DE19753311A1

DE19753311A1 - Scanner für zwei Formate mit vor der Abtastoptik erfolgender Strahlablenkung

Info

Publication number: DE19753311A1
Application number: DE19753311A
Authority: DE
Inventors: Michael E Harrigan; Badhri Narayan; Drew D Summers
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1998-06-18
Also published as: US5867298A; JPH10170850A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Laserdrucker, die zum Belichten licht empfindlicher Materialien mehrfach facettierte Polygon-Strahlablenker verwen den, und insbesondere auf Laserdrucker, die Bilder in mehreren Formaten und Auflösungen drucken können.

Bei der Erzeugung digitaler Bilder auf lichtempfindlichen Medien gibt es minde stens zwei verschiedene Anwendungen, die unterschiedliche Anforderungen stellen. Zum einen ist dies der Druck großformatiger, hochwertiger Bilder mit feiner Text- und Grafikwiedergabe, bei denen die Produktionsgeschwindigkeit nicht kritisch ist. Bilder dieser Art sind bis zu etwa 30,5 Zentimeter (12 Inch) breit und weisen Punktdichten von mehr als 16 Punkten pro Millimeter (400 Punkten pro Inch) auf. Bei der zweiten Anwendung handelt es sich um klein formatige Bilder mit großem Text, bei denen hohe Produktionsgeschwindigkei ten verlangt werden. Diese Bilder sind bis zu etwa 12,7 Zentimeter (5 Inch) breit und weisen eine Punktdichte unter 16 Punkten pro Millimeter (400 Punk ten pro Inch) auf. Um den für zwei Maschinen erforderlichen Platz zu verrin gern, wäre der Einsatz nur eines Druckers von Vorteil, bei dem Format und Punktdichte in einfacher Weise zwischen den beiden beschriebenen Anwen dungen umgeschaltet werden können. Außerdem sollte der Drucker mit nur einer Papier-Transportbahn für beide Formate arbeiten, und die Herstellungs kosten eines solchen Druckers sollten niedriger sein als die Herstellungskosten zweier getrennter Maschinen.

Der Einsatz von Laserdruckern insbesondere für die Erzeugung elektrostati scher Bilder, wie dies z. B. bei Fotokopierern der Fall ist, ist allgemein bekannt. Bei diesen Anwendungen wird im allgemeinen nur ein Format und eine Auflö sung verwendet. Qualitäts-Laserdrucker verfügen normalerweise über optische Korrekturmittel zum Ausgleich von Herstellungsfehlern der Polygone, d. h. so genannter Pyramidenfehler; diese entstehen dadurch, daß die Facetten eine Neigung aufweisen und keinen vertikalen Zylinder ausbilden. Anders ausge drückt, liegen die Facetten-Normalen nicht alle in einer Ebene, sondern wei chen voneinander ab. Selbst kleine Fehler dieser Art führen zu starker Bildver schlechterung, da der Fehler sich periodisch wiederholt, d. h. bei jeder Umdre hung des Polygons erneut auftritt. Dies kann zu einer sogenannten Streifenbil dung im Bild führen. Das menschliche Auge ist für Streifenbildung sehr emp findlich, so daß es wünschenswert wäre, diesen Fehler auszuschalten.

Eines der Korrekturmittel für Polygon-Pyramidenfehler besteht darin, die Facette in einer festen Beziehung zum Bilderzeugungs-Medium zu halten. Bei der in US-A-4.040.096 beschriebenen Anordnung wird diese Koppelung da durch bewirkt, daß die vorgesehene zylindrische Linse nur im Seiten-Abtast bereich des Strahls wirkt. US-A-4.247.160 beschreibt einen Laser-Polygon drucker, bei dem ein positiver zylindrischer Spiegel zwischen einem Polygon und einem Bilderzeugungsmedium angeordnet ist. Bei keiner dieser Erfindun gen werden jedoch Bilder in mehreren Formaten erzeugt.

Um Drucke mehrerer Bildauflösungen mit nur einem Drucker zu drucken, hat man einen Scanner mit einer in Abtastrichtung in der Breite variierenden Refle xionsoberfläche eingesetzt. Siehe US-A-3.944.323. Andere Verfahren, mehrere Bildauflösungen mit nur einem Drucker zu erzielen, sind in US-A-5.289.001, 5.274.492, 5.255.115, 5.239.313, 4.953,036, 4.734,715 und 4.578.689 be schrieben. Keines dieser Patente offenbart jedoch die Verwendung von Mehr fach-Polygonen, und keines arbeitet mit mehr als einer Abtastlänge.

Die Verwendung mehrerer Formate wird in US-A-4.651.170 und 4.651.169 be schrieben. Bei diesen Patenten wird das Format in Zeilen-Abtastrichtung, d. h. die Abtastlänge, dadurch verändert, daß der Abstand zwischen Polygon- Strahlablenker und Bilderzeugungsmedium verändert wird. Um sicherzustellen, daß der Strahlfokus im Abtastbereich des Strahls auf dem Medium liegt, modi fiziert man die Abtastoptik vor dem Polygon-Strahlablenker. Außerdem wird der zylindrische Spiegel nach dem Polygon geneigt und verschoben, um die Poly gon-Spiegelfacette und das Bilderzeugungsmedium in einer festen Beziehung zueinander zu halten. Zur Änderung des Seiten-Abtastformats verändert man die Geschwindigkeit des sich bewegenden Mediums.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Laserdrucker anzugeben, mit dem Bil der unterschiedlichen Formats und unterschiedlicher Punktdichte erzeugt wer den können.

Die genannten und weitere Aufgaben werden erreicht durch einen Laserdruc ker mit einer Lichtquelle, die einen auf einen Polygonturm fallenden Lichtstrahl erzeugt, wobei der Polygonturm aus einem ersten Polygon mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Anzahl von Facetten und einem zweiten Poly gon mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Anzahl von Facetten besteht und sich um eine Achse dreht, welche dem ersten und zweiten Polygon gemein ist. Der Polygonturm wird in einer senkrechten Ebene bewegt, so daß das einfallende Licht sowohl am ersten als auch am zweiten Polygon in eine etwa senkrecht zur Drehachse des ersten bzw. zweiten Polygons stehende Ebene gelenkt wird. Außerdem wird der Polygonturm in seitlicher Richtung in einer Ebene bewegt, die zur Drehachse des Polygonturms etwa senkrecht steht. Zur Veränderung der Größe und des Formats wird der Polygonturm gleichzeitig in vertikaler und seitlicher Richtung bewegt, so daß auf die Facet ten des ersten Polygons fallende Lichtstrahlen etwa im gleichen Abstand von einer Abtastoptik auf die Facetten des zweiten Polygons fallen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Optik eines Laser-Thermodruc kers mit einem mehrfach facettierten Doppel-Polygonturm;

Fig. 2 eine Draufsicht der Optik eines Laser-Thermodruckers gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ablenkung eines einfallenden Lichtstrahls durch ein sechzehnseitiges Polygon;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines sechzehnseitigen Polygons, das einen einfallenden Lichtstrahl durch eine Objektivlinse ab lenkt;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Ablenkung eines einfallenden Lichtstrahls durch ein achtseitiges Polygon;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines achtseitigen Polygons, das einen einfallenden Lichtstrahl durch eine Objektivlinse ablenkt;

Fig. 7 eine Draufsicht des achtseitigen Polygons, in dem der Beginn, die Mitte und das Ende des Abtastvorgangs zu erkennen sind;

Fig. 8 eine Draufsicht eines achtseitigen Polygons, in dem die Verschie bung des einfallenden Stahls zu erkennen ist;

Fig. 9 eine schematische Darstellung des Polygonturms mit auf das sechzehnseitige Polygon fallendem Abtaststrahl;

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Polygonturms mit auf das achtseitige Polygon allendem Abtaststrahl; und

Fig. 11 eine Draufsicht, in der der einfallende Abtaststrahl auf eine Facette des sechzehnseitigen Polygons und des - in gestrichelten Linien dargestellten - achtseitigen Polygons fällt.

In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei es sich jedoch versteht, daß die Erfindung nicht auf die dargestellte Anzahl von Polygonen, eine bestimmte Anzahl von Facetten je Polygon, bestimmte For matgrößen oder Bildauflösungen beschränkt ist. Der allgemein mit 10 bezeich nete Scanner für zwei Formate mit vor der Abtastoptik erfolgender Stahlablen kung besteht aus einer Eingangsoptik 12, einem Polygonturm 14 und einer Abtastoptik 16. Die Eingangsoptik kann aus den unterschiedlichsten Licht quellen, wie einem Einfach-Laser, z. B. einem Halbleiter- oder Gas-Laser, und Fokussier- und Kollimator-Linsen für das von der Lichtquelle kommende Licht bestehen. Die Abtastoptik 16 fokussiert das vom Polygonturm 14 kommende Licht auf ein nicht dargestelltes Bildmedium.

Im Sinne dieser Beschreibung ist unter "Abtastoptik" ein zwischen dem Poly gon-Ablenker und dem Bildempfangsmedium angeordnetes optisches System zu verstehen. Abtastoptiken sind dem Fachmann bekannt und erfüllen minde stens einige der folgenden Funktionen: Fokussieren des abgelenkten Licht strahls derart, daß Pixel der gewünschten Größe sowohl in Abtastrichtung der Lichtstrahlen als auch in Querrichtung dazu auf dem Medium abgebildet wer den, optische Abstimmung zwischen Polygonfacette und Medium, Plazierung des Pixelschwerpunkts in der Mitte einer "f-theta" fθ-Position im Abtastbereich der Optik. Die fθ-Position liegt um eine Strecke entlang der Abtastzeile vom Abtastmittelpunkt entfernt, die gleich dem Produkt der Brennweite der Ab tastoptik in Abtastrichtung der Optik und des Strahlablenkwinkels gegenüber der optischen Achse der Abtastoptik ist, gemessen in Winkelgraden am Eintritt in die Abtastoptik.

Der Scanner für zwei Formate mit vor der Abtastoptik erfolgender Strahlablen kung arbeitet in der Weise, daß ein Lichtstrahl von der Eingangsoptik 12 auf ein sechzehnseitiges Polygon 20 oder ein achtseitiges Polygon 30 geworfen wird, wobei die beiden Polygone eine gemeinsame Drehachse 42 aufweisen. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Scanners für zwei Formate mit vor der Ab tastoptik erfolgender Strahlablenkung gemäß Fig. 1. Fig. 3 und 4 zeigen eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht des Polygonturms 14.

In Fig. 3 und 4 ist ein sechzehnseitiges Polygon 20 dargestellt, das einen ein fallenden Lichtstrahl 20 ablenkt. Der abgelenkte Lichtstrahl 23 passiert die aus Linsen 25, 26 und 27 bestehende Abtastoptik, ebenso als fθ-Optik bekannt, und wird in einem Punkt im Mittelpunkt eines - nicht dargestellten - entfernt an geordneten Abbildungsmediums fokussiert. Mit 24 ist der Weg des abgelenkten Lichtstrahls bezeichnet, den dieser durch die Abtastoptik nimmt, wenn sich das Polygon um 6,2 Grad im Gegenuhrzeigersinn gedreht hat.

In Fig. 5 und 6 ist ein achtseitiges Polygon 30 dargestellt, das einen einfallen den Lichtstrahl 32 größeren Durchmessers entlang derselben Bahn durch die selbe Abtastoptik auf einen Punkt in der Mitte eines - nicht dargestellten - ent fernt angeordneten Abbildungsmediums fokussiert. Der abgelenkte Lichtstrahl 33 passiert ebenfalls die Abtastoptik. Mit 39 ist der Weg bezeichnet, den der abgelenkte Lichtstrahl durch die Abtastoptik nimmt, wenn sich das Polygon um 12,4 Grad im Gegenuhrzeigersinn gedreht hat.

Das sechzehnseitige Polygon 20 wird zur Ausbildung von Punkten mit einem Durchmesser von 0,169 mm, gemessen wurde der 1/e² Durchmesser, auf dem Abbildungsmedium, eingesetzt. Das abgetastete Bild hat eine Länge von 12,7 Zentimeter (5 Inch). Das achtseitige Polygon 30 erzeugt Punkte mit einem Durchmesser von 0,128 mm, gemessen wurde der 1/e² Durchmesser auf dem Abbildungsmedium. Die Länge des von dem achtseitigen Polygon 30 abgeta steten Bildes beträgt 25,4 Zentimeter (10 Inch).

Um das Problem der Verwendung derselben Abtastoptik für mehrere Wellen längen, Bildgrößen und Auflösungen zu lösen, muß man der Auswahl der Polygongröße und der Anzahl der Facetten besondere Aufmerksamkeit wid men. Dies ist der normale Ausgangspunkt für jede Scanner-Konstruktion, da die dem Polygon nachgeschaltete Optik in hohem Maße von den Eigenschaf ten des Polygons beeinflußt wird. Die Grundgleichung - Gleichung 1 - bestimmt die Mindest-Polygongröße,

Gleichung 1

worin
D_p - der Polygondurchmesser, quer über die Ecken gemessen (Durchmesser eines das Polygon umschreibenden Kreises),
S - die Abtastlänge,
λ - die Wellenlänge des Lichts
ε - der Arbeitszyklus (der Bruchteil des Winkels, den die Polygonfacette wäh rend des aktiven Abtastens beschreibt),
N - die Gesamtzahl der Facetten des Polygons,
ω₀ - der Bildpixelradius (bei der Intensität 1/e²),
β - der Abbruchfaktor des Polygons am Ende des Abtastvorgangs ist, wenn das Polygon sich durch den einfallenden Lichtstrahl hindurch dreht (ein Wert 1 be deutet, daß die Facettenecke den einfallenden Strahl bei der Lichtstärke 1/e² abbricht) und
θ_i - der Gesamtwinkel zwischen Lichtstrahl und abgelenktem Strahl in der Ab tastmitte
ist.

Die vorstehende Gleichung basiert auf der Annahme, daß der einfallende Lichtstrahl so auf das Polygon auftrifft, daß an jedem Abtastende derselbe Strahlabbruch durch die Facette erfolgt. Gleichung 2 bestimmt den Wert B_s, d. h. den vertikalen Abstand zwischen Polygonmitte und Eingangsstrahl. Siehe Fig. 7 und 8. Der Wert B_s, der denselben Abbruch des Eingangsstrahls an je dem Abtastende ergibt, wird durch die Gleichung 2 bestimmt.

Gleichung 2

worin
θ_p - der einer einzigen Polygonfacette gegenüberliegende Winkel,
Φ - die Gesamtdrehung des Polygons ist, die für die Abtastung der Länge S erforderlich ist.

In Fig. 7 ist das achtseitige Polygon 30 bei Abtastbeginn mit 34 gestrichelt, in der Mitte des Abtastvorgangs in ausgezogenen Linien mit 35, am Abtastende gestrichelt mit 36 dargestellt. Der einfallende Lichtstrahl 32 ist mit 37 am Ab tastbeginn, mit 33 in der Mitte des Abtastvorganges und mit 39 am Abtastende dargestellt.

An einem Ende des Abtastvorgangs hat sich das Polygon um Φ/2, am anderen Ende um -Φ/2 gedreht. Das Polygon dreht sich in nur einer Richtung, wobei der Abtastvorgang bei -Φ/2 beginnt und bei Φ/2 endet. Wählt man für B_s einen Wert nach Gleichung 2, so ist der Abstand zwischen der Ecke der Polygon facette und der Oberkante des einfallenden Lichtstrahls an einem Abtastende gleich dem Abstand zwischen der anderen Ecke der Polygonfacette und der Unterkante des einfallenden Lichtstrahls am anderen Abtastende.

Der Mindestdurchmesser jedes Polygons richtet sich nach der Anzahl der Facetten und dem Arbeitszyklus. Häufig kann man den Parameter der Sinus funktion im Nenner mit nur geringer Abweichung durch den entsprechenden Parameter in Radianten ersetzen. Die Abweichung verringert sich mit zuneh mender Facettenzahl. Bei mindestens 8 Facetten beträgt die Abweichung weniger als 3%. Daraus ergibt sich die folgende vereinfachte Gleichung:

Gleichung 3

Wenn alle anderen Parameter fest sind, nimmt der Durchmesser im Quadrat der Facettenzahl zu. Außerdem erreicht der Durchmesser ein Minimum, wenn der Arbeitszyklus ε gleich 0,5 ist, und nimmt bei einer Veränderung des Arbeitszyklus gegenüber 0,5 rasch zu.

Der Durchmesser ist zur Abtastlänge proportional und zur Pixelgröße der Ab bildung umgekehrt proportional. Daher benötigt man für eine größere Ab tastlänge und eine höhere Auflösung ein größeres Polygon. Die beiden vorste hend erörterten Anforderungen scheinen sich dann zu widersprechen. Denn sowohl ein größeres Format als auch eine höhere Auflösung wirken in Rich tung einer Vergrößerung des Polygondurchmessers. Daher scheint es schwie rig, ein Polygon derselben oder annähernd derselben Größe sowohl für ein großes Bildformat mit hoher Auflösung als auch für ein kleines Bildformat mit niedriger Auflösung zu verwenden. Berücksichtigt man jedoch in beiden Fällen zusätzlich die erforderliche Produktionsgeschwindigkeit, so werden bei größe rer Facettenzahl mehr Zeilen pro Umdrehung abgetastet als bei geringerer Facettenzahl. Jede Facette erzeugt eine Rasterabtastzeile, während die Abtastung in vertikaler Richtung, die sogenannte Seiten-Abtastrichtung, nor malerweise dadurch bewirkt wird, daß man das Bildmedium z. B. mittels einer zylindrischen Walze, auf der das Bildmedium befestigt ist, bewegt.

Die Anzahl der Facetten kann dann Änderungen der Abtastlänge und der Auf lösung ausgleichen, und tut dies auch wie gewünscht bei den beiden hier interessierenden Anwendungen. Denn die Verwendung einer großen Anzahl von Facetten für den Drucker für das kleine Format mit niedriger Auflösung gleicht die in diesem Fall benötigte geringere Größe aus, so daß die Polygone annähernd dieselbe Größe aufweisen. Die zugrundeliegende Idee besteht darin, den Wert SN²/ω₀ für beide Formate etwa konstant zu halten. Der Ein fallswinkel wäre dann in beiden Fällen gleich, und der Arbeitszyklus und der Abbruchfaktor wären nicht allzu unterschiedlich, so daß das Polygon für jedes Format etwa die gleiche Größe aufweisen könnte.

Ein weiterer Schritt besteht in der Möglichkeit, zur Ausbildung der Pixel in bei den Fällen dieselbe Optik nach dem Polygon zu verwenden. Bei einer soge nannten "fθ"-Linse verhält sich die Abtastlänge oder die Bildhöhe proportional zum Haupt-Strahlwinkel am Linseneintritt. Tatsächlich hat die fθ-Linse die Eigenschaft, daß

ist.

In dieser Gleichung ist S die vorstehend definierte Gesamtabtastlänge, f ist die Brennweite der Abtastoptik und θ_s ist der halbe optische Gesamt-Abtastwinkel in Radianten. Da ein Polygonspiegel den Winkel bei der Reflexion verdoppelt, ist θ_s = Φ, d. h. der gesamten mechanischen Drehung des Polygons über eine Facette. Nach der Definition des Arbeitszyklus ε ist daher

worin der einer Facette gegenüberliegende Winkel gleich 2π/N Radianten, d. h. gleich dem maximalen Winkel ist, um den eine Polygonfacette sich drehen kann. Löst man diese beiden Gleichungen nach der Brennweite auf, so erhält man:

Will man dieselbe Optik zum Abtasten mehrerer Formate verwenden, muß man daher den Wert

bei beiden Scannern gleich halten. Durch Kombination der beiden Gleichungen läßt sich das Quadrat der Anzahl der Facetten nach der Formatgröße, dem Arbeitszyklus und der Brennweite der Abtastoptik in Abtastrichtung wie folgt bestimmen:

Setzt man diese Gleichung in die Gleichung für den Polygondurchmesser ein, so erhält man:

Aus der so erhaltenen Gleichung lassen sich die Implikationen der Verwen dung derselben Brennweite f bei unterschiedlichen Abtastungen und Auflösun gen erkennen. Unter der Annahme, daß bei den beiden unterschiedlichen For maten Einfallswinkel, Wellenlänge und Brennweite gleich sind, und bei Ver wendung der Indizes 1 und 2 für die Werte jedes Formats erhält man:

Setzt man nun jeweils die gleichen Werte auf die rechte Seite jeder Gleichung, erhält man:

Diese Gleichung kann wie folgt umgestellt werden:

Damit ist das kleinste Polygon für ein Format und eine Auflösung zum kleinsten Polygon eines zweiten Formats und einer zweiten Auflösung ins Verhältnis ge setzt. Bei jedem Scanner sind unterschiedliche Arbeitszyklen und Abbruchfak toren möglich. Normalerweise sind Pixelgrößen und Formate festgelegt, und der Wert

ist nur wenig veränderlich. Versucht man, abweichende Arbeits zyklen zu verwenden, so führt dies zu ernsthaften Nachteilen bezüglich der erforderlichen Mindestgröße des Polygons für das andere Format. Die Ergeb nisse lassen sich aus der folgenden Tabelle ablesen, die anhand einiger kon kreter Zahlen ermittelt wurde.

Dies zeigt, daß die Mindestgröße des zweiten Polygons sich um etwa 9% er höht, wenn der Arbeitszyklus des Polygons um nur 0,02 vom ersten Arbeits zyklus abweicht. Außerdem ist erkennbar, daß die geringste prozentuale Ver änderung dann auftritt, wenn das erste Polygon mit einem Arbeitszyklus von 50% arbeitet.

Da die kleinste Polygongröße sich proportional zum Quadrat der Anzahl der Facetten verhält, ist es wohl am besten, die Größe des Polygons für die An wendung mit der höheren Geschwindigkeit zuerst auszuwählen. Dieses Poly gon wird, wenn die Anforderungen an die Geschwindigkeit überwiegen, wahr scheinlich selbst bei den geringeren Anforderungen an Formatgröße und Pixelgröße größer sein.

Wenn der Arbeitszyklus ε für beide Polygone gleich ist, muß das Produkt NS bei beiden Formaten denselben Wert aufweisen, da ja der Wert

konstant sein muß, um die Optik mit derselben Brennweite verwenden zu können. Dies ist auch die Erklärung dafür, daß das sechzehnseitige Polygon 20 12,5 Zenti meter (5 Inch) abtastet, während das achtseitige Polygon 30 25,4 Zentimeter (10 Inch) abtastet.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, für das kleinere Format dasselbe Poly gon zu verwenden, das auch für das große Format verwendet wird, und den Arbeitszyklusfaktor so anzupassen, daß die folgende Gleichung erfüllt wird:

Bei diesem Verfahren schaltet man den Laser nur während des mittleren Teils von 12,5 Zentimeter (5 Inch) der Abtastlänge von 25,4 Zentimeter (10 Inch) ein; dies würde jedoch die Hochleistungs-Datenverarbeitungselektronik und die hohe Laserleistung nur ineffizient nutzen. Und es würde wegen der kleineren Anzahl der je Polygonumdrehung abgetasteten Zeilen nicht nur die Produktivi tät leiden, sondern wird auch nur ein kleiner Teil der möglichen Abtastlänge jeder Facette genutzt. Daher ist diese Technik nicht zu empfehlen.

Bei der Auswahl des Abbruchfaktors β muß man die sich aus dem Abbruch er gebende Punktvergrößerung im Zusammenhang mit der Punktvergrößerung wegen eines nicht vollständig ebenen Bildfeldes betrachten. Die durch Astig matismus und Feldkrümmung in Richtung quer zur Abtastrichtung entstehende Punktvergrößerung kann bereits so stark sein, daß die durch den Abbruchfak tor bedingte Punktvergrößerung nur sehr gering sein darf. Dies bedeutet, daß der Abbruchfaktor größer sein muß als Eins, um die durch den Abbruch be dingte Punktvergrößerung am Abtastende zu verringern. Glücklicherweise hat das Polygon für das kleinere Format von Natur aus wegen der größeren Facettenzahl einen kleineren Abtastwinkel, so daß der der Abtastoptik gegen überstehende Feldwinkel und damit die Feldkrümmung und ein eventueller Astigmatismus verringert werden. Wenn bei diesem Format keine so strengen Anforderungen an die Punktvergrößerung angelegt werden, kann auch ein β- Faktor unter Eins verwendet werden, wobei dann die Punktgröße an den Ab tastenden stärker zunehmen würde. Der Vorteil eines unter Eins liegenden Faktors β liegt in der durch den kleineren Wert β bedingten geringeren Poly gongröße.

Bei dem Polygon für das größere Format mit seinem größeren Abtastwinkel werden Astigmatismus und Feldkrümmung wahrscheinlich größere Auswirkung auf die Punktvergrößerung quer zur Abtastrichtung haben. Dieser Effekt kann stark genug sein, daß eine Minimierung der durch den Abbruch bedingten Punktvergrößerung erforderlich wird. Dieses Polygon ist normalerweise kleiner, da es weniger Facetten aufweist. Möglicherweise besteht ausreichend Frei raum für die Verwendung eines gegenüber der Mindestgröße größeren Poly gons, um die Punktvergrößerung durch den Abbruch zu verringern. Das grö ßere Polygon könnte einen Wert β über Eins aufweisen, ohne daß sich daraus nachteilige Wirkungen für die Größe des Polygons ergeben.

Zur Erleichterung des mechanischen Formatwechsels wäre es grundsätzlich wünschenswert, daß beide Eingangsstrahlen beim Abtastwinkel Null im glei chen Winkel auf die Facette einfallen, so daß die Winkel zwischen dem Ein gangsstrahl und dem abgelenkten Strahl jeweils bei θ_i bleiben. In diesem Fall wäre es immer noch nötig, den Durchmesser des Eingangsstrahls zur Anpas sung der Auflösung oder der Pixelgröße auf dem Bildmedium zu verändern. Wenn die Abtastoptik unverändert bleibt, besteht der direkteste Weg zur Ver änderung der Pixelgröße in der Veränderung des Durchmessers des auf das Polygon auftreffenden Lichtstrahls. Dieses Verfahren erfordert dann für jede Auflösung eine Veränderung des optischen Systems vor dem Polygon.

Um eine Streifenbildung zu vermeiden, ist es wichtig, die Polygonfacette im Seitenabtastbereich des optischen Systems in einer festen Beziehung zum Bildmedium zu halten. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß jedes Polygon so verschoben wird, daß der entlang der optischen Abtastachse ge messene Abstand von der Facette in der Abtastmitte zur ersten Komponente der fθ- oder Objektivlinse im wesentlichen gleich bleibt.

Die Polygone müssen, wie in Fig. 9, 10 und 11 dargestellt, in zwei Richtungen, nämlich in vertikaler und seitlicher Richtung, verschoben werden. In Fig. 9 trifft der einfallende Lichtstrahl auf das größere der beiden Polygone 20 auf. Nach der vertikalen Verschiebung um einen vorbestimmten Wert 46 trifft der einfal lende Lichtstrahl, wie in Fig. 10 dargestellt, auf das kleinere der beiden Poly gone 30 auf. Fig. 10 und 11 zeigen die seitliche Verschiebung 44 der beiden Polygone. In Fig. 11 trifft der einfallende Lichtstrahl auf eine Facette des grö ßeren Polygons auf. In gestrichelten Linien ist dargestellt, daß der einfallende Lichtstrahl nach Verschiebung der Polygone in Richtung des einfallenden Lichtstrahls auf eine Facette des kleineren Polygons auftrifft.

Optimalerweise sollte jedes Polygon so positioniert sein, daß es seinen best möglichen Wert B_s zum Ausgleich der durch den Abbruch bedingten Pixelver größerung aufweist. Wenn dies nicht möglich ist, weil das Erfordernis, die Facette mit dem entsprechenden Seitenabschnitt in einer festen Beziehung zu halten, entgegensteht, sollt der Wert B_s für jene Anwendung optimiert werden, die für Veränderungen der Pixelvergrößerung am empfindlichsten ist.

Die Erfindung wurde vorstehend unter besonderer Bezugnahme auf eine be sondere Ausführungsform beschrieben; es versteht sich jedoch, daß Abweichungen und Modifikationen möglich sind, ohne den durch die Ansprü che definierten Schutzbereich zu verlassen. Z.B. könnte der Polygonturm aus mehr als zwei sich um eine gemeinsam Drehachse drehenden Polygonen be stehen. Drei oder mehr Polygone könnten sich um eine gemeinsame Dreh achse 42 drehen, um beim Laserdruck mehrere Formate zu ermöglichen. Außerdem läßt sich die Erfindung für jede beliebige Abtastanwendung einset zen, wenn sie auch gemäß der Beschreibung in einem Laserdrucker realisiert ist. Schließlich können die seitliche und vertikale Verschiebung des Polygon turms gleichzeitig oder auch nacheinander erfolgen.

Nach einer weiteren vom Schutzbereich der Ansprüche abgedeckten Modifika tion können die Facetten des ersten Polygons und des zweiten Polygons in beliebiger Anzahl vorgesehen sein, auch wenn in den beschriebenen Beispie len das kleinere Polygon acht Facetten und das größere Polygon sechzehn Facetten besitzt.

Bezugszeichenliste

10

Scanner mit vor der Abtastoptik erfol gender Strahlablenkung

12

Eingangsoptik

14

Polygonturm

16

Abtastoptik

20

sechzehnseitiges Polygon

22

einfallender Lichtstrahl

23

abgelenkter Lichtstrahl

24

abgelenkter Lichtstrahl

25

Optik

26

Optik

27

Optik

30

achtseitiges Polygon

32

einfallender Lichtstrahl

33

abgelenkter Lichtstrahl

34

Polygon am Abtastanfang

35

Polygon in der Abtastmitte

36

Polygon am Abtastende

37

abgelenkter Lichtstrahl

39

abgelenkter Lichtstrahl

42

Drehachse

44

seitliche Verschiebung

46

vertikale Verschiebung

Claims

1. Scanner für zwei Formate mit vor der Abtastoptik erfolgender Strahlablenkung, mit

- einem Polygonturm bestehend aus einem ersten Polygon mit einem ersten Durchmesser und einer ersten Anzahl von Facetten, und einem zweiten Polygon mit einem zweiten Durchmesser und einer zweiten Anzahl von Facetten, wobei sich der Polygonturm um eine Achse dreht, welche dem ersten und zweiten Polygon gemein ist;
- einer Lichtquelle, die einen auf den Polygonturm einfallenden Lichtstrahl erzeugt; und
- einer Abtastoptik, welche Licht vom Polygonturm erhält.

2. Scanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zur Drehachse parallelen Richtung gedreht wird, um einen Auftreffpunkt des einfallenden Strahls zwischen dem ersten Polygon und dem zweiten Polygon zu verändern.

3. Scanner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in seitlicher Richtung in einer Ebene bewegt wird, die zur Drehachse etwa senkrecht verläuft, so daß ein erster Abstand zwischen dem ersten Polygon und der Abtastoptik, wenn der Lichtstrahl auf das erste Polygon fällt, etwa einem zweiten Abstand zwischen dem zweiten Polygon und der Abtastoptik, wenn der Lichtstrahl auf das zweite Polygon fällt, entspricht.

4. Laserdrucker für mehrere Formate mit

- einem Polygonturm, der sich um eine Achse dreht, wobei der Polygonturm mindestens folgende Komponenten aufweist:
- ein erstes Polygon mit einer ersten Anzahl von Facetten; und
- ein zweites Polygon mit einer zweiten Anzahl von Facetten, wobei die Achse dem ersten und zweiten Polygon gemeinsam ist;
- einer Lichtquelle, die einen auf den Polygonturm fallenden Lichtstrahl erzeugt und
- einer zwischen einem Bilderzeugungsmedium und dem Polygonturm angeordneten Abtastoptik, wobei der Lichtstrahl vom Polygonturm durch die Abtastoptik auf das Medium reflektiert wird.

5. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anzahl von Facetten größer als die zweite Anzahl von Facetten ist.

6. Laserdrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anzahl von Facetten sechzehn und die zweite Anzahl von Facetten acht beträgt.

7. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des ersten Polygons größer als der des zweiten ist.

8. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse parallel verlaufenden Richtung bewegt wird, um einen Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem Polygonturm vom ersten Polygon zum zweiten Polygon zu verändern.

9. Laserdrucker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse senkrecht verlaufenden Richtung bewegbar ist.

10. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse parallel verlaufenden Richtung bewegbar ist, um einen Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem Polygonturm vom zweiten Polygon zum ersten Polygon zu ändern.

11. Laserdrucker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse senkrecht verlaufenden Richtung bewegbar ist.

12. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse parallel verlaufenden Richtung bewegbar ist, um einen Auftreffpunkt des Lichtstrahls auf dem Polygonturm zwischen dem ersten Polygon und dem zweiten Polygon zu ändern.

13. Laserdrucker nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse senkrecht verlaufenden Richtung bewegbar ist.

14. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polygonturm in einer zu seiner Achse parallel verlaufenden Richtung bewegt wird, um einen Berührungspunkt des Lichtstrahls auf dem Polygonturm zwischen dem ersten Polygon und dem zweiten Polygon zu verschieben, und daß der Polygonturm gleichzeitig in einer zu seiner Achse senkrecht verlaufenden Richtung bewegbar ist.

15. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abtastlänge S, Bildpixelradius ω₀ und Anzahl der Facetten N auf jedem Polygon des Polygonturms eine Beziehung besteht:

16. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polygon des Polygonturms einen Arbeitszyklus ε hat, der im wesentlichen dem Arbeitszyklus des anderen Polygons entspricht.

17. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polygon des Polygonturms einen Arbeitszyklus ε hat, der sich vom Arbeitszyklus des anderen Polygons um weniger als 0,1 unterscheidet.

18. Laserdrucker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polygon des Polygonturms einen Arbeitszyklus ε, eine Abtastlänge S und eine Anzahl von Facetten N aufweist, wobei der Wert NS/ε für jedes der Polygone etwa gleich ist.

19. Laserdrucker nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polygon des Polygonturms einen Abbruchfaktor β und das erste Polygon eine größere Anzahl von Facetten als das zweite Polygon aufweist, wobei der Abbruchfaktor des ersten Polygons durch folgende Beziehung
8≦β≦1.2
und der Abbruchfaktor des zweiten Polygons durch folgende Beziehung gegeben ist:
1≦β≦2

20. Laserdrucker nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Optimalwert der Eingangsstrahlverschiebung B(s) durch folgende Gleichung festgelegt ist:
worin bedeuten (für zumindest eines der Formate):
D_p = Durchmesser von einem der Polygone, gemessen quer über die Ecken (der Durchmesser eines das Polygon begrenzenden Kreises)
θ_i = Gesamtwinkel zwischen Lichtstrahl und abgelenktem Strahl im Abtastzentrum
θ_p = der einer einzigen Polygonfacette gegenüberliegende Winkel
Φ = Gesamtdrehung des Polygons, die für die Abtastung der Länge S erforderlich ist.