DE69518875T2

DE69518875T2 - 2-Linsiges Zoom-System zur Abstandskorrektur von Lichtstrahlen

Info

Publication number: DE69518875T2
Application number: DE69518875T
Authority: DE
Inventors: Patrick Y. Maeda
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2015-06-07
Also published as: DE69518875D1; EP0686862B1; EP0686862A1; US5469290A; JPH07333536A; JP3513724B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Rasterausgabeabtasteinrichtung mit einer Mehrstrahl-Laserdiode und insbesondere auf eine Rasterausgabeabtasteinrichtung mit Einrichtungen, um die Laserdiodenstrahltrennung zu steuern.
In Fig. 1 ist eine sagittale Ansicht einer herkömmlichen Mehrstrahl- Rasterausgabeabtasteinrichtung 10 dargestellt, die eine Mehrkanallaserdiode 12, eine kollimierende Linse 14, eine Fleckgrößen-Einstellapertur 16, Vorpolygonoptiken 18 und einen Abtastpolygonspiegel 20, eine Nachpolygonoptik 22 und eine Fotorezeptorebene 24 verwendet. Die kollimierende Linse 14 nimmt verschiedene Strahlen 26 von unterschiedlichen Kanälen der Laserdioden 12 auf. Die kollimierten Lichtstrahlen, die von der kollimierenden Linse 14 austreten, beginnen damit, jeweils zueinander zu konvergieren, und sie kreuzen alle einander an der Mitte der Apertur 16.
Die Fleckgrößeneinstellapertur 16 wird zum Begrenzen des Lichts verwendet. Nach Hindurchführen durch die Fleckgrößeneinstellapertur 16 beginnen die kollimierten Strahlen 26, die sich an der Mitte der Apertur 28 kreuzen, damit, zueinander zu divergieren. Die Vorpolygonoptiken 18 fokussieren jeden Strahl 26 individuell in der sagittalen oder Querabtastebene auf einen Fleck an einem Punkt nahe einer Facette eines sich drehenden Polygonspiegels 20, während in der Schnellabtastebene der Lichtstrahl kollimiert verbleibt, wenn der Strahl auf die Facette des sich drehenden Polygonspiegels auftrifft. Der sich drehende Polygonspiegel 20 bewirkt, daß die reflektierten Lichtstrahlen um eine Achse nahe des Reflexionspunkts des sich drehenden Polygonspiegels drehen. Zum Zweck der Vereinfachung ist der sich drehende Polygonspiegel als eine Linie 20 dargestellt und der reflektierte Lichtstrahl von dem sich drehenden Polygonspiegel 20 ist aufgefaltet. Die Nachpolygonoptiken bilden die reflektierten Lichtstrahlen auf die Fotorezeptorebene 24 ab. Die reflektierten Lichtstrahlen können dazu verwendet werden, ein Dokument an dem Eingabeende eines Abbildungssystems als eine Rastereingabeabtasteinrichtung abzutasten oder können dazu verwendet werden, auf ein fotoempfindliches Medium aufzutreffen, wie beispielsweise eine xerografische Trommel (Fotorezeptor), in dem Ausgabemodus als eine Rasterausgabeabtasteinrichtung. An der Fotorezeptorebene 24 ist ein Abstand 30 zwi schen den Mitten benachbarter Flecke vorhanden, der nachfolgend als "Fleckseparation" bezeichnet wird.
In Mehrstrahl-Abtastsystemen ist die Fleckseparation 30 ein wichtiges Element. Eine simultane Abtastung mehrerer Flecke erfordert eine Auswahl einer präzisen Fleckseparation an der Fotorezeptorebene. Allerdings ist die Fleckseparation für Herstellfehler und die Herstelltoleranzen der Mehrstrahllichtquellenbeabstandung, der Vorpolygonoptiken, der Nachpolygonoptiken, einer optomechanischen Aufnahme, usw., empfindlich. Die Herstellfehler oder die Herstelltoleranzen jedes individuellen Elements oder der Kombination der Elemente wird einen Fehler in der Fleckseparation verursachen.
Typischerweise ist in herkömmlichen Abtastsystemen irgendeine Einstellung, die dazu vorgenommen ist, die Fleckseparationsfehler zu kompensieren, nicht zufriedenstellend, da, während die Einstellung die Fleckseparation korrigiert, sie auch bewirkt, daß die Flekke außerhalb des Fokus laufen.
Eine andere Maßnahme um die Fleckseparationsfehler zu korrigieren, ist diejenige, die Toleranzen der verschiedenen Komponenten zu verringern, die zu den Fleckseparationsfehlern beitragen. Allerdings ist diese Ressource kostenhindernd und nicht praktikabel. Diese Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sind in Kombination aus der US 4,474,422 A bekannt.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine optische Einrichtung zu schaffen, um die Fleckseparationsfehler zu korrigieren, die durch Herstelltoleranzen optischer Elemente der Rasterabtasteinrichtung, in der Querabtastebene, verursacht sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fleckseparationsfehlerkorrektursystem zwischen einem Kollimator und einem Polygon eines Laserdioden-Rasterabtasteinrichtungs- Optiksystems positioniert. Das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem, das zwei axial einstellbare Linsen besitzt, schafft ein Einstellsystem, das die Vergrößerung des gesamten Systems ändert, ohne die Abbildungsebene zu ändern. Dies wird bewirken, daß sich die Fleckseparation auf dem sich drehenden Polygonspiegel ändern wird, während die Flecke in dem Fokus auf dem Polygonspiegel verbleiben. Die Fleckseparations-Änderung auf dem Polygonspiegel ändert auch die Fleckseparation auf dem Fotorezeptor, und da sich die Flecke auf dem sich drehenden Polygonspiegel im Fokus befinden, verbleiben die Flecke auf der Fotorezeptorebene auch im Fokus.
Ein Rasterabtastsystem gemäß der Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 stellt eine Rasterausgabeabtasteinrichtung nach dem Stand der Technik dar;
Fig. 2 stellt eine Rasterausgabeabtasteinrichtung dieser Erfindung mit einem Fleckseparationsfehlerkorrektursystem dar;
Fig. 3 stellt den Fleckseparationsfehlerkorrekturblock der Fig. 2 dar, der für eine erhöhte Vergrößerung eingestellt ist;
Fig. 4 stellt den Fleckseparationsfehlerkorrektblock der Fig. 2 dar, der für eine verringerte Vergrößerung eingestellt ist;
Fig. 5 stellt den Fleckseparationsfehlerkorrekturblock der Fig. 2 mit einer Zerstreuungslinse, gefolgt durch eine Sammellinse, dar;
Fig. 6 stellt den Fleckseparationsfehlerkorrekturblock der Fig. 2 mit einer Sammellinse, gefolgt durch eine Zerstreuungslinse, dar; und
Fig. 7 stellt den Fleckseparationsfehlerkorrekturblock der Fig. 2 mit zwei Sammellinsen dar.
Es wird nun Bezug auf Fig. 2 genommen, wo ein optisches Rasterabtastsystem 50 dieser Erfindung offenbart ist. In dieser Erfindung sind die Vorpolygonoptiken 18 der Fig. 1 durch das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem 52 ersetzt.
Eine Mehrkanal-Laserdiode 12 emittiert mehrere Lichtstrahlen auf die kollimierende Linse 14 und die kollimierende Linse kollimiert die Lichtstrahlen und schickt sie zu einem sich drehenden Polygonspiegel 20 durch eine Kontrollapertur 16 und das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem 52 jeweils. Wiederum ist in Fig. 2, zum Zweck der Vereinfachung, der sich drehende Polygonspiegel als eine Linie 20 dargestellt und der reflektierte Lichtstrahl von dem sich drehenden Polygonspiegel 20 ist entfaltet.
Das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem 52 fokussiert jeden Strahl 26 individuell in der sagittalen oder Querabtastebene zu einem Fleck auf einer Facette eines sich drehenden Polygonspiegels 20. In praktischen Anwendungen können sich die Lichtstrahlen nahe einer Facette in einem Bereich von ± 1 Millimeter von der Facette fokussieren. Für den Zweck dieser Anmeldung sollte der Ausdruck "auf der Facette" diesen Bereich umfassen. In der Schnellabtastebene verbleiben die Lichtstrahlen kollimiert, wenn die Strahlen auf die Facette des sich drehenden Polygonspiegels auftreffen.
Der sich drehende Polygonspiegel 20 bewirkt, daß sich die reflektierten Lichtstrahlen um eine Achse nahe des Reflexionspunkts des sich drehenden Polygonspiegels drehen. Die Nachpolygonoptiken 22 bilden die reflektierten Lichtstrahlen auf die Fotorezeptorebene 24 ab.
Das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem 52, das ein variables Energiesystem oder ein Zoom-System ist, korrigiert den Fleckseparationsfehler, der durch Herstelltoleranzen irgendeines der optischen Elemente der Rasterabtasteinrichtung 50 verursacht ist. Zur Vereinfachung wird nachfolgend das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem 52 als "Zoom- System 52" bezeichnet.
Das Zoom-System 52 stellt die Querabtastvergrößerung des gesamten Systems so ein, um die erwünschte Fleckseparation zu erreichen. Das Zoom-System 52 enthält zwei axial einstellbare Linsen 54 und 56. Die zwei Linsen 54 und 56 sind in der sagittalen oder Querabtastebene zylindrisch und in der Schnellabtastebene plan. Deshalb verbleiben die kollimierten Lichtstrahlen 26 in der Schnellabtastebene kollimiert und werden in der Querabtastebene auf die Facette des sich drehenden Polygonspiegels 20 fokussiert.
Im Betrieb können sich, aufgrund der vorstehend erwähnten Gründe, die Lichtstrahlen 26 auf den Fotorezeptor mit einer Fleckseparation, anders als die erforderliche Fleckseparation der Rasterausgabeabtasteinrichtung, fokussieren. Zum Beispiel können sich die Lichtstrahlen an Punkten, wie beispielsweise 58 und 60, auf der Fotorezeptorebene 24 fokussieren, wobei in diesem Fall die Fleckseparation 62 sein wird. Allerdings ist die erforderliche Fleckseparation 64.
Die Maßnahme dieser Erfindung, um den Fleckseparationsfehler zu korrigieren, ist diejenige, die Fleckseparation auf dem sich drehenden Polygonspiegel einzustellen, was bewirkt, daß sich die Fleckseparation auf dem Fotorezeptor ändert. Deshalb sollte, um die Fleckseparation auf dem Fotorezeptor 24 von 62 zu 64 zu erhöhen, die Fleckseparation auf dem Polygon von 66 auf 68 erhöht werden.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, sind dort zwei Beispiele eines Einstellens der zwei Linsen 54 und 56 des Zoom-Systems 52 dargestellt. In den Fig. 2, 3 und 4 stellen die unterbrochenen Linien die Lichtstrahlen dar, die durch das Rasterabtastsystem 50 laufen, das nicht eingestellt ist, um den Fleckseparationsfehler zu korrigieren, und die durchgezogenen Linien stellen die Lichtstrahlen dar, die durch das Rasterabtastsystem 50 laufen, das so eingestellt ist, um den Fleckseparationsfehler zu korrigieren. Auch sind die nicht einge stellten Positionen der Linsen 54 und 56 durch unterbrochene Linien dargestellt und die eingestellten Positionen der Linsen 54 und 56 sind durch durchgezogene Linien dargestellt.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ändert sich, wie beobachtet werden kann, durch Einstellen der zwei Linsen 54 und 56, die Vergrößerung des Zoom-Systems, was bewirkt, daß sich die Fleckseparation auf dem sich drehenden Polygonspiegel 20 ändert. Allerdings ändert sich, da das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem ein Zoom-System ist, durch Bewegen der zwei Linsen mit einer vorbestimmten Beziehung zueinander, die Fokuslänge des Systems, allerdings verbleibt die Bildebene stationär.
Zum Beispiel erhöht sich in Fig. 3, durch Bewegen der zwei Linsen 54 und 56 aufeinander zu (von den Positionen, die durch die unterbrochenen Linien dargestellt sind, zu den Positionen, die durch die durchgezogenen Linien dargestellt sind), die Fokuslänge des Zoom- Systems. Deshalb wird sich die Fleckseparation auf dem sich drehenden Polygonspiegel von 66 auf 68 erhöhen. Allerdings wird sich, unter Bezugnahme auf Fig. 4, durch Bewegen der zwei Linsen 54 und 56 voneinander weg, die Fokuslänge des Zoom-Systems erniedrigen. Deshalb wird sich die Fleckseparation auf dem sich drehenden Polygonspiegel von 66 auf 70 erniedrigen.
Unter Bezugnahme wiederum auf Fig. 2 kann wiederum durch Einstellen der zwei Linsen 54 und 56 in einer vorbestimmten Beziehung zueinander die Vergrößerung auf dem Polygon erhöht werden. Durch Erhöhen der Vergrößerung erhöht sich die Fleckseparation auf dem sich drehenden Polygon und als Folge ändert sich auch die Vergrößerung auf der Fotorezeptorebene, was bewirkt, daß sich die Fleckseparation auf dem Fotorezeptor erhöht. In dem Beispiel der Fig. 2 werden sich, nach Einstellen des Zoom-Systems 52, die Lichtstrahlen auf der Fotorezeptorebene 24 an Punkten 58' und 60' fokussieren, wobei in diesem Fall die Fleckseparation 64 sein wird, was die erforderliche Fleckseparation ist. Es sollte angemerkt werden, daß in dem Beispiel der Fig. 2 die Fleckseparation erhöht werden muß. Allerdings kann durch Einstellen des Zoom-Systems die Vergrößerung und als eine Folge die Fleckseparation erhöht oder erniedrigt werden, wie dies erforderlich ist. Wie die Fig. 5, 6 und 7 zeigen, kann das Zoom-System 52 drei unterschiedliche Konfigurationen haben: eine Zerstreuungslinse 54 gefolgt durch eine Sammellinse 56 (Fig. 5), eine Sammellinse 54' gefolgt durch eine Zerstreuungslinse 56' (Fig. 6) und zwei Sammellinsen 54" und 56" (Fig. 7).
Es sollte angemerkt werden, daß die Sammellinsen so ausgelegt werden können, um entweder bikonvex, plankonvex oder konvex-plan zu sein, oder meniskusförmig geformt zu sein, und die Zerstreuungslinsen können so ausgelegt sein, um entweder bikonkav, plankonkav oder konkav-plan oder meniskusförmig, geformt zu sein.
Es sollte auch angemerkt werden, daß in jeder Konfiguration vorbestimmte Positionen für jede der zwei Linsen für jeden Vergrößerungswert über den variablen Leistungsbereich des Zoom-Systems vorhanden sind. Die vorbestimmten Positionen der Linsen können durch manuelle Einstellung, durch mechanische Einrichtung unter Verwendung eines mechanischen Nockens, oder durch eine andere, mechanische Einstellung, erreicht werden. Die Linsen können miteinander für eine gleichzeitige axiale Bewegung in einer vorbestimmten Beziehung verbunden sein.

Claims

1. Rasterabtastsystem (50) mit einem Fleckseparationsfehlerkorrektursystem (52), das aufweist:

eine Lichtquelle (12) zum Emittieren einer Vielzahl von Lichtstrahlen;

ein Medium (24);

eine Abtasteinrichtung (20), die zwischen der Lichtquelle und dem Medium zum Aufnehmen der Lichtstrahlen angeordnet ist und dieselben in einer Schnellabtastebene über das Medium abtastet;

eine kollimierende Einrichtung (14), die zwischen der Lichtquelle und der Abtasteinrichtung angeordnet ist, um im wesentlichen die Lichtstrahlen zu kollimieren, und

eine Nachabtastoptikeinrichtung (22), die zwischen der Abtasteinrichtung und dem Medium zum Aufnehmen des Lichtstrahls von der Abtasteinrichtung und zum Fokussieren des Lichtstrahls auf das Medium in sowohl der Schnellabtastebene als auch der Querabtastebene angeordnet ist;

gekennzeichnet durch

ein Fleckseparationsfehlerkorrektursystem (52) zum Abbilden der kollimierten Strahlen an einer Bildebene auf der Abtasteinrichtung in einer Querabtastebene;

wobei das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem eine erste, axial einstellbare, optische Einrichtung (54) besitzt, die in dem Weg der Lichtstrahlen zwischen der kollimierenden Einrichtung (14) und der Abtasteinrichtung (20) angeordnet ist; wobei das Fleckseparationsfehlerkorrektursystem eine zweite, axial einstellbare, optische Einrichtung (56) besitzt, die in dem Weg des Lichtstrahls zwischen der ersten, axial einstellbaren, optischen Einrichtung (54) und der Abtasteinrichtung (20) angeordnet ist;

wobei die erste, axial einstellbare, optische Einrichtung und die zweite, axial einstellbare, optische Einrichtung so konstruiert und relativ zueinander angeordnet sind, daß die Bildebene des Fleckseparationsfehlerkorrektursystems auf der Abtasteinrichtung verbleibt und sich die Vergrößerung auf der Abtasteinrichtung ändert, was im wesentlichen den Fleckseparationsfehler auf dem Medium korrigiert.

2. Rasterabtastsystem nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite, axial einstellbare, optische Einrichtung (54, 56) in einer vorbestimmten Beziehung zueinander bewegbar sind.

3. Rasterabtastsystem nach Anspruch 1, wobei die erste, axial einstellbare, optische Einrichtung eine Zerstreuungslinse (54) ist und die zweite, axial einstellbare, optische Einrichtung eine Sammellinse (56) ist.

4. Rasterabtastsystem nach Anspruch 1, wobei die erste, axial einstellbare, optische Einrichtung eine Sammellinse (54') ist und die zweite, axial einstellbare, optische Einrichtung eine Zerstreuungslinse (56') ist.

5. Rasterabtastsystem nach Anspruch 1, wobei die erste, axial einstellbare, optische Einrichtung und die zweite, axial einstellbare, optische Einrichtung beide Sammellinsen (54", 56") sind.