DE69211327T2

DE69211327T2 - Justierbare fassung für zylindrische linse

Info

Publication number: DE69211327T2
Application number: DE69211327T
Authority: DE
Inventors: Mark Bedzyk
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: EP0558743A1; JPH06502935A; WO1993006514A1; DE69211327D1; US5220460A; EP0558743B1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zum einstellbaren Befestigen eines optischen Elements in einem optischen System und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung zum Befestigen einer zylindrischen Linse, die in einem optischen System, wie z.B. einem Laserdrucker, zum Einstellen in Drehrichtung θ drehbar und in x- oder y- Richtungen hin- und herbewegbar ist.
Die Anordnung einer Linse, eines Spiegels oder eines ähnlichen optischen Elements (nachfolgend als "Linse" bezeichnet, umfaßt das räumliche Anordnen dieses Elements in sechs Freiheitsgraden. Die Linse wird relativ zu einer von drei orthogonalen Achsen hin- und herbewegt, die allgemein als x-, y- und z-Achsenrichtungen bezeichnet werden (Antastung, quer zur Antastung und entlang des Strahlengangs). Die Linse ist zudem in drei Drehachsen drehbar, die allgemein als die Drehrichtungen θx, θy und θz bezeichnet werden und der Drehung um jeweils der x-, y- und z-Achse entsprechen.
Monolithische, sphärische Linsen mit einer gekrümmten Fläche ergeben eine Vergrößerung in zwei orthogonalen Richtungen x und y und fokussieren parallele Strahlen an einem Brennpunkt, der in der Mitte der Krümmung der Linsenfläche liegt. Derartige Linsen werden in Laserdruckern eingesetzt, z.B. um die Strahlenpunktgröße, die Konvergenz und die Fokussierung zu steuern. Die richtige Anordnung dieser sphärischen Linsen in x- und y-Richtungen (Hin- und Herbewegung) sowie in den θx- und θy-Richtungen (Drehung) gewährleistet, daß der Brennpunkt und die Linsenmitte mit einem in der z-Achse einfallenden Lichtstrahl ausgerichtet sind. Die richtige Anordnung der Linse in der z-Achse stellt eine einwandfreie Fokussierung eines Abbildungsobjekts sicher. Bei der Anordnung paarweiser und zusammengesetzter sphärischer Linsen ergeben sich ähnliche Überlegungen.
Monolithische zylindrische Linsen mit einer gekrümmten Fläche vergrößern nur entweder in x- oder y-Richtung und fokussieren parallele Strahlen auf eine Linie oder Linsenzylinderachse, die parallel zu der jeweils anderen y- oder x-Richtung verläuft. Derartige Linsen werden in Laserdruckern eingesetzt, z.B. zur Strahiformung, wie dies zur Steuerung der Größe des elliptischen Strahlenpunktes in x- oder y-Richtung erforderlich ist. Zylindrische Linsen können so gefertigt werden, daß sie eine Planfläche gegenüber der gekrümmten Fläche aufweisen, die allgemein zur x-y- Ebene parallel liegt. Eine derartige Linse kann somit in der θx- und θ -Drehrichtung angeordnet werden, indem man die in x-y-Ebene plane Fläche senkrecht zu dem in Richtung der z-Achse einfallenden Strahl anordnet. Eine geänderte Anordnung in der nicht vergrößernden Richtung (d.h. Anderungen in y-Richtung, falls in x-Richtung vergrößerr wird und umgekehrt) sind nicht kritisch. Sobald eine richtige Ausrichtung der x-y-Planfläche erreicht ist, ist ein hohes Maß an Lagegenauigkeit nur in der Hin- und Herbewegung entlang der x- oder y-Achse (Vergrößerung) und der Drehrichtung θz erforderlich. Die Lage in der z-Richtung bleibt zu Fokussierungszwecken einstellbar.
Herkömmliche Halterungen zum ordnen optischer Elemente in mehreren Freiheitsgraden we sen mehrere ineinander verschachtelte Komponenten auf, die zueinander unabhängig bewegbar sind, um die gewü schte Hin- und Herbewegung und/oder Drehbewegung zu erreichen. US-A-4,652,095 beschreibt beispielsweise eine Anordnung von drei verschachtelten Stufen, von denen jede einen Schlitten aufweist, der auf Schienen in x-, y- oder z-Richtung verschiebbar ist, indem ein Gewindestab gegen eine Eeder bewegt wird. Die Stufen sind verschachtelt, obei das optische Element zur Bewegung mit dem Schlitten der ersten Stufe, die erste Stufe zur Bewegung mit dem Schlitten der zweiten Stufe und die zweite Stufe zur Bewegung mit dem Schlitten der dritten Stufe befestigt ist. US-A-3 596,863 zeigt eine Anordnung verschachtelter Biegezapfen, von denen jeder eine entsprechende Drehung in θx-, θy- oder θz-Richtung vorsieht. Andere Beispiele von Halter ngen für verschachtelte optische Elemente sind in US-A-3,204,471, US-A-4,077,722, US-A- 4,099,852 und US-A-4,655,548 zu finden.
In US-A-3,989,358 und US-A-4 408,830 werden Halterungen gezeigt, die eine Anordnung 1 mehreren Freiheitsgraden ohne Verschachtelung ermöglichen. US-A-3,989,358 sieht unabhängiges Hin- und Herbewegen in x- und y-Richtung anhand von Mikrometerschrauben vor, di gegen Klingen bewegt werden, die im Winkel von 90º kreisförmig um einen Linsenhaltering versetzt sind. US-A-4,408,83 sieht ein Hin- und Herbewegen zur Einstellung in x-, y- u d x-y-Richtung vor, indem die geneigten Flächen von spindelverstellbaren Schlittenelementon gegen entsprechend angewinkelte Kelle eines rechtwinkligen Linsenbefestlgungselements bewegt werden.
Herkömmliche Vorrichtungen für die Positionierung optischer Elemente in sechs Freiheitsgraden sind oft unzulässig komplex und kostspielig. Die hohe Genauigkeit dieser Vorrichtungen zur Befestigung zylindrischer Linsen in optischen Systemen, z.B. Laserdruckern, ist zwar erforderlich um die richtige Anordnung in kritischen Richtungen zu gewährleisten, sie wird aber nicht benötigt, wenn diese Vorrichtungen auch für die Bewegung in unkritischen Richtungen eingesetzt werden. Bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik wird allgemein die Ausübung eines direkt auf die Linse wirkenden Drehmoments vermieden, siehe z.B. US-A- 4,909,599.
EP-A-0 179 426 beschreibt eine Vorrichtung zum Hin- und Herbewegen einer Linse in drei orthogonale Achsen x, y und z sowie zur Drehung um jede dieser Achsen. Die Vorrichtung umfaßt Mittel zum Anordnen der Linse in jedem der sechs Freiheitsgrade. Die Vorrichtung umfaßt Mittel zur Beaufschlagung der Linse mit einem Haltedrehmoment in Drehrichtung um die z-Achse sowie Mittel zum Drehen der Linse in dieser Richtung gegen das Haltedrehmoment.
Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten, kostengünstigen Linsenhalterung zum Anordnen einer zylindrischen Linse oder eines ähnlichen optischen Elements in sechs Freiheitsgraden, die ein genaues Hin- und Herbewegen in der vergrößernden x- oder y-Richtung und entlang des Strahlengangs in z-Richtung ermöglicht sowie eine genaue Drehbewegung in der Richtung θz.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Linsenhalterung zum Positionieren einer zylindrischen Linse in sechs Freiheitsgraden bei Verwendung möglichst vieler Teile ohne hohe Genauigkeit bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung bereitgestellt, um eine zylindrische Linse oder ein ähnliches optisches Element derart anzuordnen, daß diese bezüglich einer sich entlang einer x-, y- und z-Achse erstreckenden orthogonalen Richtung hin- und herbewegbar und in Richtung θx, θy und θz bzw. um die x-, y-, z-Achsen drehbar bewegbar ist. Die Vorrichtung umfaßt Mittel, um die Linse in einer vergrößernden x- oder y-Achsenrichtung hin- und herzubewegen, Mittel, um die Linse in der z-Achsenrichtung im Strahlengang hin- und herzubewegen, Mittel, um die Linse in der Drehrichtung θz mit einem Haltedrehmoment zu beaufschlagen und Mittel, um die Linse in Drehrichtung θz drehbar gegen das beaufschiagte Drehmoment anzuordnen. Einstellungen in der vergrößernden x- oder y-Richtung werden vorzugsweise durch eine Schiebe-/Ziehvorrichtung vorgenommen, in der die Linse in Vergrößerungsrichtung gegen den Zug einer Haltekraft geschoben wird.
In einer nachfolgend detaillierter beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird die Anordnung in Richtung θx und θy vorgenommen, indem eine einer gekrümmten zylindrischen Fläche gegenüberliegende plane Fläche der Linse gegen eine enrsprechende plane Fläche einer übergroßen Öffnung eines Linsenträgers gelegt wird. Die plane Fläche der Öffnung ist in der vertikalen Ebene in x-y-Richtung durch andere plane Flächen ausgerichtet, die eine Grundschiene berühren sowie durch andere plane Flächen, die auf dem Träger in x-z- und y-z-Richtungen gebildet werden, die jeweils horizontale und vertikale plane Flächen eines Schienenelements berühren. Die Anordnung in Richtung der nicht vergrößernden y- oder x-Achse erfolgt durch andere Elemente in der Trägeröffnung. Die Anordnung in Richtung der vergrößernden y- oder x-Achse erfolgt durch Anlegen planer Kantenflächen der Linse an entsprechende plane kantenflächen einer Linsenträgeröffnung und durch Verwendung einer Schiebe-/Ziehvorrichtung, um die Halterung in Vergrößerungsrichtung relativ zum Linsenträger zu verschieben. Dieselbe Schiebe-/Ziehvorrichtung beaufschlagt die Linse mit einem Drehmoment in der Drehrichtung θz um einen Zapfen in der Trägeröffnung. Die Anordnung in der Drehrichtung θz erfolgt derart, daß ein Element in die Trägeröffnung in Kontakt mit der Linse bewegt wird, um die Linse um den Zapfen gegen das Drehmoment zu drehen. Die Mittel zum Fokussieren der Linse in Richtung der z-Achse umfassen in der beschriebenen Ausführungsform eine Vorrichtung, um den Linsenträger in einer gewählten Position entlang einer in z-Richtung verlaufenden Schiene zu verriegeln. Befestigungselemente, die durch ausgerichtete Gewindebohrungen von Halterung und Träger geschraubt werden, dienen dazu, die Linse zu verriegeln, nachdem die Einstellungen in x- oder y-Richtung sowie in Richtung θz vorgenommen worden sind. Diese Bohrungen sind in der vergrößernden x- oder y-Richtung zur Halterung hin verlängert, um die Halterung in dieser Richtung relativ zum Träger bewegen zu können.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, die ebenfalls nachfolgend beschrieben wird, werden Haltedrehmoment und Einstellungen in Vergrößerungsrichtung direkt an der Linse und nicht über die Halterung vorgenommen. Die Linsenhalterung wurde durch eine einfache, flache Platte ersetzt. Eine Feder, die in Verbindung mit einem Führungsstift gegen eine Ecke der Linse in der Halterungsöffnung wirkt, spannt die Linse in x- oder y-Richtung sowie in Drehrichtung θz gegen die Aktion von in x- oder y-Richtung sowie in Drehrichtung θz wirkenden Stiften vor, die einen Punkt in Nähe einer diagonal gegenüberliegenden Ecke der Linse berühren. Die Einstellung in Drehrichtung θz erfolgt, indem der θz-Lage stift derart bewegt wird, daß er die Linse um den Führungsstift gegen das Haltedrehmoment θz schwenkt. Das Hin- und Herbewegen in der vergrößernden x- oder y-Richtung erfolgt, indem der x- oder y-Stift derart bewegt wird, daß die Linse zwischen dem Führungsstift und dem θz-Lagestift entgegen dem Haltedrehmoment in x- oder y-Richtung bewegt wird. Das θz-Haltedrehmoment wirkt während der Hin- und Herbewegung auf gegenüberliegende Seiten der Linse gegen den Führungsstift und den θz-Lagestift. Befestigungselemente, die durch ausgerichtete Gewindebohrungen von Halterung und Träger geschraubt werden, dienen dazu, die Linse zu verriegeln, nachdem die Einstellungen in x- oder y-Richtung sowie in Richtung θz vorgenommen worden sind.
Die erfindungsgemäße Linsenhalterung sieht eine Vorrichtung vor, um eine zylindrische Linse in sechs Freiheitsgraden auf kostengünstige Weise anzuordnen, wobei nur dort hochgenaue Bauteile zum Einsatz kommen, wo dies erforderlich ist. Die Erfindung nutzt die besonderen Eigenschaften zylindrischer Linsen mit rechtwinkligem Querschnitt, um eine genaue Anordnung in allen kritischen Richtungen bei minimaler Verschachtelung zu erlauben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Systems eines Laserdruckers mit erfindungsgemäßen zylindrischen Linsenhalterungen.
Fig. 2 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der zylindrischen Linsenhalterung aus Fig. 1.
Fig. 3 eine Vorderansicht der Halterung aus Fig. 2.
Fig. 4 eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie 4-4 aus Fig. 3 ohne Träger.
Fig. 5 eine horizontale Schnittansicht entlang der Linie 5-5 aus Fig. 3 ohne Träger.
Fig. 6 eine schematische Ansicht zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Halterung aus Fig. 2-5.
Fig. 7 u. 8 perspektivische Ansichten modifizierter Formen der zylindrischen Linsenhalterung von Fig. 1, betrachtet in jeweils einer Richtung.
Fig. 9 eine auseinandergezogene Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zylindrischen Linsenhalterung.
Fig. 10 eine Vorderansicht der Halterung aus Fig. 9.
Fig. 11 eine weitere auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Halterung aus Fig. 9, und
Fig. 12 eine schematische Ansicht zum besseren Verständnis der Funktionsweise der Halterung aus Fig. 9-11.
In sämtlichen Zeichnungen werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Erfindung wird mit Bezug auf exemplarische Implementierungen von Vorrichtungen beschrieben, um eine zylindrische Linse oder ein ähnliches optisches Element derart anzuordnen, daß es bezüglich von x-, y- und z-Achsen in orthogonaler Richtung hin- und herbewegbar und bezüglich der Drehrichtungen θx, θy und θz eines optischen Elements drehbar ist, beispielsweise des optischen Systems 10 eines Laserdruckers, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt.
Das optische System 10 umfaßt einen optischen Kopf 12 zum Projizieren eines Laserstrahls entlang eines optischen Strahlengangs 14 in Richtung der z-Achse. Der Strahl 14 wird gemäß einer Information, die aus einer Schaltung 15 zur Erzeugung von Bildsignaien empfangen wird, moduliert und zeilenweise in Richtung der x-Achse von 14' bis 14" mit einem rotierenden Polygon 16 auf einem lichtempfindlichen Film oder einem ähnlichen Empfangsmateriai 17 abgetastet. Das Empfangsmaterial 17 wird wiederum in einer y- Achse quer zur Abtastrichtung mit Hilfe einer drehbaren Trommel 18 bewegt. Ein Detektor 19 zur Ermittlung des Abtastbeginns steuert das Timing der Lichtstrahlmodulation. Optische Elemente mit zylindrischen Linsen, die durch Linsenhalterungen 20, 20' angeordnet werden, sowie ein Ablenkspiegel 22 steuern die Strahlenform, die Fokussierung und die Richtung zwischen dem optischen Kopf 12 und den gespiegelten Facetten des Polygons 16. Optische Elemente mit Linsen 24, 25 und Spiegel 26, die zwischen Polygon 16 und Trommel 18 angeordnet sind, korrigieren Unterschiede im Strahlenbrennpunkt, die auf die Bedingung f-θ zurückzuführen sind, und fokussieren das Bild quer zur Abtastrichtung, um Streifenartefakte zu vermeiden, die auf Planschlag der Facetten und auf Pyramidenwinkelfehier zurückzuführen sind. Weitere Angaben zu Funktion und Betrieb von Laserdruckern, auf die sich die Erfindung bezieht, werden in US- Anmeldung 637,429 und in US-A-4,397,521, 4,796,962, 4,982,206 und 4,921,320 gemacht.
Halterung 20 (Fig. 2-5) dient beispielsweise zum Anordnen einer zylindrischen Linse 30 (anhand von Strichlinien in Fig. 2 dargestellt), um die elliptische Form des Abtaststrahls 14 entweder in Richtung der x- oder y-Achse zu formen und deren Drehrichtung θz zu steuern. Die gezeigte Linse 30 ist so befestigt, daß ihre Vergrößerungs- oder Krümmungsrichtung in Richtung der X-Achse weist. Fachleuten ist klar, daß die gleichen Grundsätze auch für eine Linse gelten, deren Vergrößerungsrichtung zur Y-Achse weist. Eine nachfolgend besprochene modifizierte Form 20' der Halterung 20 übernimmt die gleiche Funktion bezüglich einer Vielzahl zylindrischer Linsen 30', 30".
Die Halterung 20 umfaßt drei Grundkomponenten: einen Sockel 32, der sich in Richtung der z-Achse erstreckt, ein Linsenträger 33 mit einer mittigen optischen Öffnung 34 und eine Linsenaufnahme 36 mit einer entsprechenden Öffnung 37. Der Sockel 32 (in Fig. 4 und 5 zur besseren Übersicht weggelassen) hat eine Plattform 38, die ein integrierter Bestandteil einer festen Struktur sein kann, die alle Komponenten der optischen Vorrichtung trägt. Die Plattform 38 hat eine horizontale obere Planfläche 39 und eine Schiene 42, die sich in der z-Achse entlang der oberen Fläche 39 erstreckt (Fig. 2 und 3). Schiene 42 hat eine obere Fläche 43, eine vertikale rechte Seitenfläche 44, die sich zwischen den Flächen 39 und 43 erstreckt, und eine abgestufte linke Seitenfläche 45. Die Fläche 45 hat einen oberen Bereich 46, einen nach innen und unten gerichteten abgewinkelten Bereich 47 und einen unteren vertikalen Bereich 48. Der Sockel ist so bearbeitet, daß die Fläche 39 parallel zur Ebene x-z und daß Fläche 44 parallel zur Ebene y-z des optischen Systems liegt. Schiene 42 ist so geformt, daß sie einen gleichmäßigen Seitenquerschnitt in der gesamten Längsrichtung aufweist.
Der Linsenträger 33 umfaßt einen vertikalen, rechtwinkligen Bereich 40, der sich nach oben mittig aus den oberen Flächen 51 und 52 zur Rechten und Linken erhebt, die sich wiederum in Längsrichtung als Elemente 53, 54 erstrecken. Element 53 weist einen rechtwinkligen Seitenquerschnitt auf, der bis auf rechtwinklige Füße 56 (Fig. 2 und 3), 57 (Fig. 4) und einen mittig nach unten vorstehenden rechtwinkligen Fuß 58 (Fig. 2, 3 und 5) gleichförmig ist. Element 54 hat einen rechtwinkligen Seitenquerschnitt, der ebenfalls gleichförmig ist, mit Ausnahme am vorderen und hinteren Ende, wo rechtwinklige Füße 59 (Fig.2 und 3) nach unten vorstehen. Die Unterflächen der Füße 58, 59 sind plane horizontale Fläche, die in derselben Ebene parallel zur Ebene x-z des optischen Systems bearbeitet sind. Die linken Flächen der Füße 56, 57 sind plane vertikale Flächen, die in derselben Ebene parallel zur Ebene y-z des optischen Systems bearbeitet sind. Das linke Element 54 ist mit einer Gewindebohrung 61 versehen (Strichlinien in Fig. 3), die sich horizontal in Richtung der x-Achse seitlich durch das Element erstreckt, und durch die eine Einsteilsohraube 62 mit einer abriebfesten, gefederten Rastspitze 63 geführt ist.
Der vertikale Bereich 50 weist vordere und hintere vertikale Flächen 65, 66 auf. Eine rechtwinklige Öffnung 68 zur Aufnahme der Linse ist in der hinteren Fläche 66 ausgebildet, wobei die horizontalen und vertikalen Maße etwas größer sind als die entsprechenden Maße der Linse 30. Gewindebohrungen 86, 87 erstrecken sich in Richtung der z- Achse zwischen Flächen 65, 66 oberhalb und unterhalb der Öffnung 68. Ein Paßstift 69, dessen Funktion nachfolgend näher erläutert wird, ist in der unteren, rechten Ecke der Öffnung 68 befestigt. Eine Gewindebohrung 71 (durch Strichlinien in Fig. 2 dargestellt) erstreckt sich vertikal in Richtung der y-Achse durch den Bereich 50 und erstreckt sich mit ihrer Öffnung bis zur oberen Innenseite der Öffnung 68 in Nähe der linken oberen Ecke. Eine darin befindliche Einstellschraube 72 mit einer abriebfesten Spitze kann selektiv in Richtung der y-Achse in die Öffnung 68 eingeschraubt werden. Die Öffnung 34 ist eine kreisförmige Öffnung, die konzentrisch parallel zur z-Achse ausgebildet ist.
Die linke Seite des Bereichs 50 umfaßt eine rechtwinklig herausgeführte Erweiterung 74 mit oberen und unteren Seitenbohrungen 75, 76 (in Fig. 3 als Strichlinien dargestellt), die sich horizontal in Richtung der x-Achse erstrecken und durch die Gewindeschrauben 77, 78 geführt sind. Die Bohrung 75 ist mit einem Gewinde versehen, das dem Gewinde der Schraube 77 entspricht. Die Spitze der Schraube 77 ist abriebfest. Die Bohrung 76 (Fig. 2-4) auf der anderen Seite ist glatt und in Richtung der y-Achse verlängert und weist in der horizontalen z-Achsenrichtung eine leichte Übergröße auf. Dies ermöglicht eine freie axiale Bewegung des Zapfens der Schraube 78 in Richtung der x-Achse und innerhalb der Grenzen der Bohrung 76 ein diagonales, vertikales Kippen des Zapfens in Richtung θz. Eine Druckfeder 80 befindet sich über dem Zapfen der Schraube 78 zwischen der linken Seite der Erweiterung 74 und dem Schraubenkopf, um eine linksgerichtete Kraft auf die Schraube 78 auszuüben.
Die Linsenaufnahme 36 ist eine blockähnliche, rechtwinklige Konstruktion mit vorderen und hinteren vertikalen Planflächen 82, 83, zwischen denen sich die Öffnung 37 erstreckt. Die Öffnung 37 ist kreisförmig und konzentrischparallel zur z-Achse ausgebildet. Bohrungen 84, 85 erstrecken sich ebenfalls in Richtung der z-Achse zwischen den Flächen 82, 83, und zwar oberhalb und unterhalb der Öffnung 37. Die Bohrungen 84, 85 sind geglättet und in horizontaler x-Achsenrichtung verlängert und weisen in der y- Achsenrichtung eine leichte Übergröße auf. Der vertikale Abstand zwischen den Bohrungen 84, 85 entspricht dem vertikalen Abstand der entsprechenden Bohrungen 86, 87 oberhalb und unterhalb der Öffnung 34 in Träger 33. Schrauben 88, 89 sind jeweils durch die Bohrungen 84, 85 geführt und in die Bohrungen 86, 87 eingeschraubt, wodurch die Fläche 82 der Linsenaufnahme 36 in allgemein parallele Ausrichtung zur Fläche 66 von Träger 33 gebracht wird. Die Maße der Gewindebohrungen 86, 87 entsprechen dem Außengewinde der Schenkel der Schrauben 88, 89. Die Verlängerung der Bohrungen 84, 85 in Richtung der x-Achse ermöglicht die Bewegung der Linsenaufnahme 36 relativ zum Träger 33 in dieser Richtung, und zwar innerhalb der Bewegungsgrenzen der Schrauben 88, 89 in den Bohrungen 84, 85, wenn die Schrauben 88, 89 lose in die Bohrungen 86, 87 eingreifen. Die Übergröße in y- Achsenrichtung ermöglicht eine begrenzte Bewegung der Linsenaufnahme 36 bezüglich des Trägers 33 in θz Richtung. Wenn die Schrauben 88, 89 angezogen werden, wird eine weitere Bewegung in Richtung der x-Achse oder in Richtung unterbunden.
Die Linse 30 (siehe Fig. 2, 3, 4, 5 und 6) weist obere und untere horizontale, in x-z-Richtung plane Kanten 91, 92 und linke und rechte vertikale in y-z-Richtung plane Kanten 93, 94 auf. Die zur Veranschaulichung dargestellte Linse 30 ist eine konvex-plane Konstruktion mit einer konvexen hinteren Fläche 95 (Fig. 4 und 5) und einer in x-y-Richtung planen vorderen Fläche 96 (Fig. 4 und 5). Die Fläche 95 ist zylindrisch geformt, um eine Krümmung (d.h. Vergrößerung) in Richtung der x-Achse vorzusehen, weist aber in Richtung der y-Achse eine gleichmäßige Form auf (keine Vergrößerung) Die Krümmung der konvexen Fläche 95 ist mittig auf eine in Fig. 2 bezeichnete zylindrische Linsenachse 97 ausgerichtet. Die Linse 30 dient dazu, eine Vergrößerung nur in x- Achsenrichtung zu erzielen und kann somit benutzt werden, um die x-Achsenausdehnung der Punktgröße des elliptischen Laserabtaststrahls zu steuern, der entlang der z-Achse auf Linse 30 gerichtet ist. Idealerweise ist Linse 30 so ausgebildet, daß die zylindrische Achse 97 der Fläche 95 mit den Mittelpunkten der x-Achsenerweiterungen der Kanten 91, 92 zusammenfällt und parallel zu den y-z-Ebenen der Kanten 93, 94 verläuft. Die meisten Linsen sind allerdings nicht ideal. Halterung 20 soll sicherstellen, daß die Linsenachse der zylindrischen Fläche 95 genau mit dem einfallenden optischen Strahl in y-z-Ebene ausgerichtet ist. Geringfügige Abweichungen der Translationsausrichtung der Linse 30 in Richtung der y-Achse (keine Vergrößerung) wirken sich kaum aus, da die Vergrößerung nur in Richtung der x-Achse erfolgt. Die Ausrichtung in Richtung der z-Achse betrifft ausschließlich die Fokussierung und wird entsprechend durchgeführt. Von größter Bedeutung sind daher die Einstellungen zum Hin- und Herbewegen in der x-Achse (Vergrößerung) sowie in der Drehrichtung θz. Die Anordnung in Drehrichtung θy und θz kann durchgeführt werden, indem man dafür sorgt, daß die vordere plane Fläche 96 (orthogonal zu Kanten 91, 92 sowie 93, 94 geschnitten) mit der x-y-Ebene des optischen Systems ausgerichtet ist. Hierzu ist eine vordere Fläche 98 der Öffnung 68 derart ausgebildet, daß sie vertikal plan zur x-y-Ebene ist.
Wie in Fig. 2-5 gezeigt, wird die Planfläche 96 der zylindrischen Linse 30 in Richtung der z-Achse gegen die zurückliegende x-y-Planfläche der Öffnung 68 des Linsenträgers 33 gedrückt. Das ergibt für die Linse 30 in Drehrichtung θx und θy eine ausreichende Anordnung, um den Strahl des Laserdruckers zu formen, ohne eine Justierung erforderlich zu machen. Der Druck wird durch Federmittel ausgeübt, etwa RTV- oder Kunststoffelemente 99 (Fig. 4), die in Ausnehmungen 100 an den Kanten einer nach vorne offenen Öffnung 102 der Linsenaufnahme 36 angeordnet sind (durch Strichlinien in Fig. 2 dargestellt), und die zwischen der Linsenaufnahme 36 und der Linse 30 angeordnet sind. Die durch Schrauben 88, 89 ausgeübte Kraft drückt die Federelemente 99 zwischen der Linsenaufnahme 36 und der Linse zusammen.
Der vordere Teil der Linse 30 wird in Öffnung 68 von Träger 33 aufgenommen, wobei die Planfläche 96 an der Öffnungsfläche 98 anliegt. Der hintere Teil der Linse 30 wird in Öffnung 102 der Linsenaufnahme 36 aufgenommen, wobei die Kanten der konvexen Fläche 95 gegen die Federelemente 99 drücken. Öffnung 102 ist so bemessen, daß sie dem Querschnitt in x-y-Ebene von Linse 30 entspricht. Die planen Kantenflächen 104, 105, 106, 107 (Fig. 2, 4 und 5) passen zu den entsprechenden Linsenflächen 91, 92, 93, 94 von Linse 30, um dicht daran anliegen zu können. Linsenaufnahme 36 weist eine nach links offene Bohrung 110 in x-Achsenrichtung auf (Fig. 3 und 4), in die das rechte Ende von Schraube 78 eingeschraubt wird. Die rechte Spitze von Schraube 77 drückt gegen die linke Seite der Linsenaufnahme 36, ohne allerdings darin eingeschraubt zu sein. Die köpfe der Schrauben 62, 72 und 77 können als Inbusschraubenköpfe ausgebildet sein, um das Anziehen zu erleichtern.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wirkt im Betrieb eine Bewegung θzM im Uhrzeigersinn auf die Linsenaufnahme 36 ein, indem die Kraft Fs der Feder 80 gegen den Kopf der Schraube 78 drückt, während das andere Ende der Schraube an der Bohrung 110 zur Linsenaufnahme 36 befestigt ist. Dadurch wird ein Haltedrehmoment im Uhrzeigersinn in Richtung θz auf Linse 30 um einen Drehpunkt ausgeübt, der durch Stift 69 vorgesehen ist. Dies wird durch die Spitze von Schraube 77 unterstützt, die sich in Kontakt mit der linken Kante der Linsenaufnahme 36 befindet. Das Haltedrehmoment drückt die Linse 30 gegen die Spitze der Schraube 72, die zusammen mit der Spitze von Schraube 77 die Kräfte Fx, FOz wie angezeigt bereitstellt. Linse 30 kann gegen die Vorspannung der Feder 80 in der x-Achse zur Einstellung hin- und herbewegt oder in Richtung θz gedreht werden, indem die Schraube 72 und/oder 77 vorgeschoben wird. Durch Vorschieben der Schraube 77 in x-Richtung wird die Linsenaufnahme 36 und die Linse 30 in x-Richtung verschoben, um somit die Linse 30 auf der x-Achse anzuordnen, wobei es zu einem Zusammenspiel zwischen Aufnahme und Feder 80 kommt. Durch Vorschieben der Schraube 72 in y-Richtung wird die Linsenaufnahme 36 und die Linse 30 im Gegenuhrzeigersinn um den Zapfenpunkt 69 gedreht, um somit die Lage in Richtung θz gegen das Haltedrehmoment der Feder 80 einzustellen. Die Einstellung des Drehwinkels θz der Linse 30 wird zuerst durchgeführt, so daß die x-Achseneinstellung dadurch nicht beeinträchtigt wird. Die Schiebe-/Ziehvorrichtung dient dazu, die Finstellung in Drehrichtung θz beizubehalten, während die Einstellung in x-Richtung erfolgt. Sobald die Anordnung in x-Richtung und in Drehrichtung θz. erfolgt ist, werden die Schrauben 88, 89 angezogen, um die relative Anordnung der Linsenaufnahme 36 und des Trägers 33 zu fixieren. Um die Linse 30 gegen die Schrauben 72, 77 zu drücken, wird ein Drehmoment im Uhrzeigersinn ausgeübt, damit die mit Rechtsgewinde versehenen Schrauben 88, 89 die Linse 30 nicht aus der eingestellten Lage bringen, wenn sie angezogen werden. Da die Linsenaufnahme 36 selbst nicht zur Anordnung der Linse herangezogen wird, sondern nur dazu, einen Druck in Richtung der z-Achse und ein Haltedrehmoment in Drehrichtung θz auszuüben, kann es sich hierbei um ein preisgünstiges Bauteil ohne hohe Genauigkeit handeln. Die einzigen Bauteile, die eine hohe Genauigkeit erfordern, sind Linse 30, Linsenträger 33 und Sockel 32.
Linsenträger 33 ist an seiner Unterseite mit drei horizontal planen Stellfüßen 58, 59 und an seiner Seite mit zwei vertikal planen Füßen 56, 57 versehen, wie bereits zuvor beschrieben wurde. Die federgespannte Rastspitze 63 der Schraube 62 übt eine Kraft aus, die alle fünf Füße gegen entsprechende Ausbildungen des Sockels 32 drückt, die in z- Achsenrichtung verlängert sind, um eine Einstellung in dieser Richtung vornehmen zu können. Diese Ausformungen sind so angeordnet, daß die für die Positionierung wichtigen Flächen 39, 44 mit derselben Frässchneide in derselben Einstellung bearbeitet werden können, um somit die Genauigkeit zu erhöhen. Die in Richtung x-z planen Füße 58, 59 werden gegen die in Richtung x-z plane, horizontale Sockeifläche gedrückt, und die in Richtung y-z planen Füße 56, 57 werden gegen die in Richtung y-z ebene, vertikale Schienenfläche 44 gedrückt. Die Schiene 42 ist so bemessen, daß ihre obere Fläche 43 nicht in Kontakt mit Linsenträger 33 ist. Der Druck wird ausgeübt, indem die Federkraft der Rastspitze 63 von Schraube 62 gegen den diagonalen Winkel der Fläche 47 wirkt, wodurch Kräfte in x- und y-Richtung wirken. Um den Linsenträger 33 in Richtung der z-Achse zwecks Fokussierung zu bewegen, wird Schraube 62 gelöst, so daß der Linsenträger 33 entlang Schiene 42 verfährt, bis die gewünschte Lage in Richtung der z-Achse erreicht ist, worauf der Linsenträger 33 in dieser Lage durch Anziehen der Schraube fixiert wird. Die Feder von Rastspitze 63 sorgt dafür, daß die Füße während des Einstellvorgangs gegen die Schiene gedrückt werden. Indem dafür gesorgt ist, daß die Fläche 98 von Öffnung 68 in x-y-Ebene plan bearbeitet ist und senkrecht zu den entsprechenden x-z- und y-z-Planflächen der Füße 58, 59 sowie der Füße 56, 57 verläuft, ist die einwandfreie Anordnung der Linse 30 in Drehrichtungen θx, θy möglich, wenn die plane Linsenfläche 96 gegen die Fläche 98 gedrückt wird.
Fig. 7 und 8 zeigen die zuvor erörterten Grundsätze unter Anwendung auf die Linsenhalterung 20' aus Fig. 1. Die Linsenhalterung 20' sieht die Befestigung von zwei zylindrischen Linsen 30', 30" vor, deren Krümmungen (zur Vergrößerung) in Richtung der y-Achse weisen. Wie zu sehen ist, ist eine Linse 30' in den Öffnungen einer Linsenaufnahme 36' und eines Linsenträgers 33' befestigt. Schraube 77' tritt durch eine Erweiterung 74' von Linsenträger 33' durch, um gegen eine Kante der Linsenaufnahme 36' zu drücken, während Schraube 78' durch Gewindegänge in Linsenaufnahme 36' an einer anderen Stelle derselben Kante eingreift und durch Feder 80' vorgespannt wird. Eine ähnliche Einstellung wird für die Linse 30" vorgenommen, wobei sich andere Teile in den Öffnungen von Linsenträger 33" und Linsenaufnahme 36" befinden. Eine Schraube 77" tritt durch eine Erweiterung 74", um gegen die Linsenaufnahme 36" zu drücken. Eine Schraube 78" ist an Linsenaufnahme 36' befestigt, um unter der Wirkung von Feder 80" eine Vorspannung zu erzeugen. Schrauben 88', 89' und 88", 89" sorgen auf die gleiche Weise für eine Fixierung, wie anhand der Schrauben 88, 89 zuvor besprochen.
Die Positionierung der Linse 30' in Richtung der z-Achse erfolgt derart, daß Linsenträger 33' an fünf Punkten, nämlich über drei horizontal plane Füße 58', 59' und über zwei vertikal plane (nicht gezeigte) Füße, gegen entsprechende horizontal und vertikal ebene Flächen 39', 44' des Sockels 32' belastet wird. Ein Führungsarm 120 (Fig. 8) ist über eine Schraube 121 an einer Seite des Linsenträgers 33' befestigt. Eine Schraube 62' mit einem vorgespannten Kugelende drückt gegen eine abgewinkelte Fläche 47' einer Längsrille in einem Schienenbereich 42' des Sockels 32'. Das auf die Fläche 47' wirkende Kugelende der Schraube 62' zieht die horizontalen Füße 58', 59' nach unten gegen die horizontale Fläche 39' und die vertikalen (nicht gezeigten) Füße nach außen gegen die vertikale Fläche 44'.
Linsenträger 33" und Linsenaufnahme 36" werden durch Linsenträger 33' getragen. Die Schrauben 77"', 78"', die eine Schiebe-/Zug-Beziehung zwischen den Elementen 33' und 33" herstellen, sehen eine Bewegung des Trägers 33" in z- Achsenrichtung relativ zum Träger 33' vor. In Längsrichtung beabstandete Vorsprünge 129, 130 von Element 33' erstrecken sich nach oben und bewegen sich innerhalb eines Längsschlitzes 128, der in Linsenträger 33" ausgebildet ist. Längsschlitz 128 ist in Richtung der x-Achse etwas größer als die Vorsprünge 129, 130. Ein durch die Kraft der Feder 80"' im Gegenuhrzeigersinn aufgebautes Haltedrehmoment in Richtung θy wirkt auf gegenüberliegende Seiten der Vorsprünge 129, 130 und drückt diese gegen die Seiten des Längsschlitzes 128. Eine Feststellschraube 132 fixiert die Position der Linsenträger 33', 33" zueinander in z-Achsenrichtung nach der Einstellung.
Fig. 3-12 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Linsenhalterung 210, die ähnliche Grundsätze wie die in den zuvor beschriebenen Halterungen 20, 20' anwendet. Wie bei den Ausführungsformen 20, 20' wird die Anordnung der Linse mit Hilfe einer Linsenaufnahme erreicht, wobei die plane Fläche der Linse an einer entsprechenden planen Fläche einer übergroßen Öffnung eines Linsenträgers anliegt. Im Unterschied zu den vorher beschriebenen Anordnungen, bei denen die Anordnung der Linse in x- oder y-Achsenrichtung und in der Drehrichtung θz erfolgt, indem die Lage der Linsenaufnahme relativ zum Linsenträger eingestellt wird, werden diese Einstellungen bei der Halterung 210 direkt an der Linse durchgeführt.
Die Halterung 210 (Fig. 9-12) wird in einer Konfiguration gezeigt, mit der eine zylindrische Linse 212 (zur besseren Übersicht aus Fig. 11 weggelassen) mit ihrer Vergrößerungsseite in Richtung der y-Achse angeordnet werden kann. Halterung 210 umfaßt einen Linsenträger 214 mit einer mittigen optischen Öffnung 215 (in Fig. 10 und Fig. 11 durch Strichlinien dargestellt) und einer Linsenaufnahme 216 mit einer entsprechenden Öffnung 217. (Die Linsenaufnahme 216 wurde zur besseren Übersicht aus Fig. 10 und 11 weggelassen.) Die Öffnung 215 ist eine kreisförmige Öffnung, die konzentrisch parallel zur z-Achse ausgebildet ist. Die Öffnung 217 ist ähnlich konfiguriert, mit dem Unterschied, daß sie in Richtung der y-Achse verlängert ist. Der dargestellte Träger 214 ist zur starren Befestigung in einer Lage in Richtung der z-Achse auf einer ortsfesten Struktur 211 (Fig. 11) vorgesehen, der alle Komponenten der optischen Baugruppe trägt. Alternativ hierzu kann die Halterung 210 so konfiguriert werden, daß sie in Interaktion mit einem darunterliegenden Sockel entlang der z-Achse in Längsrichtung eingestellt werden kann, wie zuvor anhand des entsprechenden Linsenträgers 33 beschrieben wurde.
Der Träger 214 umfaßt einen allgemein planen vertikalen Bereich 218, der sich nach oben von einem Paar nach außen abgespreizter und nach vorne verlängerter Tragfüße 219, 220 erstreckt. Die Bodenfläche 221 von Träger 214 liegt in Ebene x-z. Vertikale Durchbohrungen 222, 223 in den Tragfüßen 219, 220 sowie eine nach oben gerichtete Blindbohrung 224 sowie ein Blindlangloch 225 an der Bodenfläche 221 dienen der Befestigung des Trägers 214 in einer starren Lage zur z-Achse auf einer entsprechenden Fläche in Ebene x-z der zugrundeliegenden optischen Struktur 211 (Fig. 11). Die Bohrungen 222, 223 sind so beabstandet, daß sie dem Abstand entsprechender Gewindebohrungen 229, 230 auf der zugrundeliegenden optischen Struktur 211 entsprechen, so daß Gewindeschrauben oder vergleichbare Befestigungselemente 234, 235 durch die Bohrungen 222, 223 in die Löcher 229, 230 geführt und angezogen werden können, um die Linse 212 gegen die Fläche in Ebene x-z der Struktur 211 nach unten zu halten. Paßstifte 237, 239 ragen aus der Struktur 211 nach oben und passen in die Blindbohrung 224 und in das Blindlangloch 225 des Trägers 214, um zusammen mit den Flächen 211, 221 die Drehrichtung θx, θy und die Hin- und Herbewegung in Richtung der z-Achse festzulegen, wie zuvor beschrieben wurde. Die Bohrungen 222, 223 sind in bezug zu den Halteschrauben 234, 235 übergroß. Die Blindbohrung 224 und das Blindlangloch 225 passen allerdings genau auf die Stifte 237, 239.
Der vertikale Bereich 218 weist parallele vordere und hintere vertikale Flächen 226, 227 auf. Eine allgemein rechtwinklige Öffnung 228 zur Aufnahme der Linse ist in der vorderen Fläche 26 ausgebildet und weist horizontale und vertikale Abmessungen auf, die etwas größer als die entsprechenden Abmessungen der Linse 212 sind. Gewindebohrungen 231, 232 erstrecken sich in Richtung der z-Achse zwischen Flächen 226, 227 oberhalb und unterhalb der Öffnung 228. Ein Paßstift 233 wird in axialer Ausrichtung zur z-Achse in eine Vergrößerung in der linken Kantenfläche der Öffnung 228 aufgenommen, die in Nähe der unteren linken Ecke der Öffnung 228 liegt. Eine Gewindebohrung 236 (durch Strichlinien in Fig. 10 dargestellt) erstreckt sich vertikal in Richtung der y-Achse durch den Bereich 218 und öffnet sich zur oberen Innenfläche der Öffnung 228 in Nähe der rechten oberen Ecke. Eine in y-Achse einstellbare Justierschraube 238 mit einer abriebfesten Spitze wird in Bohrung 236 zur selektiven Bewegung in Richtung der y-Achse aufgenommen und berührt die obere Kante 240 der Linse 212. Eine Gewindebohrung 242 (durch Strichlinien in Fig. 10 dargestellt) erstreckt sich in Richtung der x-Achse horizontal durch die rechte Seite des Bereichs 214 und öffnet sich zur rechten Innenfläche der Öffnung 228 neben der oberen rechten Ecke. Eine in Drehrichtung θz einstellbare Stellschraube 243 mit einer abriebfesten Spitze wird in Bohrung 242 aufgenommen, um selektiv in Richtung der x-Achse in Kontakt mit der rechten Kante 244 der Linse 212 bewegt zu werden.
Eine glatte Blindbohrung 246 (durch Strichlinien in Fig. 10 dargestellt) erstreckt sich vertikal in Richtung der y- Achse von einer Öffnung an der untere Kante der Öffnung 228 neben der unteren linken Ecke. Eine Druckfeder 248 ist innerhalb der Bohrung 246 angeordnet, um eine nach oben gerichtete Kraft Fs (Fig. 12) auf die untere Kante 249 der Linse 212 neben der unteren linken Ecke auszuüben. Die vordere Fläche 251 der Öffnung 228 ist in Ebene x-y des optischen Systems plan.
Die Linsenaufnahme 216 (Fig. 9) ist ein dünnes, plattenähnliches Element mit vorderen und hinteren vertikalen Planflächen 254, 255 zwischen denen sich die Öffnung 217 erstreckt. Bohrungen 257, 258 erstrecken sich in Richtung der z-Achse zwischen Flächen 254, 255 in entsprechenden Positionen über und unter der Öffnung 217. Die Bohrungen 257, 258 sind geglättet. Bohrung 257 ist in Richtung der y-Achse verlängert. Der vertikale Abstand zwischen den Bohrungen 257, 258 entspricht dem vertikalen Abstand der entsprechenden Bohrungen 231, 232 oberhalb und unterhalb der Öffnung 28 in Träger 214. Schrauben 261, 262 (Fig. 9) sind jeweils durch die Bohrungen 257, 258 geführt und in die Gewindebohrungen 231, 232 eingeschraubt, wodurch die Fläche 254 der Linsenaufnahme 216 bündig mit der gekrümmten Fläche 264 der Linse 212 in Anlage gebracht wird. Aufgrund der Verlängerung der Bohrung 257 in Richtung der y-Achse kann sich die Linsenaufnahme 216 um die Linse 212 legen, wenn die Schrauben 261, 262 angezogen werden, wodurch die Planfläche 265 der Linse 212 bündig gegen die in x-y-Ebene plane Fläche 251 der Öffnung 228 gedrückt wird.
Linse 212 (Fig. 9, 10 und 12) weist obere und untere horizontale, in x-z-Richtung plane Kanten 240, 249 und linke und rechte vertikale, in y-z-Richtung plane Kanten 266, 244 auf. Die zur Veranschaulichung dargestellte Linse 212 ist eine konvex-plane Konstruktion mit einer konvexen vorderen Fläche 264 und einer in x-y-Ebene planen hinteren Fläche 265. Die Fläche 264 ist zylindrisch geformt, um eine Krümmung (d.h. Vergrößerung) in Richtung der y-Achse vorzusehen, weist aber in Richtung der x-Achse eine plane Form auf (keine Vergrößerung). Die Krümmung der konvexen Fläche 264 ist mittig auf eine in Fig. 9 bezeichnete zylindrische Linsenachse 267 ausgerichtet. Die Linse 212 dient dazu, eine Vergrößerung nur in y-Achsenrichtung zu erzielen und kann somit benutzt werden, um die y-Achsenausdehnung der Punktgröße des elliptischen Laserabtaststrahls zu steuern, der entlang der z-Achse auf Linse 212 gerichtet ist.
Idealerweise ist Linse 212 so ausgebildet, daß die zylindrische Achse 267 der Fläche 264 mit den Mittelpunkten der y-Achsenerweiterungen der Kanten 266, 244 zusammenfällt und parallel zu den x-z-Ebenen der Kanten 240, 249 verläuft. Die meisten Linsen sind allerdings nicht ideal. Halterung 210 soll daher sicherstellen, daß die Linsenachse 267 der zylindrischen Fläche 264 genau mit dem einfallenden optischen Strahl in x-z-Ebene ausgerichtet ist. Geringfügige Abweichungen der Transiationsausrichtung der Linse 212 in Richtung der x-Achse (keine Vergrößerung) wirken sich kaum aus, da die Vergrößerung nur in Richtung der y-Achse erfolgt. Die Ausrichtung in Richtung der z-Achse betrifft ausschließlich die Fokussierung und wird entsprechend anhand der Befestigung der Tragfüße 219, 220 an der darunter liegenden optischen Struktur durchgeführt. Von größter Bedeutung sind daher die Einstellungen zum Hin- und Herbewegen in der y-Achse (Vergrößerung) sowie in der Drehrichtung θz. Die Anordnung in Drehrichtung θy und θx kann durchgeführt werden, indem man dafür sorgt, daß die Planfläche 251 (orthogonal zu den Kanten 240, 249 und 266, 244 geschnitten) mit der x-y-Ebene des optischen Systems ausgerichtet ist. Hierzu ist die Innenfläche 251 (Fig. 11) der Öffnung 228 derart ausgebildet, daß sie vertikal plan zur x-y-Ebene ist, wie bereits beschrieben wurde.
Wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, wird die Planfläche 265 der zylindrischen Linse 212 in Richtung der z-Achse gegen die zurückliegende x-y-Planfläche 251 der Öffnung 228 des Linsenurägers 214 gedrückt. Dadurch wird die Linse 212 in Drehrichtung θx und θy ausreichend positioniert, damit der Strahl des Laserdruckers geformt wird, ohne daß eine Justierung erforderlich ist. Der Druck wird durch Federmittel ausgeübt, indem die dünne, plattenförmige Linsenaufnahme 216 um die nach hinten vorstehende gekrümmte Fläche 264 der Linse 212 mit Hilfe der Schrauben 261, 262 angezogen wird.
Wie in Fig. 12 gezeigt, wirkt im Betrieb eine Bewegung θzM im Uhrzeigersinn auf die Linse 212 ein, indem die Kraft Fs der Feder 248 gegen die Fläche 249 neben der unteren linken Ecke der Linse 212 drückt. Dadurch wird ein Haltedrehmoment im Uhrzeigersinn in Richtung θz auf Linse 212 ausgeübt, wenn durch die Spitze der Schraube 238, die mit der Fläche 240 die diagonal entgegengesetzten Ecke der Linse 212 berührt, eine Kraft ausgeübt wird. Das Haltedrehmoment drückt die Linse 212 ebenfalls gegen die Spitze der Schraube 243, die zusammen mit der Spitze von Schraube 238 die Kräfte Fy, Fθz wie angezeigt bereitstellt. Stift 233 wirkt wie eine Führung, gegen die die Linse ebenfalls gedrückt wird. Feder 248 übt ein Haltedrehmoment in Richtung der y-Achse aus. Die Einstellung der Linse 212 zum Hin- und Herbewegen in Richtung der y-Achse (Vergrößerung) sowie die Einstellung in Drehrichtung θz kann kann gegen die Vorspannung der Feder 248 vorgenommen werden, indem die Schraube 238 und/oder 243 vorgeschoben wird. Durch Vorschieben der Schraube 243 in x-Richtung wird die Linse 212 in Drehrichtung θz um den Drehpunkt 233 verschoben, so daß die Anordnung in Richtung θz gegen die Vorspannung der Feder 248 vorgenommen wird. Durch Verschieben der Schraube 238 in y-Richtung wird die Linse 212 in Richtung der y-Achse verschoben, um die Anordnung in der y-Achse der Linse 212 einzustellen. Die Linse 212 bleibt gegen den Führungsstift 233 und die Spitzen der Schrauben 238 und 243 während dieser Maßnahme aufgrund des im Uhrzeigersinn wirkenden Haltedrehrnoments θz gespannt. Die Einstellung der Anordnung in Drehrichtung θz der Linse 212 wird zuerst durchgeführt, um die Einstellung in Richtung der y-Achse nicht zu beeinträchtigen. Durch den Druck der Linse 212 gegen die Stifte 233, 243 bleibt die Einstellung in Drehrichtung θz erhalten, während die Einstellung in Richtung der y-Achse vorgenommen wird. Sobald die Anordnung in Richtung der y-Achse und in Drehrichtung θz eingestellt worden ist, werden die Schrauben 261, 262 voll angezogen, um die Linse 212 gegen eine weitere Bewegung relativ zum Lisenträger 214 zu verriegeln.
Um die Linse 212 gegen die Schrauben und Stifte 233, 238, 243 zu drücken, wird ein Drehmoment θzM im Uhrzeigersinn ausgeübt, damit die mit Rechtsgewinde versehenen Schrauben 261, 262 die Linse 212 nicht aus der eingestellten Lage bringen, wenn sie angezogen werden. Da die Linsenaufnahme 216 selbst nicht zur Anordnung der Linse 212 herangezogen wird, sondern nur dazu, einen Druck in Richtung der z-Achse auszuüben, kann es sich hierbei um ein preisgünstiges Bauteil ohne hohe Genauigkeit handeln. Im Unterschied zu der entsprechenden Linsenaufnahme 36 der Halterung 20 ist die Linsenaufnahme 216 nicht direkt an der Anwendung des Drehmoments beteiligt. Die Linsenaufnahme 216 kann daher wesentlich einfacher konstruiert sein. Sie kann beispielsweise ein einfaches, flaches Metallblech ohne besondere Formgebung sein, das sich beim Anziehen vorzugsweise elastisch um die Linse 212 legt und somit die Linse 212 in der gewünschten Anordnung festhält.
Zwar wurden zuvor die als bevorzugt erachteten Ausführungsformen der Erfindung erläutert, aber es können selbstverständlich viele Abwandlungen und Anderungen daran vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die nachfolgenden Ansprüche decken daher sämtliche derartigen Ahderungen und Abwandlungen ab, soweit sie unter den Schutzbereich der Erfindung fallen.

Claims

1. Vorrichtung zur Verwendung in einem optischen System mit einer Quelle zum Projizieren eines Lichtstrahls entlang einer Bahn durch eine zylindrische Linse mit rechteckigem Querschnitt auf ein Empfangsmedium, wobei die Vorrichtung Mittel aufweist, welche die einen rechteckigen Querschnitt aufweisende zylindrische Luise derart positionieren, daß diese (a) bezüglich einer sich entlang einer x- und y-Achse erstreckenden orthogonalen Richtung hin- und herbewegbar und (b) um eine senkrecht zur x- und y-Achse verlaufenden z-Achse drehbar entgegen einem Haltedrehmoment angeordnet ist, gekennzeichnet durch

einen Linsenträger (33; 214) mit einer eine plane Bodenfläche (98; 251) zum Aufnehmen der rechteckigen Linse aufweisenden Ausnehmung (68; 228), wobei die Bodenfläche (98; 251) mit einer mittigen optischen Öffnung (34; 215) versehen ist;

Mittel (36, 88, 89; 216, 261, 262), die die Linse durch Andrücken einer größeren Linsenfläche an die Bodenfläche (98; 251) in der Ausnehmung (68; 228) haltern; und

Mittel (69, 72, 77; 233, 238, 243), die die Position der rechteckigen Linse innerhalb der Ausnehmung (68; 228) in zwei senkrechten Richtungen in einer parallel zur Bodenfläche (98; 251) verlaufenden Ebene und in einer Drehrichtung um eine senkrecht zur Bodenfläche (98; 251) verlaufenden Achse einstellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (69, 72, 77; 233, 238, 243) zum Einstellen der Position der rechteckigen Linse innerhalb der Ausnehmung direkt zwischen der Linse und dem Linsenträger betätigbare Mittel (69, 72; 233, 238, 243) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel (32, 53, 54; 32', 58', 59), die den Linsenträger (33; 214) entlang einer senkrecht zu einer durch die Bodenfläche (98; 251) gebildeten Ebene hin- und herbewegbar positionieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel (62; 62'), die den Linsenträger (33; 214) relativ zu den Mitteln (32, 53, 54; 32', 58', 59) zum hin- und herbewegbaren Positionieren feststellen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Linsenbefestigungselement (36, 36', 36"), das eine öffnung (102) zum Aufnehmen der Linse umfaßt und von der Ausnehmung (68; 228) entlang der senkrecht zur planen Bodenfläche verlaufenden Achse axial beabstandet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Mittel (246, 248) zum Aufbringen des Haltedrehmoments unmittelbar zwischen Linse und Linsenträger (33; 214).

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (69, 72, 77; 233; 238, 243) zum Einstellen der Position der rechteckigen Linse innerhalb der Ausnehmung einen in die Ausnehmung (68; 228) ragenden Vorsprung (69, 233) sowie Mittel (72, 77; 238; 243) zum schwenkbaren Bewegen der Linse um den Vorsprung aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (69, 72, 77; 233, 238, 243) zum Einstellen der Position der rechteckigen Linse innerhalb der Ausnehmung Mittel (72, 238) zum veränderbaren Positionieren der Linse durch Hin- und Herbewegen in einer ersten Richtung umfaßt, die sich in einer parallel zur planen Bodenfläche (98; 251) verlaufenden Ebene erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (69, 72, 77; 233, 238, 243) zum Einstellen der Position der rechteckigen Linse innerhalb der Ausnehmung Mittel (72, 238) zum veränderbaren Positionieren der Linse durch Hin- und Herbewegen in einer zweiten Richtung umfaßt, die sich in einer parallel zur planen Bodenfläche (98; 251) verlaufenden Ebene erstreckt, wobei die erste und zweite Richtung orthogonal zueinander verlaufen.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (36, 88, 89; 216, 261, 262) zum Haltern der Linse in der Ausnehmung (68; 228) die Hauptfläche der Linse federnd gegen die Bodenfläche (98; 251) vorspannen.