 gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform eine spezifische Struktur so, dass die Zylinderlinse 14 an einer Zylinderlinsenplatte 45 als ein Linsentragemechanismus fixiert ist, und dass die Zylinderlinsenplatte 45 gleitend auf dem inneren Rahmen 13 befestigt und daran nach einer positionsmässigen Einstellung der Zylinderlinsenplatte 45 fixiert ist. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist die Zylinderlinsenplatte 45 mit einem einen rechtwinkligen Strahl formenden Loch 46 als eine Öffnung zur Formung eines Laserstrahls ausgebildet. Das Gehäuse 4 ist an seinem oberen Bereich mit einem rechtwinkligen Durchgangsloch 47 ausgebildet, das sich zu der oberen Seite der Zylinderlinsenplatte 45 öffnet, um so eine Feineinstellung der Position der Zylinderlinsenplatte 45 zu ermöglichen. Wie vorstehend erwähnt ist, ist es, um die Korrektur einer Kippung des Polygonspiegels 24 zu realisieren, es notwendig, den Laserstrahl in der vertikalen Abtastrichtung auf den reflektierenden Flächen 25 des Polygonspiegels 24 unter Verwendung der zylindrischen Linse 14 abzubilden. Allerdings wird die Abbildung auf den reflektierenden Flächen 25 durch eine Komponentendifferenz im Astigmatismus der Halbleiterlaserdiode 7, der optischen Charakteristika der Kollimatorlinse 10, usw., behindert. In dem Fall, bei dem ein optischer Fehler aufgrund einer solchen Bauelementendifferenz hervorgerufen wird, wird die Zylinderlinsenplatte 45, an der die Zylinderlinse 14 fixiert ist, in der vertikalen Abtastrichtung auf einer Ebene senkrecht zu deren optischen Achse verschoben, um dadurch die positionsmässige Einstellung der Zylinderlinse 14 zu bewirken. Das bedeutet, dass die Zylinderlinse 14 vertikal bewegt wird, um eine Position eines Eintritts des Laserstrahls auf die Einfallsfläche der Korrekturlinse 28 zu ändern, um dadurch eine Fokusposition in der vertikalen Abtastrichtung aufgrund einer sphärischen Aberration zu ändern.
Die Zylinderlinsenplatte 45, die die positionsmäßige Einstellung der Zylinderlinse 14 ermöglicht, besitzt eine einfache, plattenähnliche Form, und die flache Austrittsfläche der zylindrischen Linse 14 ist an einer Fläche der Platte 45 fixiert. Demzufolge ist die Zylinderlinsenplatte 45 mit der Zylinderlinse 14 einfach in der Struktur, um zu der Verbesserung in der Produktivität der optischen Abtastvorrichtung 44 beizutragen. Weiter- · hin ist die Zylinderlinsenplatte 45 allgemein flach und die Richtung der flachen Fläche der Platte 45 ist dieselbe wie die Richtung eines Gleitens der Platte 45. Dementsprechend ist ein Bereich des inneren Rahmens 13, auf dem die Platte 45 gleitet, nicht dahingehend erforderlich, daß sie in der Richtung der optischen Achse der Zylinderlinse 14 verlängert ist. Dementsprechend können die optischen Bauelemente, die die plankonvexe Linse 15 und den Umkehrspiegel 16 umfassen, nahe der Zylinderlinse 14 in der Richtung der optischen Achse angeordnet werden, um dadurch zu einer Verringerung in der Größe und dem Gewicht der optischen Abtastvorrichtung 44 beizutragen. In der optischen Abtastvorrichtung 44 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Zylinderlinse 14 für eine Abbildung des Laserstrahls auf den reflektierenden Flächen 25 des Polygonspiegels 24 in der vertikalen Abtastrichtung geglitten. Dementsprechend ist dort eine Möglichkeit vorhanden, daß der optische Weg des Lichtstrahls, transmittiert durch die Zylinderlinse 14, in der vertikalen Abtastrichtung durch die Gleitbewegung verschoben werden kann. Allerdings kann, da der zweite, äußere Reflexionsspiegel 33 für ein abschließendes Ablenken des abtastenden Lichtstrahls zu der fotoempfindlichen Trommel 39 hin drehbar in der vertikalen Abtastrichtung ist, die Verschiebung des optischen Wegs in der vertikalen Abtastrichtung aufgrund der Gleitbewegung der Zylinderlinse 14 leicht durch Drehen des zweiten, äußeren Reflexionsspiegels 33 korrigiert werden.
Ein Positionseinstellverfahren für die Zylinderlinse 14 wird nun anhand eines Beispiels in Bezug auf einen Teil eines Vorgangs zum Konstruieren der optischen Abtastvorrichtung 44 beschrieben. Zuerst wird die Licht emittierende Einheit 5, die zuvor aufgebaut ist, temporär gleitbar an dem Gehäuse 4 befestigt, und der innere Rahmen 13, zuvor mit der plan-konvexen Linse 15 und dem Umkehrspiegel 16 ausgestattet, an dem Gehäuse 4 mittels der Schrauben 18 gesichert. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, wird die Zylinderlinsenplatte 45, an der die Zylinderlinse 14 zuvor fixiert ist, in eine Vertiefung 48, gebildet an dem inneren Rahmen 13, eingepaßt befestigt. Dann werden Vorsprünge 49, gebildet an dem inneren Rahmen 13, erwärmt, um durch ein Löteisen oder dergleichen geschmolzen zu werden, um die gegenüberliegenden Seitenkanten der Zylinderlinsenplatte 45 zu halten. Nach einem Kühlen der geschmolzenen Vorsprünge 49 des inneren Rahmens 13 wird die Zylinderlinsenplatte 45 innerhalb der Vertiefung 48 in der vertikalen Abtastrichtung gleitbar, da sie durch die Vorsprünge 49 gehalten ist. In diesem Zustand wird ein Gestell 50 von dem Durchgangsloch 47 des Gehäuses 4 eingesetzt, um die Position der Zylinderlinsenplatte 45 einzustellen, das bedeutet die Position der Zylinderlinse 14.
In der optischen Abtastvorrichtung 44 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Breite der Vertiefung 48 des inneren Rahmens 13 im wesentlichen gleich zu der Breite der Zylinderlinsenplatte 45 eingestellt, um dadurch eine Drehung der Zylinderlinsenplatte 45 während der Gleitbewegung zu verhindern. Die Zylinderlinsenplatte 45, die so gleitbar ist, aber nicht drehbar ist, ist an deren oberem Bereich mit einem einzelnen Loch 52 ausgebildet, das so angepaßt ist, um in einem einzelnen Vorsprung 51 des Gestells 50 einzugreifen.
Beim Durchführen der positionsmäßigen Einstellung der Zylinderlinse 14 ist ein zweidimensionaler Bereichssensor (nicht dargestellt) an der Position der reflektierenden Flächen 25 des Polygonspiegels 24 angeordnet, und dieser Sensor wird dazu verwendet, die Position der Zylinderlinse 14 in der vertikalen Abtastrichtung mit dem Gestell 50 einzustellen.
Nach Abschluß der positionsmäßigen Einstellung der Zylinderlinse 14 wird die Zylinderlinsenplatte 45 an dem inneren Rahmen 13 durch Anbonden oder dergleichen fixiert. Weiterhin wird auch eine allgemeine eindimensionale Einstellung für die Licht emittierende Einheit 5 unter Verwendung des zweidimensionalen Bereichssensors ausgeführt. Nach Beendigung dieser Einstellungen ist die optische Abtastvorrichtung 44 aufgebaut und wird dann in eine elektrofotografische Vorrichtung in derselben Art und Weise wie diejenige, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform erwähnt ist, installiert. Es werden nun Designdaten der optischen Abtastvorrichtung 44, die tatsächlich ausgelegt ist, und optische Charakteristika, die gleichzeitig entsprechend den Designdaten erfaßt sind, angegeben. Die allgemeinen Designdaten der optischen Abtastvorrichtung 44 wurden wie folgt eingestellt:
effektive Abtastlänge: 220 (mm)
verwendete Wellenlänge: 780 (mm)
optische Weglänge von der Mitte der Drehung des Polygonspiegels 24 zu der zylindrischen Fläche 39a der fotoempfindlichen Trommel 39 : 173,53 (mm)
Die Designdaten des Polygonspiegels 24 waren wie folgt eingestellt:
Radius des Inkreises: 14,0 (mm)
Form jeder Reflexionsfläche: elliptische, zylindrische Fläche mit deren Hauptachse parallel zu der horizontalen Abtastrichtung;
Länge der grossen Achse: 91,0 (mm)
Länge der kleinen Aachse: 68,838 (mm)
Die Designdaten der Korrekturlinse 28 wurden wie folgt eingestellt:
Brechungsindex: 1,48609
Dicke in der Mitte: 5,0 (mm)
Abstand zwischen dem Peak der Einfallsfläche 40 und der Rotationsmitte des Polygonspiegels 24 : 38,2 (mm)
Verschiebung Δ: 1,434 (mm)
Mittenradius: 12,137 (mm)
Koeffizient zweiter Ordnung α&sub2; der Einfallsfläche 40: 7,361 · 10&supmin;³
Koeffizient vierter Ordnung α&sub4; der Einfallsfläche 40: 6,732 · 10&supmin;&sup7;
Koeffizient sechster Ordnung α&sub6; der Einfallsfläche 40: -6,848 · 10&supmin;¹&sup0;
Koeffizient achter Ordnung α&sub8; der Einfallsfläche 40: 4,383 · 10&supmin;¹³
Koeffizient zweiter Ordnung ß&sub2; der Austrittsfläche 42: 8,121 · 10&supmin;³
Koeffizient vierter Ordnung ß&sub4; der Austrittsfläche 42: 1,410 · 10&supmin;&sup6;
Koeffizient sechster Ordnung ß&sub6; der Austrittsfläche 42: -4,243 · 10&supmin;¹&sup0;
Koeffizient achter Ordnung ß&sub8; der Austrittsfläche 42: 4,044 · 10&supmin;¹&sup4;
Die Designdaten der plan-konvexen Linse 15 waren wie folgt eingestellt:
Dicke der Mitte: 2,0 (mm)
Brechungsindex: 1,5115
Einfallsfläche: R 38,1 (mm)
Austrittsfläche: eben
Abstand zwischen der prinzipiellen Ebene der Linse 15 und dem Ablenkungspunkt des Polygonspiegels 24: 30 (mm)
Die Designdaten der Zylinderlinse 14 wurden wie folgt eingestellt:
Dicke der Mitte: 2,0 (mm)
Brechungsindex: 1,5115
Einfallsfläche: R 27,5 (mm)
Austrittsfläche: eben
Abstand zwischen der prinzipiellen Ebene der Linse 15 und der prinzipiellen Ebene der plan-konvexen Linse 15: 4,2 (mm)
In der optischen Abtastvorrichtung 44, die so ausgelegt ist, wie dies vorstehend angegeben ist, ergibt sich der sehr kurze Abstand 4,2 (mm) zwischen der plan-konvexen Linse 15 und der Zylinderlinse 14 aus der Struktur, daß die Zylinderlinsenplatte 45, die die Verschiebung der Zylinderlinse 14 in der vertikalen Abtastrichtung ermöglicht, in der Richtung der optischen Achse der Zylinderlinse 14 abgeflacht ist.
Als die optischen Charakteristika, erfaßt in einer Simulation gemäß den Designdaten der optischen Abtastvorrichtung 44, die so aufgebaut ist, wie dies vorstehend angegeben ist, werden nun charakteristische Kurven von Bildebenenbiegungen in der horizontalen Abtastrichtung und der vertikalen Abtastrichtung in den Fig. 9(a) bis 13(b) dargestellt.
In den charakteristischen Grafiken, dargestellt in den Fig. 9(a) bis 13(b), sind die Bildebenenbiegungen in der horizontalen Abtastrichtung in verschiedenen Zuständen in den Fig. 9(a), 10(a), 11(a), 12(a) und 13(a) dargestellt, wogegen die Bildebenenbiegungen in der vertikalen Abtastrichtung in verschiedenen Zuständen in den Fig. 9(b), 10(b), 11(b), 12(b) und 13(b) dargestellt sind. In jeder charakteristischen Grafik stellt die Ordinatenachse einen Abstand zwischen der Abtastmitte auf der Fläche, die abgetastet werden soll, dar, und das Maximum beträgt 110 (mm) entsprechend der Hälfte einer effektiven Abtastlänge einer A4-dimensionierten Fläche, wogegen die Abszissen-Achse einen Betrag eines Austretens der Bildebenenbiegung darstellt, wogegen die negative Richtung einer Richtung einer Annäherung zu der Korrekturlinse 28 hin entspricht. Weiterhin stellt in jeder charakteristischen Grafik die durchgezogene Linie die Bildebenenbiegung in sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Abtastrichtung dar, wogegen die unterbrochene Linie das Ergebnis einer Evaluierung der Bildebene durch differentielle Strahlen von Licht in der umgekehrten Richtung darstellt. Demzufolge wurden die Bildebenenbiegungen simultan entsprechend den Designdaten der optischen Abtastvorrichtung 44, die so ausgelegt ist, wie dies vorstehend angegeben ist, erfaßt. Wie in Fig. 9(a) dargestellt ist, betrug der maximale Wert der Bildebenenbiegung in der horizontalen Abtastrichtung 1,8 (mm), und, wie in Fig. 9(b) dargestellt ist, betrug der maximale Wert der Bildebenenbiegung in der vertikalen Abtastrichtung ungefähr 0,8 (mm). Demzufolge wurde befunden, daß die optischen Charakteristika sehr gut sind.
In dem Zustand, wo die Korrekturlinse 28 um 0,1 (mm) in der vertikalen Abtastrichtung verschoben wurde, wurden die Bildebenenbiegungen ähnlich erfaßt. Wie in Fig. 10(a) dargestellt ist, war eine Änderung in der Bildebenenbiegung der horizontalen Abtastrichtung von dem Wert, dargestellt in Fig. 9(a), sehr gering, allerdings betrug, wie in Fig. 10(b) dargestellt ist, die Änderung in der vertikalen Abtastrichtung 3,1 (mm) für die durchgezogene Linie und 5,0 (mm) für die unterbrochene Linie. Dieses Ergebnis zeigt, daß die Bildebenenbiegung in der vertikalen Abtastrichtung stark beim Bilden horizontaler Abtastlinien mit der optischen Abtastvorrichtung 44 auftritt.
In dem Zustand, wo die Korrekturlinse 28 so verschoben wurde, wie dies vorstehend erwähnt ist, und die Zylinderlinse 14 um 0,1 (mm) in der vertikalen Abtastrichtung verschoben wurde, wurden die Bildebenenbiegungen ähnlich erfaßt. Wie in Fig. 11(a) und 11(b) dargestellt ist, wurde befunden, daß die Ergebnisse, die sich solchen annähern, die in den Fig. 9(a) und 9(b) dargestellt sind, in sowohl der horizontalen Abtastrichtung als auch der vertikalen Abtastrichtung erhalten werden. Diese Ergebnisse zeigen, daß die optische Aberration aufgrund eines Befestigungsfehlers oder dergleichen der Korrekturlinse 28 durch die positionsmäßige Einstellung der Zylinderlinse 14 korrigiert werden kann.
In dem Zustand, bei dem die Kippung der Reflexionsflächen 25 des Polygonspiegels 24 um einen Winkel von 0,1º auftrat, wurden die Bildebenenbiegungen ähnlich erfaßt. Wie in Fig. 12(a) dargestellt ist, war eine Änderung in der Bildebenenbiegung in der horizontalen Abtastrichtung von dem Wert, dargestellt in Fig. 9(a), sehr gering, allerdings war, wie in Fig. 12(b) dargestellt ist, die Änderung in der vertikalen Abtastrichtung groß. In dem Zustand, bei dem die Kippung der Reflexionsflächen 25 so auftrat, wie dies vorstehend erwähnt ist, und die Zylinderlinse 14 um 0,1 (mm) in der vertikalen Abtastrichtung verschoben war, wurden die Bildebenenbiegungen ähnlich erfaßt. Wie in Fig. 13(a) und 13(b) dargestellt ist, wurde herausgefunden, daß die Ergebnisse, die sich denjenigen annähern, die in den Fig. 9(a) und 9(b) dargestellt sind, erhalten werden. Diese Ergebnisse zeigen, daß die optische Aberration aufgrund der Kippung der Reflexionsflächen 25 des Polygonspiegels 24 auch durch die positionsmäßige Einstellung der Zylinderlinse 14 korrigiert werden können.
In der optischen Abtastvorrichtung 44 gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird, wie in Fig. 8 dargestellt ist, die Breite der Zylinderlinsenplatte 45 im wesentlichen gleich zu der Breite der Vertiefung 48 des inneren Rahmens 13 eingestellt, um eine Drehung der Zylinderlinse 14 während der Gleitbewegung davon zu verhindern, und das Einzelloch 52, angepaßt so, um in den einzelnen Vorsprung 51 des Gestells 50 einzugreifen, ist an dem oberen Bereich der Zylinderlinsenplatte 45 gebildet. Diese Struktur ist erläuternd und eine Modifikation, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist, kann vorgenommen werden. In dieser Modifikation wird die Breite einer Zylinderlinsenplatte 53 kleiner eingestellt als die Breite der Vertiefung 48 des inneren Rahmens 13, um eine leichte Drehung der Zylinderlinse 14 ebenso wie eine Gleitbewegung davon zu ermöglichen, und zwei Löcher 56, angepaßt so, um in die zwei Vorsprünge 55 eines Gestells 54 einzugreifen, sind an dem oberen Bereich der Zylinderlinsenplatte 53 gebildet. Mit dieser Struktur kann, beim Gleiten der Zylinderlinse 14 in der vertikalen Abtastrichtung, um die Position davon einzustellen, ein Rotationswinkel der Zylinderlinse 14 um deren optische Achse auch gleichzeitig eingestellt werden, um dadurch eine bessere, optische Charakteristik zu erhalten. In einem solchen Fall kann die Vertiefung 48 des inneren Rahmens 13 weggelassen werden.
Weiterhin kann, in der optischen Abtastvorrichtung 44, bei der die Zylinderlinsenplatte 45, an der die Zylinderlinse 14 zuvor fixiert ist, eng in die Vertiefung 48 des inneren Rahmens 13 eingepaßt befestigt und so angepaßt ist, um darin gleitend zu sein, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist, der Rotationswinkel der Zylinderlinse 14 und deren optische Achse zuvor beim Fixieren der Zylinderlinse 14 an der Zylinderlinsenplatte 45 eingestellt werden.
Es sollte angemerkt werden, daß die Ausdrücke, die sich auf eine Richtung beziehen, wie beispielsweise "über" und "unter", wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet sind, nur zur Vereinfachung der Erläuterung definiert sind und nicht dazu vorgesehen sind, die Stelle und die Richtung der Vorrichtung in der tatsächlichen Verwendung einzuschränken.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung, die einen von einer Halbleiterlaserdiode (7) emittierten Laserstrahl durch eine Kollimatorlinse (10), eine Bilderzeugungslinse (15) und eine zylindrische Linse (14) auf eine Vielzahl reflektierender Flächen (25) eines drehbaren Polygonspiegels (24) richtet, der von einem Antriebsmotor (22) drehbar getragen wird und eine abzutastende Fläche, die in einer vertikalen Abtastrichtung bewegt werden kann, mit dem an den reflektierenden Flächen (25) des Polygonspiegels reflektierten und durch eine Korrekturlinse (28) hindurchgelassenen Laserstrahl abtastet, dadurch gekennzeichnet, dass:

die Halbleiterlaserdiode (7) einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in einer Ebene befindet, die eine Drehachse des Polygonspiegels (24) einschließt, und sich die Halbleiterlaserdiode (7) über der Oberseite des Polygonspiegels befindet;

die Kollimatorlinse (10) einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet, und sich die Kollimatorlinse über der Oberseite des Polygonspiegels befindet;

die zylindrische Linse (14) einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet, und sich die zylindrische Linse über der Oberseite des Polygonspiegels befindet; und

die Korrekturlinse (28) einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet; und dadurch, dass:

die Vorrichtung des Weiteren einen Umkehrspiegel (16), der einen optischen Mittelpunkt hat, der sich in der Ebene befindet, und der den aus der zylindrischen Linse austretenden Laserstrahl ablenkt und den abgelenkten Laserstrahl auf die reflektierenden Flächen des Polygonspiegels richtet, einen Untersatz (2), der den Antriebsmotor trägt, und ein Gehäuse (4) umfasst, das an dem Untersatz angebracht ist und eine Grundfläche hat, die im Wesentlichen der des Antriebsmotors entspricht, wobei die Halbleiterlaserdiode (7), die Kollimatorlinse (10), die zylindrische Linse (14), der Umkehrspiegel (16), der Polygonspiegel und die Korrekturlinse (26) sämtlich in dem Gehäuse angebracht sind.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren gekennzeichnet durch:

wenigstens einen äußeren reflektierenden Spiegel (31, 33), der einen Lichtweg des Laserstrahls, der durch die Korrekturlinse hindurchgelassen wird, zu der abzutastenden Fläche hin ablenkt; und

einen äußeren Rahmen (29), der an einer Außenfläche des Gehäuses angebracht ist, wobei der externe reflektierende Spiegel an dem äußeren Rahmen angebracht ist.

3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, des Weiteren gekennzeichnet durch einen Spiegeleinstellmechanismus (32, 34), der an dem äußeren Rahmen vorhanden ist, um den äußeren reflektierenden Spiegel direkt gegenüber der abzutastenden Fläche verschiebbar zu tragen und den äußeren reflektierenden Spiegel zu positionieren.

4. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, des Weiteren gekennzeichnet durch:

einen optischen Sensor (37), der an dem äußeren Rahmen vorhanden ist, um eine Schreibposition zu erfassen; und

einen reflektierenden Spiegel (36), der an dem äußeren Rahmen vorhanden ist und sich auf dem Lichtweg des Laserstrahls, der durch die Korrekturlinse hindurchgelassen wird, befindet, um den hindurchgelassenen Laserstrahl auf ein optisches Erfassungselement des optischen Sensors zu abzulenken.

5. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren gekennzeichnet durch einen Linsentragemechanismus (45), der die zylindrische Linse beweglich in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Achse der zylindrischen Linse trägt und die zylindrische Linse positioniert.

6. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Linse (14) in der vertikalen Abtastrichtung bewegt werden kann.

7. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die zylindrische Linse (14) um die optische Achse herum gedreht werden kann.

8. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das Gehäuse (4) eine Durchgangsöffnung (47) aufweist, die zu dem Linsentragemechanismus hin freiliegt.

9. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, die des Weiteren einen inneren Rahmen (13) umfasst, der an einer Innenfläche des Gehäuses angebracht ist, wobei die Bilderzeugungslinse, die zylindrische Linse und der Umkehrspiegel sämtlich an dem inneren Rahmen angebracht sind.

10. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der innere Rahmen eine Blende zum Formen des Laserstrahls aufweist, der aus der zylindrischen Linse austritt.

11. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 9, die des Weiteren eine Lichtemissionseinheit umfasst, die an dem Gehäuse angebracht ist, wobei sowohl die Halbleiterlaserdiode als auch die Kollimatorlinse so in der Lichtemissionseinheit angebracht sind, dass Zentrieren des Laserstrahls möglich ist.