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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Rasterscannersystem und besonders
ein zweistrahliges, Infrarot verwendendes, Doppelpass-Rasterscannersystem
mit überfüllten, rotierenden
Polygonspiegelfacetten, nur zylindrischen Scanoptikelementen und unabhängig beweglichen
Linsen.
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Viele
Rasterausgabescanner (ROS, raster output scanner) nach dem Stand
der Technik benutzen ein rotierendes Polygon mit flachen Reflexionsflächen oder
Facetten parallel zu der Rotationsachse des Polygons. In einem typischen
System wird ein Strahl von einer kohärenten Lichtquelle wie einem
Diodenlaser ausgestrahlt. Das Licht, das entsprechend einem eingegebenen
Signal moduliert ist, wird durch Konditionierungsoptiken vor dem
Polygon auf die rotierenden Polygonflächen gerichtet. Die Hochgeschwindigkeitsrotation
des Polygons, typisch im Bereich von 3000 bis 15000 Umdrehungen
pro Minute, lässt
dann den Strahl durch eine Konditionierungslinse hinter dem Polygon
verschwenken und den Laserpunkt über
die volle Prozessbreite einer lichtempfindlichen Bildebene abbilden.
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In
diesen ROS-Systemen nach dem Stand der Technik sind die Konditionierungsoptiken
vor dem Polygon typisch verwirklicht in einem Entwurf mit unterfüllten Facetten;
z.B. beleuchtet der Lichtstrahl, der gegen das rotierende Polygon
gerichtet ist, nur einen Teil einer jeden rotierenden Facette.
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In
einem Entwurf mit überfüllten Facetten
beleuchtet der Lichtstrahl vollständig jede Facette und einen
kleinen Teil der benachbarten Facetten. In einem Entwurf mit Überfüllung wird
die Anforderung an die Facettengröße, die erforderlich ist, um
eine gegebene Punktgröße am Bildmedium
zu produzieren, stark reduziert und ermöglicht, dass viel mehr Facetten
auf einem Polygon mit demselben Durchmesser untergebracht werden.
Dies wiederum erlaubt dem Abtastsystem, bei einem gegebenen Polygonmotor mehr
Abtastlinien pro Sekunde zu bilden, oder alternativ einen weniger
starken und weniger teuren Polygonmotor zu verwenden. Der Entwurf
mit Überfüllung hat
verschiedene Nachteile. Die Durchsatzeffizienz ist relativ niedrig
(20%), verglichen mit der Effizienz von 50% bei dem Entwurf mit
Unterfüllung, und
die Ausleuchtung der bildgebenden Facetten ist nicht so gleichmäßig wie
der Entwurf mit Unterfüllung.
Um die niedrige Effizienz zu tolerieren, ist eine Laserdiode höherer Leistung
erforderlich. Es ist in der Abtasttechnik wohlbekannt, Laserdioden
für die
Erzeugung eines kohärenten
Laserstrahls zu verwenden, der optisch geformt und in einen ROS-System
für die
Abtastung verwendet wird. Es ist ebenfalls bekannt, vielfache Laserdioden
zu verwenden, um vielfache Strahlen zu erzeugen, wobei jeder individuelle
Strahl durch Videosignale moduliert wird, und wobei die vielfachen
Strahlen auf der Aufzeichnungsfläche
als modulierte Strahlen verschwenkt werden. Für diese Anwendungen vielfacher
Strahlen wurde als vorteilhaft gefunden, Felder von Laserdioden
mit engen Abständen
zu verwenden. Dioden mit engen Abständen ermöglichen eine Vielstrahlverarbeitung
und verbessern damit den Datendurchsatz im Vergleich zu Systemen,
die Gas- oder Laserdioden mit Einzelstrahl und kontinuierlicher
Welle anwenden. Die Laserdioden in einem Vielstrahlsystem sind typisch
individuell mit einer getrennten Stromquelle adressierbar, welche
die Diode treibt oder moduliert. Das Dokument EP-A-713323 legt einen
Vielpunkt-Polygon-Scanner mit maximierter Linientrennfokustiefe
offen.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zweifach-Infrarotstrahl-Doppelpass-Rasterscannersystem
mit überfüllten, rotierenden
Polygonspiegelfacetten und nur zylindrischen Abtastoptikelementen
vorzusehen.
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Nach
der vorliegenden Erfindung, deren Definition im unabhängigen Anspruch
1 gegeben ist, hat ein Zweifach-Infrarotstrahl-Rasterscannersystem überfüllte Facetten
auf dem rotierenden Polygonspiegel und einen doppelten Weg durch
eine f-Theta-Linsengruppe mit zwei zylindrischen Linsen. Das Rasterscannersystem
hat eine asphärische
Kollimator-Linse, ein Fenster und eine zylindrische Linsengruppe
mit vier Linsen in der Optik vor dem Polygon und eine f-Theta-Linsengruppe
mit zwei zylindrischen Linsenelementen und einen zylindrischen Spiegel
zur Wobbel-Korrektur in den Spiegeloptiken nach dem Polygon.
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Die
ersten zwei Linsen der zylindrischen Linsengruppe mit vier Elementen
können
zusammen zur optimalen tangentialen Fokuskorrektur des Doppelstrahls
bewegt werden. Die dritte und die vierte Linse der zylindrischen
Linsengruppe mit vier Elementen können individuell für optimale
sagittale Fokuskorrektur und Strahltrennungskompensation des Doppelstrahls
gedreht werden.
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Eine
besondere Ausführungsform
nach dieser Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung
beschrieben, welche eine Perspektivdarstellung des Zweifach-Infrarotstrahl-Doppelpass-Rasterscannersystems
ist, das nach der vorliegenden Erfindung gebildet ist.
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Bezug
wird nun genommen auf 1, in der ein Rasterausgabescanner-(ROS)-System 10 als eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Die Entwurtsspezifikationen
für das
bevorzugte optische System 10 verlangen eine Auflösung von
600 Bildpunkten pro Zoll (24 Bildpunkten pro mm) über eine
Abtastlinie von 12,2 Zoll (310 mm).
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Ein
Paar von Laserdioden 12 und 14 strahlen ein Paar
von modulierten Lichtstrahlen 16 und 18 in dem
infraroten Wellenlängenbereich
von 780 nm ab. Die beiden Dioden sind durch einen Abstand von angenähert 25 μm getrennt,
und sind in dem optischen System so gerichtet, dass sie in der Cross-Scan-Richtung
versetzt sind.
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Die
Lichtstrahlen 16 und 18 gehen durch ein flaches
FK5-Schott-Glas-Fenster der Laserdioden 12 und 14.
Die beiden Strahlen 16 und 18 werden als Nächstes durch
eine plankonvexe, asphärische SF8-Schott-Linse 22 kollimiert.
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Nach
dem Durchgang durch die asphärische Kollimator-Linse 22 gelangen
die beiden Strahlen dann durch ein Fenster oder rechtwinklige Blende 24, durch
die ein Teil der Intensität
eines jeden Strahls abgeschwächt
werden kann. Das Fenster 24 steuert das F/#, welches wiederum
die Punktgröße steuert, die
durch die zwei Strahlen erzeugt wird. Die Hauptachse des Rechtecks
liegt in der Abtastebene und die Nebenachse des Rechtecks liegt
in der Cross-Scan-Ebene. Die Kollimator-Linse kann in dem optischen
Weg der zwei Strahlen seitlich bewegt werden, um maximalen optischen
Durchsatz durch das Fenster zu ermöglichen.
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Die
Lichtstrahlen 16 und 18 werden dann durch eine
zylindrische Linsengruppe 26 mit vier Elementen fokussiert.
Die zylindrische Linsengruppe 26 besteht aus einer ersten
konkavplanen BK7-Schott-Linse 28, einer zweiten plankonvexen BK7-Schott-Linse 30,
einer dritten zylindrischen, plankonvexen BK7-Schott-Linse 32 und
einer vierten zylindrischen, plankonvexen BK7-Schott-Linse 34.
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Die
Fokuslänge
und Position der Zylinderlinsengruppe 26 fokussiert die
beiden Strahlen in der Cross-Scan-Ebene an den überfüllten Facetten 36 des
rotierenden Polygonspiegels 38. Die beiden Strahlen bleiben
durch die Zylinderlinsengruppe 26 in der Abtastebene an
der Facette 36 kollimiert.
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Die
ersten zwei Linsen 28 und 30 der zylindrischen
Linsengruppe 26 mit vier Elementen können zusammen seitlich entlang
dem optischen Pfad für maximale
Fokuskorrektur der zwei Strahlen bewegt werden. Die dritte Linse 32 der
zylindrischen Linsengruppe 26 mit vier Elementen kann unabhängig gedreht
werden für
optimale sagittale Fokuskorrektur und Strahltrennungskompensation
der zwei Strahlen. Die vierte Linse 34 der zylindrischen
Linsengruppe 26 mit vier Elementen kann unabhängig gedreht
werden für
optimale sagittale Fokuskorrektur und Strahltrennungskompensation
der zwei Strahlen.
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Nach
der Fokussierung in der Cross-Scan-Ebene durch die Zylinderlinsengruppe 26 werden
die beiden Strahlen von der planen Oberfläche des ersten Umlenkspiegels 40 reflektiert,
und dann von der planen Oberfläche
des zweiten Umlenkspiegels 42 in der Richtung der Facette 36 reflektiert.
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Nach
den zwei Reflexionen werden die beiden Strahlen durch die f-Theta-Linsengruppe 44 mit zwei
Elementen geschickt. Die f-Theta-Linsengruppe 44 besteht
aus einer ersten konkavplanen F2-Schott-Abtastlinse 46 und
einer zweiten plankonvexen SF10-Schott-Abtastlinse 48.
Nach der Reflexion durch den zweiten Umlenkspiegel 42 durchlaufen die
beiden Strahlen die zweite f-Theta-Abtastlinse 48 von der
konvexen Seite und dann die erste f-Theta-Abtastlinse 46 von der
planen Seite.
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Die
beiden Strahlen werden dann durch ein flaches BK7-Schott-Glas-Fenster 50 geschickt,
um die Facette 36 des rotierenden Polygonspiegels 38 zu überfüllen. Das
Fenster 50 dient der Beseitigung von Luftturbulenzen und
Verunreinigungen durch Fremdkörper,
die durch den rotierenden Polygonspiegel verursacht werden, vor
der Einwirkung auf die anderen optischen Elemente des ROS-Systems 10.
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Die
beiden Strahlen 16 und 18 werden durch die überfüllte Facette 36 reflektiert.
Die Rotation der Polygonfacettenoberfläche bewirkt, dass die beiden Strahlen über die
Oberfläche
des Photorezeptors 52 vesschwenkt werden.
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Die
beiden Strahlen 16 und 18 laufen dann in der Gegenrichtung
in einem zweiten Pass ein weiteres Mal zurück durch das flache Fenster 50 und
dann durch die f-Theta-Linsengruppe 44. Die Lichtstrahlen 16 und 18 werden
dann fokussiert und linearisiert durch die f-Theta-Linsengruppe 44 mit
zwei Elementen, während
die beiden Strahlen sequentiell durch die erste zylindrische, konkavplane
F2-Schott-Abtastlinse 46 und die zweite zylindrische, plankonvexe SF10-Schott-Abtastlinse 48 geschickt
werden.
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Die
f-Theta-Linsengruppe 44 nach dem Polygon ist entworfen,
um eine lineare Beziehung zwischen der Drehung des Polygonspiegels 38 und
der Ablenkung der verschwenkten Strahlen 16 und 18 in der
Abtastrichtung an der Oberfläche
des Photorezeptors 52 vorzusehen. Der Photorezeptor 52 bewegt
sich in einer Prozessrichtung. Die Hauptfunktion der f-Theta-Linsengruppe
ist, die Abtastlinearität zu
steuern hinsichtlich einer gleichförmigen. Punktversetzung pro
Einheitswinkel der Polygonrotation.
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Nach
dem Durchlaufen der f-Theta-Linsengruppe 44 werden die
beiden Strahlen 16 und 18 durch eine plane Oberfläche eines
dritten Umlenkspiegels 54 reflektiert, und dann durch einen
zylindrischen Wobbel-Korrektur-Spiegel 56 reflektiert,
bevor sie ein flaches BK7-Schott-Glas-Ausgangsfenster 58 durchlaufen.
Das Ausgangsfenster 58 isoliert das ROS-System 10 von dem Rest der
xerographischen Maschine und hält
Tinte, Schmiere, Schmutz und andere Fremdobjekte aus den optischen
ROS-Elementen heraus.
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Nach
dem Durchlaufen des Ausgangsfensters 58 treffen die beiden
Strahlen 16 und 18 auf der Oberfläche des
Photorezeptors 52 auf und bilden zwei Punkte. Die zwei
Punkte produzieren jeweils eine Abtastlinie von mindestens 12 Zoll
(d.h. mindestens eine Seitenbreite oder 30,72 cm), wenn sie durch
den rotierenden Polygonspiegel 38 über die Oberfläche des
Photorezeptors 52 hinweg geschwenkt werden.
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Die
f-Theta-Linsengruppe 44 und der zylindrische Wobbel-Korrektur-Spiegel 56 fokussieren
die kollimierten, reflektierten Lichtstrahlen 16 und 18 in der
Fast-Scan-Richtung auf der Bild ebene der Oberfläche des Photorezeptors 52 und
bilden das auf der Facette 36 fokussierte Licht wieder
in der Cross-Scan-Richtung auf der Bildebene der Oberfläche des
Photorezeptors 52 ab. Der Spiegel 56 sieht Wobbel-Korrektur
oder Bewegungskompensationsoptiken für die beiden Strahlen vor.
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Die
Infrarot-Laserdioden der vorliegenden Erfindung werden eine Energiedichte
von 10 erg/cm2 auf der Bildebene des Photorezeptors
vorsehen. Diese Energiedichte wird benötigt für ein Leistung von 100 Seiten
pro Minute bei einer Auflösung
von 600 Punkten pro Zoll (24 Punkten pro mm).
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Die überfüllten Facetten
des vorliegenden ROS ermöglichen
einen kleineren Polygonspiegel mit mehr Facetten, höheren Arbeitszyklen
für maximale
Nutzung der Diodenleistung und geringerem Verwackeln.
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Der
sagittale Versatz der beiden Laserdioden, gekoppelt mit einen Doppelpass-ROS,
ermöglicht
eine gleichmäßigere tangentiale
Punktgröße am Photorezeptor.