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Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Modulation von Lichtstrahlen in einem Bilderzeugungsgerät vom rotierenden Polygontyp - Dokument DE69526623T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69526623T2 19.09.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0709708
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Modulation von Lichtstrahlen in einem Bilderzeugungsgerät vom rotierenden Polygontyp
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Genovese, Frank Cono, Fairport NY 14480, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69526623
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.10.1995
EP-Aktenzeichen 953075652
EP-Offenlegungsdatum 01.05.1996
EP date of grant 08.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.2002
IPC-Hauptklasse G02B 26/10

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Abtasteinrichtung vom mehrfach facettierten, sich drehenden Polygon-Typ verwendet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Vorrichtungen und Verfahren zum Modulieren eines belichtenden Lichtstrahls, der von einem sich drehenden Polygonelement auf ein photoempfindliches Element reflektiert wird, um ein elektrostatisches, latentes Bild auf dem photoempfindlichen Element zu erzeugen.

Eine typische Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Stand der Technik vom Typ mit sich drehendem Polygon ist in Fig. 1A dargestellt. Ein sich drehendes Polygonelement 20 ist in einer Motorpolygonanordnung 24 befestigt. Eine Lichtquelle erzeugt einen belichtenden Lichtstrahl, der auf reflektive Facetten 22 des sich drehenden Polygonelements 20 gerichtet wird. Wenn sich das Polygonelement 20 dreht, wird der belichtende Lichtstrahl von den Facetten 22 so reflektiert, daß er durch einen Projektionslinsensatz 42, 44 hindurchführt und über ein photoempfindliches Element 50 in einer fokussierten Linie abtastet. Der reflektierte, abgestrahlte Lichtstrahl belichtet ein elektrostatisches, latentes Bild auf dem photoempfindlichen Element 50. Wenn sich das Polygonelement 20 dreht, wird der belichtende Lichtstrahl so moduliert, um individuelle Bursts von Licht zu erzeugen, die eine Linie individueller Pixel, oder Punkte, auf dem photoempfindlichen Element 50 belichten. Idealerweise sollte die Bilderzeugungsvorrichtung in der Lage sein, eine Linie von gleichförmig beabstandeten, identischen Pixeln auf dem photoempfindlichen Element 50 zu belichten. Allerdings kann, da die spezielle Geometrie des Projektionslinsensystems und da Herstellfehler Ungenauigkeiten in den Facetten eines Polygonelements verursachen können, ein Erhalten gleichmäßig beabstandeter, identischer Pixel problematisch sein. Die Geschwindigkeit, unter der der fokussierte, belichtende Lichtstrahl über das photoempfindliche Element 50 läuft, wird als die Fleckgeschwindigkeit bezeichnet. In den meisten Bilderzeugungssystemen vom Typ mit sich drehendem Polygon ist die Lichtquelle fixiert, das photoempfindliche Element 50 ist flach und das Polygonelement 20 dreht sich unter einer konstanten Winkelgeschwindigkeit. Ohne eine bestimmte Einrichtung, um die spezielle Nicht-Linearität einer Abtastung, verursacht durch die Geometrie des Systems, zu korrigieren, wird sich die Fleckgeschwindigkeit variieren, wenn der belichtende Lichtstrahl über das photoempfindliche Element 50 abtastet. Die Fleckgeschwindigkeit wird höher zu den Enden der Abtastlinie hin und niedriger zu der Mitte der Abtastlinie sein. Eine sich variierende Fleckgeschwindigkeit macht es notwendig, die Modulationsrate des belichtenden Lichtstrahls (diesen einschaltend und abschaltend zu den geeigneten Zeitpunkten) einzustellen, um eine gleichmäßig beabstandete Linie von Pixeln zu belichten. Ein Impulszugsignal, das die Modulation des belichtenden Lichtstrahls führt, um die Pixel zu bilden, ist als das Pixeltaktsignal bekannt. Wenn die Frequenz des Pixeltaktsignals konstant ist, werden die sich ergebenden Pixel weiter an den Kanten des photoempfindlichen Elements 50 entfernt und näher zueinander zu der Mitte des photoempfindlichen Elements 50 hin positioniert sein.

Wenn die Frequenz des Pixeltaktsignals variiert wird, um die sich variierende Fleckgeschwindigkeit entlang einer Abtastlinie zu korrigieren, werden die Pixel in der Mitte der Abtastlinie für eine längere Zeitperiode belichtet als Pixel zu den Enden der Abtastlinie hin. Als Folge wird eine proportional größere Menge an Licht durch das photoempfindliche Element 50 aufgenommen, wenn Pixel zu der Mitte des photoempfindlichen Elements hin gebildet werden, und die Größe des belichteten Bereichs der mittleren Pixel wird geringfügig größer, oder breitet sich aus, und zwar als Folge der zusätzlichen Belichtung. Dieser Effekt wird als Belichtungs-Smile-Fehler bezeichnet.

Verschiedene Verfahren nach dem Stand der Technik sind zum Korrigieren und Kompensieren der vorstehend erwähnten Fehler offenbart worden, um eine Abtastlinie von gleichmäßig beabstandeten, gleichförmig dimensionierten Pixeln auf dem photoempfindlichen Element 50 zu belichten. Eines der populärsten Verfahren ist dasjenige, einen Projektionslinsensatz zu verwenden, herkömmlich bekannt als ein F-Theta-Design, das eine sorgfältig ausgelegte optische Verzerrung in den Linsen 42, 44 einsetzt, um die vorhandene Nicht- Linearität, verursacht durch die Geometrie des Systems, zu kompensieren.

Wenn der belichtende Lichtstrahl durch die axialen Bereiche der F-Theta-Linse abgetastet wird, führt er in einer relativ geraden Linie hindurch. Wenn der belichtende Lichtstrahl über die Off-Achsen-Bereiche der F-Theta-Linsen allerdings abtastet, wird sein Weg verzerrt, wobei er progressiv zu der Systemachse hin gebogen wird. Je weiter weg man von der Achse der F-Theta-Linse gelangt, desto stärker wird die Biegung zu der Mitte des photoempfindlichen Elements hin ausgeprägt.

Wenn eine Abtasteinrichtung mit einem F-Theta-Linsen-Design ausgestattet ist, und sich das Polygonelement unter einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht, wird die Fleckgeschwindigkeit relativ konstant entlang einer gesamten Abtastlinie werden. Linsen 42 und 44, wie sie in Fig. 1A dargestellt sind, sind ein Linsensatz des kompensierten F-Theta- Designs, was zu einer Fleckposition entlang der Abtastlinie linear proportional zu dem Abtastwinkel selbst führt. Mit den F-Theta-Abtastlinsen wird der belichtende Lichtstrahl, reflektiert von der Polygonfacette, auf das photoempfindliche Element 50 fokussiert und tastet entlang seiner Oberfläche in einer nominal geraden Linie unter einer konstanten Fleckgeschwindigkeit ab.

In einem System, das den kompensierten F-Theta-Linsensatz 42 und 44 verwendet, wird ein Konstant-Frequenz-Pixel-Taktsignal bewirken, daß gleichmäßig beabstandete Pixel auf dem photoempfindlichen Element belichtet werden. Allerdings erfordern, um Funktionsziele zu erfüllen, die Linsen-Designs nahezu immer eine zusätzliche Beabstandung zwischen dem Polygonelement und den F-Theta-Linsensatzelementen 42 und 44 und längere Gesamtprojektionslängen. Dies bedeutet größere, physikalische Komponenten und erhöhte Hardware-Kosten.

In einem System, das ein Variabel-Frequenz-Pixel-Taktsignal verwendet, um die vorhandenen, geometrischen Probleme zu korrigieren, wird die Frequenz des Pixeltaktsignals proportional zu der momentanen Fleckgeschwindigkeit variiert, d. h. eine höhere Frequenz an den Enden der Abtastlinie als zu der Mitte hin. In einem solchen System muß eine Einrichtung vorhanden sein, um die Frequenz des Pixeltaktsignals auf die Position des Belichtungsstrahls festzulegen, wenn er über das photoempfindliche Element abtastet, so daß die Belichtung für jedes Pixel korrekt positioniert ist. Dies wird gewöhnlich durch Einsetzen von Sensoren für den Beginn einer Abtastung und das Ende einer Abtastung an den Kanten des photoempfindlichen Elements durchgeführt. Die Sensoren zeigen den Punkt in der Zeit an, an dem der abgetastete Lichtstrahl das photoempfindliche Element kreuzt und dieses verläßt, und Zwischenstrahlpositionen können abgeleitet werden. Obwohl ein Modulationssystem mit variabler Frequenz so ausgelegt werden kann, um Pixel an gleichmäßig beabstandeten Mitten entlang der Abtastlinie zu belichten, wie dies vorstehend erwähnt ist, erfordern kritische Anwendungen auch eine Smile-Fehler- Korrektur, was gewöhnlich durch Modulieren der Lichtstrahlintensität oder des Belichtungstaktzyklus proportional zu der Frequenz des Pixeltaktsignals durchgeführt wird, so daß die Lichtbelichtungsmenge pro Pixel konstant ist. Eine Schaltung zum akkuraten Modulieren der Pixel-Taktfrequenz und der Lichtstrahlintensität als eine Funktion einer Strahlposition fügt Kosten und Komplexität zu dem System hinzu.

Zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Fehlerkorrektureinrichtung besitzen moderne, anspruchsvolle Abtasteinrichtungs-Designs Rückführ-Servoschleifen, um Variationen in der Drehgeschwindigkeit des Polygonelements zu minimieren. Einige Abtasteinrichtungen setzen auch Kalibrierungstabellen ein, um ein zeitliches Abtastlinienzittern, verursacht durch kleine Krümmungsvariationen in den reflektiven Facetten des Polygonelements, zu kompensieren.

Eine alternative Art und Weise, die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, ist diejenige, ein Präzisionsgitter und einen zweiten, nicht modulierten Laserstrahl, oder "Pilot" Strahl, für die Kontrolle einer präzisen Fleckpositionierung einzusetzen. In einem solchen System wird der Pilot-Strahl durch dasselbe optische System wie der Hauptbilderzeugungslichtstrahl abgetastet, ist allerdings so angeordnet, um eine optische Skala, oder ein kalibriertes Gitter, zu treffen, das aus alternierenden, transparenten und opaken Elementen besteht. Ein Photodetektor ist auf der anderen Seite des Gitters so angeordnet, um den Pilot-Strahl zu erfassen, nachdem er durch das Gitter hindurchführt. Wenn der Pilot- Strahl über das Präzisionsgitter abtastet, wird der Lichtstrahl durch gleichförmig beabstandete, opake Zonen unterbrochen und daran gehindert, den Photodetektor zu erreichen. Ein Signal, ausgegeben durch den Photodetektor, definiert ein "vorverzerrtes" Pixel- Taktsignal, das die erwünschten Geometriekorrekturen für den Hauptbelichtungslichtstrahl liefert. Wenn dies sorgfältig ausgelegt wird, bewirken Verzerrungen in den zwei Lichtstrahlen insgesamt eine Aufhebung so, daß eine gleichförmig beabstandete Linie von Pixeln auf dem photoempfindlichen Element belichtet wird.

Eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einem Pilot-Lichtstrahl und einem optischen Gitter ist wesentlich teurer und komplexer als andere Systeme, die vorstehend beschrieben sind. Zusätzlich sind andere, verbleibende geometrische Fehler in Abtastsystemen vorhanden, wie beispielsweise ein Abtastlinienwobbeln, ein Schräglaufen, eine Biegung, denen sich nicht durch diese Technik zugewandt wird.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges, vereinfachtes Verfahren zum Kontrollieren der Modulation des belichtenden Lichtstrahls einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Typ mit sich drehendem Polygon, um eine Linie von gleichmäßig beabstandeten, gleichförmig dimensionierten Pixeln zu belichten, zu schaffen.

Die US-A-5335108 beschreibt ein optisches Synchronisationssystem für eine drehbare Platte, wobei eine wiederholte Abtastung eines Lichtstrahls unter Verwendung von optischen Elementen, angeordnet um die Platte herum, bewirkt wird. Das Synchronisationssystem besitzt alternierende, binäre optische Transmissionselemente für ein Synchronisieren eines Pixel-Takts.

Die US-A-4758058 beschreibt eine holographische Plattenabtastvorrichtung zur Verwendung in einer Strichcode-Abtasteinrichtung, in der eine Position anzeigende Hologramme mit Hologrammen abwechselnd vorhanden sind, die dazu verwendet werden, eine Abtastlinie zu erzeugen. Ein alternatives Verfahren eines Überwachens eines Abtastlichtstrahls ist in der EP-A-0446812 beschrieben, die einen Halbleiterphotosensor verwendet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Modulationssignalgenerator für eine Bilderzeugungsvorrichtung vom Typ mit sich drehendem Polygon geschaffen, wie er in Anspruch 1 definiert ist.

Gemäß einem anderen Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bilden von Kontrollmarkierungen auf einem sich drehenden Oberflächenbereich entweder eines Polygonelements oder einer Motorpolygonanordnung einer Bilderzeugungsvorrichtung, zur Verwendung beim Kompensieren einer Abtastlinien-Nicht-Linearität, wobei die Vorrichtung in Anspruch 7 definiert ist.

Zusammengefaßt umfaßt demzufolge die Erfindung ein Bilden von Kontrollmarkierungen auf einer sich drehenden Oberfläche eines Polygonelements oder auf einer sich drehenden Oberfläche einer Motorpolygonanordnung, ein Lesen der Kontrollmarkierung mit einer Leseeinrichtung, wenn sich das Polygonelement dreht, und mit einem Modulieren, Fokussieren und Ablenken des belichtenden Lichtstrahls entsprechend den Daten, die von den Kontrollmarkierungen gelesen sind. Unter anderem können die Kontrollmarkierungen umfassen:

(1) Pixel-Takt-Informationen zum Kontrollieren der Modulationszeitabstimmung des belichtenden Lichtstrahls;

(2) Intensitätsinformationen und Smile-Fehlerkorrekturinformationen zum Modulieren der Intensität des belichtenden Lichtstrahls, um eine sich variierende Fleckgeschwindigkeit und eine sich variierende Reflektivität unterschiedlicher Polygonfacetten zu korrigieren;

(3) Motorsteuerinformationen zum Steuern der Drehgeschwindigkeit des Polygonelements; und

(4) Facetten-Fehlerinformationen zum Korrigieren von verschiedenen Ungenauigkeiten in dem Polygonelement und der Geometrie der Optiken.

Die Kontrollmarkierungen können als kontinuierliche Datenspuren auf einer sich drehenden Oberfläche des Polygonelements oder der Motorpolygonanordnung gebildet werden, so daß sie einfach durch eine benachbarte Leseeinrichtung gelesen werden können, wenn sich das Polygonelement dreht. Eine Abtastvorrichtung, ausgestattet mit Kontrollmarkierungen gemäß der vorliegenden Erfindung, erfordert keine speziell ausgelegten Korrekturlinsen, spezielle Lichtstrahlmodulationsschaltkreise oder einen zweiten Pilot-Lichtstrahl und ein Präzisionsgitter, um gleichförmig beabstandete, gleichförmig dimensionierte Linien aus Pixeln auf einem photoempfindlichen Element zu belichten. Zusätzlich muß die Drehgeschwindigkeit des Polygonelements nicht sorgfältig kontrolliert werden und keine Detektoren für den Beginn einer Abtastung oder das Ende einer Abtastung und zugeordnete Elektroniken sind erforderlich. Als Folge ist eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weniger komplex, kostengünstiger und dazu geeignet, eine Vielzahl von Polygonherstellungsfehlern, Abtasteinrichtungsgeometriefehlern und Fehlern in der optischen Ausrichtung zu korrigieren.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Modulieren und Fokussieren des belichtenden Lichtstrahls einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Typ mit sich drehendem Polygon, um Geometriefehler, Facettenfehler, ein Abtastbiegen, einen Smile-Fehler, einen Polygon- Wobbel-Fehler und ein zeitliches Zittern der Abtastlinie zu korrigieren.

Wie in Fig. 1B dargestellt ist, kann der speziell ausgelegter F-Theta-Projektionslinsen- Satz durch eine einzelne, einfache Fokussierungslinse 40 ersetzt werden. Da die einfache Fokussierungslinse 40 keine einbezogene Verzerrung erfordert, kann die Linse näher zu dem Polygonelement 20 angeordnet werden. Zusätzlich ermöglicht, da der belichtende Lichtstrahl nicht zu der Mitte des photoempfindlichen Elements durch die F-Theta-Linsen hin gebogen wird, wenn über die Kanten des photoempfindlichen Elements 50 hinweg abgetastet wird, die Geometrie der Abtasteinrichtung einer Abtastlinie mit derselben Größe, daß unter einem Abstand näher zu dem Polygonelement 20 belichtet wird. Als Ergebnis der vorstehend erwähnten Faktoren kann das Abtastsystem physikalisch kompakter sein und kann kostengünstigere Linsen verwenden. Schließlich ist, da die einfache Fokussierungslinse 40 näher zu dem Polygonelement 20 hin angeordnet werden kann, eine kleinere Linsenapertur ausreichend, um den gesamten Lichtfluß des Belichtungsstrahls unter maximalen Abtastwinkeln durchzuführen. Als Folge kann der Durchmesser der Linsen, die dazu verwendet werden, den belichtenden Strahl zu einer Linie von Pixeln auf dem photoempfindlichen Element zu fokussieren, kleiner sein, und zwar in einer Richtung in die Seite hinein und aus dieser heraus, wie dies in den Fig. 1A-1B dargestellt ist, ohne einen Belichtungsverlust aufgrund einer Abdeckung, wenn die Abtastung Pixel an den Kanten des photoempfindlichen Elements belichtet.

Ausführungsformen einer Vorrichtung und eines Verfahrens gemäß der Erfindung werden nun, anhand eines Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1A-1 B zeigen Diagramme der Grundelemente einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Typ mit sich drehendem Polygon;

Fig. 2A-2C zeigen Diagramme, die ein sich drehendes Polygonelement darstellen, das Kontrollmarkierungen besitzt, und eine optische Leseeinrichtung zum Lesen der Kontrollmarkierungen;

Fig. 3 stellt einen Teil eines sich drehenden Polygonelements dar, wobei Kontrollmarkierungen auf einer zylindrischen Oberfläche koaxial zu der Drehachse des Polygonelements angeordnet sind;

Fig. 4 stellt eine andere Ausführungsform eines sich drehenden Polygonelements dar, wobei Kontrollmarkierungen auf einer Oberfläche koaxial zu der Drehachse des Polygonelements angeordnet sind;

Fig. 5A-5C zeigen Diagramme, die die Grundelemente einer optischen Leseeinrichtung der vorliegenden Erfindung darstellen, verwendet dazu, Kontrollmarkierungen auf einem sich drehenden Polygonelement zu lesen;

Fig. 6A-6B zeigen Schnittansichten einer zweiteiligen, optischen Leseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7A-7B zeigen Schnittansichten einer einteiligen, optischen Leseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 stellt einen Bereich eines sich drehenden Polygonelements und einer floatierenden, optischen Leseeinrichtung, befestigt auf einem Luftlager, dar;

Fig. 9 stellt einen Bereich eines sich drehenden Polygonelements und einer floatierenden bzw. schwimmend gelagerten, optischen Leseeinrichtung, befestigt auf einem Luftlager, dar;

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht einer Anordnung mit sich drehendem Polygonelement, wobei das Polygonelement auf einem Luftlager befestigt ist;

Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht einer Anordnung eines sich drehenden Polygonelements, das einen zentrierenden Magneten und dynamische Positionierungsspulen umfaßt;

Fig. 12 stellt eine optische Leseeinrichtung dar, befestigt auf einer sich auslenkenden Gelenkverbindung;

Fig. 13 stellt eine festgelegte, optische Leseeinrichtung und einen Bereich eines floatierenden, sich drehenden Polygonelements dar, dessen axiale Position durch ein Luftlager kontrolliert wird;

Fig. 14 zeigt ein Diagramm, das eine Vorrichtung darstellt, die dazu verwendet wird, Kontrollmarkierungen auf einem sich drehenden Polygonelement zu bilden; und

Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht eines Mehrschicht = Oberflächenbereichs eines sich drehenden Polygonelements.

Fig. 2A stellt ein Diagramm eines mehrfach facettierten, sich drehenden Polygonelements 20 dar, das ein Band aus koaxialen Kontrollmarkierungen 32 besitzt, die einen zirkularen Ring auf einer oberen Fläche 33 des Polygonelements 20 bilden. Eine Leseeinrichtung 30 zum Lesen der Kontrollmarkierungen 32, wenn sich das Polygonelement 20 dreht, ist über dem Oberflächenbereich 33, der die Kontrollmarkierungen 32 besitzt, angeordnet. Die Informationen, gelesen von den Kontrollmarkierungen 32, werden zu einem Modulator 31 geliefert, der eine Lichtquelle 35 steuert. Die Lichtquelle 35 liefert einen modulierten, belichtenden Lichtstrahl, der von den Facetten 22 des Polygonelements 20 reflektiert wird und durch Projektionsoptiken fokussiert wird, um eine Linie aus Pixeln auf einem photoempfindlichen Element zu belichten.

Eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der Kontrollmarkierungen 32 ist in Fig. 2B dargestellt. Eine weitere Vergrößerung eines Bereichs der Kontrollmarkierungen 32 ist in Fig. 2C dargestellt. Die Kontrollmarkierungen 32 können eine Mehrzahl von Datenspuren 34, 36, 38 und 39 umfassen. Jede der Datenspuren kann einen unterschiedlichen Typ von Informationen, verwendet dazu, zu modulieren, oder einen anderen Zustands des belichtenden Lichtstrahls der Bilderzeugungsvorrichtung, ebenso wie sich auf eine Steuerung beziehende Funktionen des elektrischen Systems, die periodisch synchron zu der Drehung des Polygonelements 20 ausgeführt werden müssen, liefern.

Die Kontrollmarkierungen 32 können als langgestreckte Streifen oder Schlitze gebildet werden, um die Erfordernisse einer radialen Positionierung der Leseeinrichtung 30 zu erleichtern. Wenn die Kontrollmarkierungen 32 als langgestreckte Streifen, orientiert parallel zu der radialen Richtung des Polygonelements, gebildet werden, wird die Systemfunktionsweise relativ unempfindlich in Bezug auf kleine, radiale Fehlausrichtungen der Leseeinrichtung 30 in Bezug auf die Positionierung der Kontrollmarkierungen 32 auf dem Polygonelement 20.

Wie die Fig. 2C zeigt, weist eine Datenspur 34 Daten, verwendet für Motorsteuerungszwecke, auf. Die Motorsteuerdatenspur 34 besteht aus gleichförmig beabstandeten Kontrollmarkierungen, die sich kontinuierlich um eine Oberseitenfläche 33 des Polygonelements 20 herum erstrecken. Die Motorsteuerdatenspur kann dazu verwendet werden, akkurat die Drehgeschwindigkeit des Polygonelements 20 zu erfassen, so daß der Motor, der das Polygonelement 20 antreibt, so reguliert werden kann, um eine konstante Drehgeschwindigkeit beizubehalten, oder um ein optimiertes Beschleunigungs- oder Verzögerungsgeschwindigkeitsprofil zu liefern. Die Kontrollmarkierungen der Datenspur 34 können eng so beabstandet sein, daß das sich ergebende Ausgangssignal äquivalent zu dem Ausgang eines inkrementalen Drehcodierers mit hoher Auflösung ist. Alternativ können die Markierungen weiter beabstandet sein, so daß das sich ergebende Signal den Hall-Effekt- Ausgang in einem typischen, bürstenlosen DC-Motor ersetzen kann.

Die Datenspur 36 weist Fehlerkorrektur-Informationen auf. Die Fehlerkorrekturdatenspur 36 kann dazu verwendet werden, die Intensität des Lichtstrahls entlang der Abtastlinie zu modulieren, um einen Smile-Belichtungs-Fehler zu korrigieren und um kleine Differenzen in der Reflektivität der individuellen Facetten 22 des Polygonelements 20 zu kompensieren.

Die Datenspur 38 weist Daten auf, die dazu verwendet werden, ein korrigiertes Pixel- Taktsignal für jede Facette des Polygonelements zu erzeugen. Die Pixel-Taktsignal- Datenspur liefert Informationen über die exakte Zeitabstimmung jedes Pixels entlang der Abtastlinie und wird dazu verwendet, den belichtenden Lichtstrahl der Abtastvorrichtung in präzisen Erhöhungen zu modulieren, um gleichmäßig beabstandete Pixel auf einem photoempfindlichen Element zu belichten.

Wie am besten in Fig. 2B zu sehen ist, ist jedes kontinuierliche Segment der Pixel- Taktdatenspur 38 einer individuellen Abtastlinie, gebildet durch eine Facette, zugeordnet. Wenn sich das Polygonelement 20 dreht, lenkt jede Facette wiederum den belichtenden Lichtstrahl durch die Projektionslinsen ab, um eine Abtastlinie auf dem photoempfindlichen Element zu bilden.

Wie am besten in Fig. 2C zu sehen ist, stellen die periodischen Zwischenräume bzw. Spalte zwischen den kontinuierlichen Segmenten der Pixel-Taktdatenspur 38 den nicht benutzbaren Bereich des Abtastzyklus dar, wenn der belichtende Lichtstrahl geteilt ist, wobei er von zwei Facetten 22 des Polygonelements 20 zu derselben Zeit reflektiert wird. Während dieser Periode, bezeichnet als der "Überabtast" -Bereich des Abtastzyklus, oder die "Flyback" Zeit (ausgehend von der Video-Raster-Nomenklatur), kann eine volle Belichtung nicht zu irgendeiner Komponenten des geteilten Strahls geliefert werden. Diese Zeit kann allerdings gut für eine Laserkalibrierung und andere Off-Line-Funktionen unter der Steuerung der Datenspur 39 verwendet werden:

In Fig. 2C kann gesehen werden, daß die Beabstandung zwischen individuellen Kontrollmarkierungen und der Pixel-Taktdatenspur 38 kleiner an dem Beginn und an dem Ende jedes kontinuierlichen Segments ist. Dies stimmt mit dem Erfordernis überein, den Belichtungsstrahl schneller zu dem Beginn und an dem Ende jeder Abtastlinie zu modulieren (d. h. an den Kanten des photoempfindlichen Elements), um gleichmäßig beabstandete Pixel entlang der Abtastlinie zu belichten. Die variable Beabstandung der Pixel- Taktkontrollmarkierungen liefert ein einfaches Verfahren zum Erzielen eines Variabel- Frequenz-Pixel-Taktsignals, das so zugeschnitten ist, um irgendeine vorhandene geometrische Nicht-Linearität in dem Abtastmechanismus zu kompensieren. Dies vereinfacht sowohl das optische als auch das elektronische Erfordernis, um dadurch die Systemkosten zu reduzieren.

Die Datenspuren 32 können in einem Bereich einer sich drehenden Oberfläche des Polygonelements oder der Motorpolygonanordnung 24 zu dem Zeitpunkt einer Herstellung und Montage, oder zu irgendeinem Zeitpunkt danach, gebildet werden. Wenn die Datenspuren 32 gebildet werden, nachdem die Motorpolygonanordnung konstruiert worden ist, können die Markierungen Herstellungs- und Ausrichtungsfehler berücksichtigen. In einem solchen System können Facettenfehler jeder individuellen Facette 22 auch in den Fehlerkorrekturdatenspuren 32 codiert werden, und die einzigartigen Facettenfehler jeder Facette 22 können durch geeignete Modulations- und Kompensationsmechanismen korrigiert werden. Facettenfehler umfassen einen sich variierenden Betrag einer Reflektivität der Facette 22 und Ungenauigkeiten in der Facettenoberfläche, die durch eine Kombination von optischen Mechanismen korrigiert werden können oder durch Variieren der Intensität des belichtenden Lichtstrahls.

Die Datenspur 39 kann eine allgemeine "Housekeeping" Datenspur, die Indizes, Kalibrierungen, Zeitabstimmungssequenzen und Daten, verwendet auf einer Basis pro Abtastung, enthalten, sein, umfassend Facettenkegelfehlerinformationen über jede Facette 22 des Polygonelements 20. Die Daten in dieser Spur werden am besten als Sequenzen von binär codierten, digitalen Worten gespeichert, die gemäß einem bestimmten, vorbestimmten Format angeordnet sind. Wenn die Datenspur 39 Facetten-Fehlerinformationen umfaßt, würde, zum Beispiel, die Datenfolge jeder bestimmten Facette, die einen gemessenen Facetten-Kegelwinkelfehler darstellt, aus einer Datenspur 39 unmittelbar vor der Abtastung decodiert werden. Ein Kegelwinkelfehler könnte in Einheiten von 0,1 Mikron einer Abtastlinienverschiebung gespeichert sein, so daß ein Bereich von ± 125 Mikron (± 5 mils) nur ein 8 Bit-Binär-Digital-Wort zum Codieren erfordern würde. Da dabei typischerweise Raum für einige tausend solcher Bits entlang einer Spur 39 innerhalb des Raums, der jeder Facette zugeordnet ist, vorhanden ist, können viele Worte aus Daten, jeweils eine Mehrzahl von Funktionen darstellend, komfortabel in dem verfügbaren Raum einer Spur 39 codiert werden. Dies ermöglicht auch, daß einmalige Fehler von individuellen Facetten 22 des Polygonelements 20 in einer Realzeit während der Abtastung verarbeitet werden können.

Zum Beispiel könnte das codierte 8-Bit-Binär-Wort, das einen Kegelfehler für eine gegebene Facette darstellt, einen Digital-Strahl-Deflektor basierend auf optisch doppelbrechenden Elementen kontrollieren. Alternativ könnte das decodierte Wort den Spannungsausgang eines Digital-Analog-Wandlers, der einen piezoelektrischen Spiegel ansteuert, steuern, der den Lichtpfad der Abtasteinrichtung um einen geeigneten Betrag ablenkt, um den Verschiebungen, verursacht durch Polygonfacettenkegelfehler, entgegenzuwirken. Sollte das Erfordernis entstehen, könnten ähnliche Ablenkungsmechanismen eingesetzt werden, um unterschiedlich den optischen Weg während des aktiven Bereichs der Abtastung abzulenken, um dadurch umzuorientieren oder gerade zu richten, ebenso wie die Abtastlinie zu verschieben.

Es wird verständlich für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet werden, daß die codierten Dateneinheiten auf irgendeiner Spur nicht in der Länge auf 8 Bits eingeschränkt sind, sondern in Worten, Bit-Gruppen oder Folgen einer wahlweisen Größe mit den verschiedenen Funktionen, die sie darstellen, in irgendeiner wahlweisen Reihenfolge angeordnet formatiert sein können. Demzufolge könnte, zum Beispiel, der tatsächliche Kegelwinkel in einem 16-Bit-Datenwort als das elfte, codierte Element in der Datensequenz für jede Facette, positioniert werden, unmittelbar folgend einem 9-Bit-Datenwort, das einen anderen Parameter für dieselbe Facette anzeigt, wie beispielsweise ein Zeitabstimmungs- Jitter der voranführenden Kante. Durch Darstellen eines Abtastlinienverschiebungsbereichs von ± 125 Mikron (± 5 mils) mit einem 16-Bit binär codierten Wort, anstelle des 8- Bit-Worts in dem vorherigen Beispiel, wird die Auflösung der gespeicherten Daten um einen Faktor von 8 Bits, oder 256-mal, erhöht, was die Basisbemessungseinheit für die Abtastlinienverschiebung auf 0,0038 Mikron reduziert.

Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden, daß zusätzliche Datenspuren für spezielle Zwecke vorgesehen werden können. Zum Beispiel könnte eine fünfte und sechste Datenspur verwendet werden, wo es erwünscht ist, um drei bestimmte, gegeneinander austauschbare Druckauflösungen, wie beispielsweise 24, 30 und 45 Pixel pro mm (600, 750 und 1125 Pixel pro Inch) zu haben, die elektronisch ausgewählt werden können. Auf diese Art und Weise würden drei separate Pixel-Takt-Daten-Spuren vorhanden sein und das Abtastsystem würde die geeigneten Datenspuren auswählen, um das Pixel-Taktsignal zu liefern. Da die Details jeder Datenspur unabhängig zugeschnitten werden können, zusätzlich zu unterschiedlichen Auflösungen, kann jede Spur so zugeschnitten werden, um Abtastlinien mit ausreichenden Rändern und Längen zu erzeugen, die ein nützliches Merkmal in einer elektronischen Druckvorrichtung sein könnten, verwendet für sowohl fremde als auch eigene Standardpapiergrößen.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Kontrollmarkierungen 32 eine Reflektivität, die zu der Reflektivität des umgebenden Oberflächenbereichs 33 des Polygonelements 20 unterschiedlich ist. Die Reflektivität des umgebenden Oberflächenbereichs 33 kann höher als die Reflektivität der Kontrollmarkierungen 32 sein, oder die Reflektivität der Kontrollmarkierungen 32 könnte höher als die Reflektivität des umgebenden Oberflächenbereichs 33 des Polygonelements 20 sein. In einem solchen System können die Kontrollmarkierungen durch eine optische Leseeinrichtung gelesen werden, die die relative Lichtintensität, reflektiert von dem Bereich des Polygonelements, das die Kontrollmarkierungen besitzt, fühlt.

In einer alternativen Ausführungsform könnten die Kontrollmarkierungen aus schmalen Zonen einer unterschiedlichen, optischen Polarisation des linearen oder kreisförmigen Typs bestehen. In einem solchen System können die Kontrollmarkierungen durch eine optische Leseeinrichtung gelesen werden, die die relative Lichtintensität analysiert, zurückgeführt von den unterschiedlichen Polarisationszonen, oder die optische Drehung mißt, aufgebracht auf das polarisierte Licht, das auf den Oberflächenbereich des Polygonelements einfällt, das die Kontrollmarkierungen besitzt.

In einer noch anderen Ausführungsform könnten die Kontrollmarkierungen Informationen aufweisen, die magnetisch in einen Oberflächenbereich des Polygonelements codiert sind. In einem solchen System könnte die magnetische Leseeinrichtung dazu verwendet werden, die Kontrollmarkierungen von dem Polygonelement zu lesen.

Ein Oberflächenbereich eines Polygonelements, das variierende Reflektivitätskontrollmarkierungen verwendet, ist in Fig. 15 dargestellt. Eine Schicht 37 ist das unterlegende Material des Polygonelements. Eine Schicht 35 mit niedriger Reflektivität oder einer Lichtabsorptionseigenschaft ist über dem Material 37 des Polygonelements gebildet. Eine Schicht 31, die einen hohen Grad einer Reflektivität besitzt, wird dann über der Schicht 35 mit niedriger Reflektivität gebildet. Eine Kontrollmarkierung kann durch Entfernen eines Abschnitts der Schicht 31 mit hoher Reflektivität unter Verwendung eines Laserstrahls 176 entfernt werden. Dies würde zu einer Kontrollmarkierung führen, die eine Reflektivität besitzt, die niedriger als der umgebende Oberflächenbereich 31 ist, der eine hohe Reflektivität besitzt. Dies ist analog zu den Markierungen, gebildet in typischen Kompakt-Disks, um Daten für Audio-, Video- und Computer-Anwendungen aufzuzeichnen.

Wenn die Kontrollmarkierungen 32 niedriger Reflektivität, wie dies vorstehend diskutiert ist, in einer Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann eine optische Leseeinrichtung 30 zum Lesen der Kontrollmarkierungen einen relativ einfachen Aufbau haben. Die optische Leseeinrichtung 30 würde in einer Art und Weise ähnlich zu einer optischen Leseeinrichtung eines typischen Kompakt-Disk-Systems arbeiten. In dem typischen Kompakt-Disk-System werden die Markierungen in einem Spiralmuster auf der Oberfläche der Kompakt-Disk gebildet und die optische Leseeinrichtung ist so ausgelegt, um das Spiralmuster von Markierungen spurmäßig zu führen, wenn sich die Disk dreht. In der vorliegenden Erfindung sind allerdings die Kontrollmarkierungen in kreisförmigen Ringen koaxial zu der Drehachse des Polygonelements gebildet. Da hierbei kein Erfordernis vorhanden ist, das Spiralmuster von Markierungen über einen erweiterten Bereich, wie in einem Kompakt-Disk-System, spurmäßig nachzuführen, erfordert eine optische Leseeinrichtung für die vorliegende Erfindung keinen komplexen Spurführungsmechanismus.

Wenn Polygonelemente 20 hergestellt werden, wird die obere Oberfläche 33 typischerweise so bearbeitet, daß sie extrem flach ist, was demzufolge wesentlich eine Unrundheit eliminiert. Die obere Fläche wird nicht mehr als ein paar Mikron in der Richtung senkrecht zu der oberen Fläche 33 abweichen, wenn sich das Polygonelement 20 dreht. Als Folge erfordert, wenn die Kontrollmarkierungen 32 auf der oberen Oberfläche 33 gebildet sind, eine optische Leseeinrichtung für die Kontrollmarkierungen keinen komplexen, dynamischen Fokussiermechanismus, der benötigt wird, um eine relativ große Unrundheit, die für dünne Polymer-Kompakt-Disks typisch ist, wenn sie sich in einem Kompakt-Disk-System drehen, erfordert. Da kein Erfordernis vorhanden ist, eine Spiraldatenspur nachzuführen, und da nur eine sehr geringe Unrundheit vorhanden ist, kann eine optische Leseeinrichtung für ein Polygonelement robuster und kostengünstiger sein als die Leseeinrichtung für Kompakt-Disks.

Eine optische Leseeinrichtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt ein Feld aus Lichtstrahlen, fokussiert auf den Flächenbereich 33 des Polygonelements 20, umfassend Kontrollmarkierungen. Wenn ein Lichtstrahl einen Bereich der Oberfläche des Polygonelements zwischen Kontrollmarkierungen beleuchtet, wird der Lichtfluß zurück in die optische Leseeinrichtung 30 reflektiert und beleuchtet einen Photodetektor. Wenn ein einfallender Lichtstrahl eine Kontrollmarkierung berührt, wird das Licht absorbiert und durch die niedrige Reflektivität der Kontrollmarkierung gestreut und ein sehr geringer Lichtfluß wird zurück in die optische Leseeinrichtung 30 reflektiert. Wenn sich das Polygonelement 20 dreht, und die Kontrollmarkierungen unterhalb der optischen Leseeinrichtung 30 hindurchführen, werden die Lichtstrahlen, erzeugt durch die optische Leseeinrichtung 30, entweder spiegelnd von den reflektiven Bereichen der Oberfläche 33 zwischen Kontrollmarkierungen 32 reflektiert oder durch sehr stark weniger reflektive Kontrollmarkierungen 32 absorbiert oder dispergiert werden.

In einem System, wie es in den Fig. 2A-2C dargestellt ist, muß ein bestimmter Separationsabstand (in der Richtung der Pfeile 21) zwischen der optischen Leseeinrichtung 30 und der Oberfläche 33 des Polygonelements 20 so beibehalten werden, daß die optische Leseeinrichtung 30 scharf fokussiert auf den Kontrollmarkierungen 32 beibehalten wird. Wenn der Separationsabstand zu klein, oder zu groß, wird, wird die optische Leseeinrichtung 30 außerhalb des Fokus in Bezug auf die Kontrollmarkierungen 32 gelangen, und der Pixel-Takt und Korrekturinformationen, geliefert durch die optische Leseeinrichtung 30, werden gestört werden.

Wenn die Kontrollmarkierungen in der oberen Fläche 33 des Polygonelements 20 gebildet sind, und die optische Leseeinrichtung 30 fest auf der Abtastvorrichtung befestigt ist, wird die axiale Bewegung des Polygonelements 20, entlang der Drehachse des Polygonelements 20 (dargestellt durch Pfeile 21), den Separationsabstand zwischen der festgelegten, optischen Leseeinrichtung 30 und den Kontrollmarkierungen 32 ändern, was bewirkt, daß die optische Leseeinrichtung 30 eine Fokussierung auf die Kontrollmarkierungen 32 verliert.

Eine einfache Art und Weise, um das Fokussierungsproblem, verursacht durch eine axiale Bewegung des sich drehenden Polygonelements 20, zu lösen, ist diejenige, die Kontrollmarkierungen auf einer zylindrischen Oberfläche des sich drehenden Polygonelements 20 anzuordnen, das axial zu der Drehachse des Polygonelements 20 liegt. Polygonelemente, die Kontrollmarkierungen 32 haben, angeordnet auf einem zylindrischen Oberflächenbereich koaxial zu der Drehachse, sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

In dem System, das in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Kontrollmarkierungen 32 auf einer zylindrischen Außenseitenkante des sich drehenden Polygonelements 20 gebildet. Die Kontrollmarkierungen 32 sind direkt unterhalb (oder oberhalb) der Facetten 22 des Polygonelements 20 gebildet. Die optische Leseeinrichtung 30 ist angrenzend an die Kontrollmarkierungen 32 angeordnet. Eine Verschiebung des Polygonelements 20 in der axialen Richtung, wie dies durch Pfeile 21 angezeigt ist, wird nicht den Separationsabstand zwischen der optischen Leseeinrichtung 30 und den Kontrollmarkierungen 32 ändern. Dementsprechend wird die Fokussierung der optischen Leseeinrichtung auf die Kontrollmarkierungen 32 nicht durch eine axiale Bewegung des Polygonelements 20 beeinflußt. Zusätzlich werden, wenn die Kontrollmarkierungen als lange, dünne Markierungen ausgebildet sind, wie dies in Fig. 2C dargestellt ist, und die Längsrichtung der Kontrollmarkierungen parallel zu der axialen Richtung orientiert ist, kleine Verschiebungen des Polygonelements 20 in der axialen Richtung von Pfeilen 21 nicht bewirken, daß die optische Leseeinrichtung 30 zu den Kontrollmarkierungen 32 zu einer Fehlausrichtung gelangt.

Eine alternative Ausführungsform eines sich drehenden Polygonelements 20, das Kontrollmarkierungen auf einer zylindrischen Oberfläche koaxial zu der Drehachse besitzt, ist in Fig. 4 dargestellt. In dieser Ausführungsform sind die Kontrollmarkierungen 32 in der Seitenwand einer Furche, gebildet in der Oberseiten- (oder Boden-) fläche 33 des Polygonelements 20, gebildet. Wie vorstehend beschrieben ist, wird eine Bewegung des Polygonelements 20 in der axialen Richtung, wie dies durch Pfeile 21 angezeigt ist, bewirken, daß der Separationsabstand zwischen der optischen Leseeinrichtung 30 und den Kontrollmarkierungen 32 variiert, und wird nicht bewirken, daß die optische Leseeinrichtung 30 zu langen, dünnen Kontrollmarkierungen 32 zu einer Fehlausrichtung gelangt.

Die Kontrollmarkierungen könnten auch auf einem sich drehenden Oberflächenbereich der Motorpolygonanordnung gebildet werden. Der sich drehende Oberflächenbereich der Motorpolygonanordnung könnte senkrecht zu der Drehachse des Polygonelements orientiert sein oder er könnte eine zylindrische Oberfläche sein, die koaxial zu der Drehachse liegt. Die individuellen Elemente einer typischen, optischen Leseeinrichtung, geeignet zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, sind in Fig. 5B dargestellt. In dieser Ausführungsform ist die optische Leseeinrichtung so ausgelegt, um simultan vier unterschiedliche Datenspuren von Kontrollmarkierungen 32 zu beleuchten und zu lesen. Die Grundelemente der optischen Leseeinrichtungen können eine Lichtquelle 60, eine Kollimationslinse 61, ein optisches Brechungsgitter 62, eine erste Linse 64, eine zylindrische Linse 66, eine zweite Linse 65 und eine Mehrzahl von Photodetektoren 84, befestigt in einer Detektoranordnung 82, umfassen.

Ein Lichtstrahl 70 wird durch die Lichtquelle 60 erzeugt und zu den Kontrollmarkierungen 32 hin auf der Oberfläche 68 eines Polygonelements gerichtet. Wenn der Strahl 70 durch das Brechungsgitter 62 hindurchführt, wird der Lichtfluß in vier divergente Strahlpfade 72 aufgeteilt, die durch das erste Linsenelement 64 hindurchführen und an den Mitten der vier Datenspuren 32 konzentriert werden. Jeder der vier Lichtstrahlen 72 führt durch eine gemeinsame Zylinderlinse 66 hindurch, um Lichtstrahlen 74 zu bilden, die in einer schmalen Linie fokussiert werden, die in der radialen Richtung auf dem Oberflächenbereich 68 des Polygonelements 20, das Datenspuren 32 besitzt, orientiert ist.

Wenn die schmalen, fokussierten Lichtstrahlen 74 auf einen Oberflächenbereich 68 eines Polygonelements zwischen Kontrollmarkierungen auftreffen, werden die Lichtstrahlen 74 spiegelnd durch die Oberfläche 68 in Lichtstrahlpfade 76 reflektiert. Wenn die Lichtstrahlen 74 auf die Kontrollmarkierungen 32 auf dem Oberflächenbereich 68 des Polygonelements auftreffen, werden die Lichtstrahlen 74 durch die Kontrollmarkierungen 32 absorbiert oder gestreut, und die Lichtintensität, reflektiert in die Lichtpfade 76, wird stark gedämpft. Die reflektierten Lichtstrahlen 76 führen nach hinten durch die Zylinderlinsenanordnung 66 hindurch und über ein zweites Linsenelement 65, das die reflektierten Lichtstrahlen auf Photodetektoren 84, befestigt in einer Detektoranordnung 82, fokussiert.

Fig. 5A stellt eine linke Seitenansicht der Anordnung der Fig. 5B dar. In Fig. 5A ist das Fokussieren der Lichtstrahlen 70, 72 und 74, die durch die Kollimationslinse 61, die erste Linse 64 und die Zylinderlinse 66 hindurchführen, dargestellt.

Fig. 5C zeigt eine rechtsseitige Ansicht der Anordnung, dargestellt in Fig. 5B. Fig. 5C stellt die reflektierten Lichtstrahlen 76, 78 und 80 dar, wie sie auf die Photodetektoren 84 der Detektoranordnung 82 fokussiert werden.

In Fig. 5B bewirkt eine Drehung des Polygonelements 20, daß sich der Oberflächenbereich 68, der Kontrollmarkierungen 32 besitzt, in einer Richtung normal zu der Papierebene bewegt (in und die Papierebene hinein bzw. aus dieser heraus), die in der Richtung der Pfeile 63 in den Fig. 5A und 5C liegt. In dieser Ausführungsform können die Beabstandung und die Breite der Datenspuren 32, dargestellt in Fig. 5B, sehr viel größer als äquivalente Dimensionen sein, die in typischen Kompakt-Disks vorgefunden werden, da eine dicht komprimierte, kontinuierliche Spiraldatenspur nicht benötigt wird. Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß zusätzlich zu einem Verringern einer Empfindlichkeit in Bezug auf radiale Fehlausrichtungen dann, wenn die Kontrollmarkierungen 32 in breiten Spuren angeordnet sind, mit breiten Beabstandungen, die Kontrollmarkierungen mit Beleuchtungs- und Lichtsammeloptiken erfaßt werden können, die eine niedrige, numerische Apertur für Linsen 64 und 65 verwenden. Die Linsen mit relativ niedriger, numerischer Apertur ermöglichen eine einfache Separation der Eingangs- und Ausgangsstrahlwege, wie dies in Fig. 5B dargestellt ist.

Die Kontrollmarkierungen 32 müssen kritisch auf dem Oberflächenbereich 68 in Bezug auf den Drehwinkel der Facetten des Polygonelements 20 positioniert sein. Für eine akkurate Positionierung der belichteten Pixel entlang der Abtastlinie ist es wichtig, daß die Datenrate, abgeleitet aus den Kontrollmarkierungen 32, so hoch wie möglich ist. Eine Zylinderlinse 66, in der Konfiguration der Fig. 5A, 5B und 5C, erfüllt dieses Erfordernis, indem eine hohe, numerische Apertur für die Strahlpfadsegmente 74 und 76 vorgesehen wird, und demzufolge eine hohe, optische Auflösung in der Laufrichtung des Oberflächenbereichs 68 des Polygonelements.

Eine optische Leseeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem einfach geformten, transparenten Kunststoffgehäuse mit optischer Qualität befestigt werden. Eine erste Ausführungsform einer optischen Leseeinrichtung, die ein zweiteiliges Gehäuse hat, ist in den Fig. 6A und 6B dargestellt. Eine zweite Ausführungsform einer optischen Leseeinrichtung, die ein einteiliges Gehäuse besitzt, ist in den Fig. 7A-7B dargestellt. In der ersten Ausführungsform, dargestellt in den Fig. 6A-6B, besteht das Gehäuse aus einem ersten Gehäuseabschnitt 90 und einem zweiten Gehäuseabschnitt 92. Eine Lichtquelle 60 ist in dem ersten Gehäuseabschnitt 90 befestigt, und ein Lichtstrahl, erzeugt durch die Lichtquelle 60, wird durch eine Kollimationslinse 61 konditioniert und zu einer Zylinderlinse 66, gebildet an dem Boden des zweiten Gehäuseabschnitts 92; gerichtet. Ein optisches Brechungsgitter 62 vom Transmissions-Typ, gebildet an dem Auslaßfenster des ersten Gehäuseabschnitts 90, teilt den Lichtstrahl, erzeugt durch die Lichtquelle 60, in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen auf. Die erste Linse 64 und die Zylinderlinse 66 in dem zweiten Gehäuseabschnitt 92 fokussieren die Lichtstrahlen auf einen sich drehenden Oberflächenbereich, der Kontrollmarkierungen besitzt.

Die Lichtstrahlen werden spiegelnd von dem Oberflächenbereich zwischen den Kontrollmarkierungen reflektiert, und die reflektierten Lichtstrahlen führen zurück durch die Zylinderlinse 66, durch eine zweite Linse 65, gebildet in dem zweiten Gehäuseabschnitt 92, wobei sie dann Photodetektoren beleuchtet, befestigt in einer Detektoranordnung 82. Eine linksseitige Schnittansicht der optischen Leseeinrichtung ist in Fig. 6A dargestellt. Der erste Gehäuseabschnitt 90 kann mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 92 über Stifte oder über Verbindungen in Form von in Nuten eingreifenden Zungen, die ermöglichen, daß der erste Gehäuseabschnitt 90 mechanisch zu dem zweiten Gehäuseabschnitt 92 ausgerichtet wird, verbunden werden. Vorsprünge 94 auf dem ersten Gehäuseabschnitt 90 passen in passende Vertiefungen 96 an dem zweiten Gehäuseabschnitt 92 hinein. Dies ermöglicht, daß die Lichtquelle 60 und die Detektoranordnung 82 zu den Optiken ausgerichtet werden, die in dem zweiten Gehäuseabschnitt 92 enthalten sind.

Eine alternative, einteilige Ausführungsform einer Gehäuseanordnung einer optischen Leseeinrichtung ist in den Fig. 7A und 7B dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse einteilig aus einem transparenten, geformten Kunststoff mit optischer Qualität hergestellt. Eine Lichtquelle 60, und eine konditionierende Kollimationslinse 61, befestigt in dem Gehäuse 98, erzeugt einen Lichtstrahl, der zu dem Boden des Gehäuses hin gerichtet wird. Ein optisches Diffraktionsgitter 62 vom reflektiven Typ, auf dem Boden des Gehäuses 98, reflektiert den Lichtstrahl und separiert den Lichtstrahl in eine Mehrzahl von Lichtstrahlen. Die Mehrzahl reflektierter Lichtstrahlen läuft zu einem ersten, konkaven Spiegel 100 auf der Oberseite des Gehäuses 98, wo die Mehrzahl Lichtstrahlen zu einer Zylinderlinse 66 hin reflektiert wird, die an dem Boden des Gehäuses 98 gebildet ist. Der konkave Spiegel 100 und die Zylinderlinse 66 fokussieren die Lichtstrahlen auf einen sich drehenden Oberflächenbereich, der Kontrollmarkierungen besitzt.

Die Lichtstrahlen werden spiegelnd von dem Oberflächenbereich zwischen Kontrollmarkierungen reflektiert und der reflektierte Lichtfluß führt zurück durch die Zylinderlinse 66 und zu einem zweiten, konkaven Spiegel 101 auf der Oberseite des Gehäuses 98 hin. Die Mehrzahl der Lichtstrahlen wird durch den zweiten, konkaven Spiegel 101 und einen einen ebenen Pfad faltenden Spiegel 103 auf dem Boden des Gehäuses 98 reflektiert. Die Mehrzahl der Lichtstrahlen, reflektiert von dem in der Ebene faltenden Spiegel 103 auf dem Boden des Gehäuses 98, werden auf die Detektoranordnung 82 projiziert und beleuchten Photodioden in der Detektoranordnung 82. Eine geschnittene Seitenansicht der optischen Leseeinrichtung ist in Fig. 7A dargestellt.

In dieser einteiligen Ausführungsform können die belichteten, äußeren Oberflächen des optischen Diffraktionsgitters 62, des Faltungsspiegels 103 und der konkaven, reflektierenden Spiegel 100 und 101 hoch reflektiv unter Verwendung des Mechanismus der inneren Totalreflexion gestaltet werden. Alternativ können, wenn dies geometrisch praktizierbar ist, chemische oder Vakuumniederschlagstechniken, wie beispielsweise gesputtertes Gold oder Aluminium, verwendet werden, um diese Oberflächen reflektiv zu gestalten, um einen maximalen Lichtflußdurchsatz und eine hohe, optische Signalfestigkeit zu erzielen.

Solche Oberflächenbereiche der Leseeinrichtungsanordnungen, die vorstehend beschrieben sind, die keinen Teil der optischen Kette bilden, können zusätzlich so behandelt werden, um Streulicht zu blockieren, und zwar unter Verwendung von opaken Materialien und schützenden Beschichtungen, die auf dem optischen Gebiet üblich sind. In den Ausführungsformen der optischen Leseeinrichtung, die vorstehend beschrieben sind, könnten die Lichtquelle 60 oder die Detektoranordnung 82 auch einstellbar an den Gehäusen befestigt sein, um eine Ausrichtung der Lichtquelle 60 und der Detektoranordnung 82 zu den optischen Elementen zu ermöglichen. Zusätzlich könnten, falls die Gehäuse aus Kunststoff mit einer optischen Güte hergestellt werden, die Linsen, die Diffraktionsgitter und die Spiegel integral als ein Teil des geformten Gehäuses gebildet werden. Die Verwendung von segmentierten Prismenelementen und mehrfach facettierten Spiegeloberflächen kann auch als Teil der optischen Leseeinrichtungsanordnung als ein Ersatz für die Strahlaufteilungsfunktionen, erzielt durch die optischen Gitter 62, integriert werden.

Wie vorstehend erwähnt ist, kann eine Drehung eines Polygonelements zu einer axialen Bewegung des Polygonelements führen, und zu einem Wobbeln um die Drehachse des Polygonelements herum. Da ein Wobbeln des Polygonelements nachteilig das abgetastete, belichtete Bild beeinflußt, sind Anordnungen mit sich drehendem Polygon so aufgebaut, um ein solches Wobbeln zu minimieren. Andererseits besitzt, in tangential abtastenden Systemen, eine Verschiebung des Polygonelements in der axialen Richtung keinen Einfluß auf den optischen Weg des belichtenden Strahls, und demzufolge wird die optische Funktionsweise nicht beeinflußt. Dementsprechend sind viele Anordnungen mit sich drehendem Polygon so ausgelegt, um eine bestimmte Größe einer axialen Bewegung während des Betriebs zu ermöglichen. Zusätzlich erfordern Herstelltoleranzen nicht notwendigerweise, daß alle Oberflächen eines Polygonelements mit derselben hohen Präzision bearbeitet werden. Dies bedeutet, daß, gerade wenn das Polygonelement in der axialen Richtung festgelegt ist, wenn sich das Polygonelement dreht, eine oder mehrere Oberfläche bzw. Oberflächen des Polygonelements relativ zu einer festgelegten, optischen Leseeinrichtung nicht korrekt laufen kann, die oberhalb des Polygonelements positioniert ist.

Es ist wesentlich, daß der Trennungsabstand zwischen der Leseeinrichtung und dem Oberflächenbereich, der die Kontrollmarkierungen besitzt, innerhalb vordefinierter Grenzen beibehalten wird, so daß die optische Leseeinrichtung auf den Kontrollmarkierungen fokussiert verbleibt. Ein Beibehalten eines konstanten Separationsabstands kann durch Halten sowohl des Oberflächenbereichs, der die Kontrollmarkierungen besitzt, als auch der Leseeinrichtung in im wesentlichen festgelegten Positionen erzielt werden, so lange wie thermische Verschiebungen und die Unrundheit des Oberflächenbereichs des Polygons, das die Kontrollmarkierungen besitzt, ausreichend klein sind. Alternativ kann der korrekte Separationsabstand dynamisch beibehalten werden durch: 1) Fixieren des Polygonelements in der axialen Richtung und Ermöglichen, daß die Leseeinrichtung den Oberflächenbereich spurmäßig abfährt, der die Kontrollmarkierungen besitzt, oder 2) Halten der Leseeinrichtung fixiert, und Ermöglichen, daß das Polygonelement die optische Leseeinrichtung nachfährt.

Sich drehende Polygonelemente, befestigt auf Kugellagern, behalten typischerweise eine sehr gut definierte axiale Position während einer Drehung bei. Für diese Typen von Polygonelementanordnungen ermöglicht eine Einstellung der Position der Leseeinrichtung bei der Herstellung, oder ein Einsetzen einer floatierenden bzw. schwimmenden Leseeinrichtung, positioniert durch ein Luftlager, daß ein im wesentlicher konstanter Separationsabstand zwischen der Leseeinrichtung und dem Oberflächenbereich, der die Kontrollmarkierungen besitzt, beibehalten wird. Das Luftlager ermöglicht, daß die Leseeinrichtung den Oberflächenbereich, der die Kontrollmarkierungen besitzt, nachfährt, um Verschiebungen, verursacht durch thermische oder andere Änderungen, ebenso wie eine Unrundheit eines Polygonelements, verursacht durch Variationen in der Oberfläche des Polygonelements, zu berücksichtigen.

Eine Ausführungsform einer floatierenden bzw. schwimmenden Leseeinrichtung, befestigt auf einem Luftlager, ist in Fig. 8 dargestellt. Die Leseeinrichtung 30 besitzt ein floatierendes Element 112, das auf einem flexiblen Diaphragma 110 befestigt ist. Das floatierende Element 112 ist so aufgebaut, daß, wenn sich das Polygonelement 20 dreht, das floatierende Element 112 oberhalb der Oberfläche 33 des Polygonelements 20, unter einem vordefinierten Separationsabstand, auf einem dünnen Luftpolster gleitet. Dieser Typ einer Leseeinrichtung, der ein dynamisches Luftlager einsetzt, um den Separationsabstand zu definieren, wird oftmals in Computerplattenlaufwerken verwendet, wo ein magnetischer Lesekopf in sehr enger Nähe (ohne Kontakt) über eine drehende, magnetisch codierte Platte gleitet. Dasselbe System ist unter einem unterschiedlichen Winkel in Fig. 9 dargestellt.

Einige Polygonelementanordnungen setzen allerdings sich drehende Polygonelemente, befestigt auf Luftlagern, ein, die relativ frei sind, um sich in der axialen Richtung während einer Drehung zu bewegen. Dieser Typ einer Polygonelementanordnung kann eine alternative Einrichtung erfordern, um eine im wesentlichen konstante Trennung zwischen der Leseeinrichtung und dem Polygonelement beizubehalten.

Eine Ausführungsform eines sich drehenden Polygonelements, befestigt auf einem Luftlager, ist in der Schnittansicht der Fig. 10 dargestellt. Diese Anordnung umfaßt eine Basis 130, eine festgelegte Spindel 120 und eine eng angepaßt befestigte Hülse 126, die die Spindel 120 umgibt. Das sich drehende Polygonelement 20 ist auf der Hülse 126 befestigt. Spiralnuten 121 sind in der Spindel 121 so gebildet, daß eine Drehung der eng angepaßten Hülse 126 um die Spindel 120 herum bewirkt, daß Luft axial durch die Nuten 121 gepumpt wird. Die Luft, die entlang der Spindel 120 gepumpt ist, tritt durch den offenen Boden der Anordnung ein und entweicht über ein Entlüftungsloch 124 an der Oberseite der Anordnung. Die gepumpte Luft wirkt als ein Kissen, das die Hülse 126 um die Spindel 120 herum zentriert, und das Gewicht der Drehanordnung trägt, um dadurch das Polygonelement in einer relativ festgelegten, axialen Position während einer Drehung beizubehalten. Die Oberseite der Anordnung wirkt als ein Luftlager vom Schub- bzw. Axial-Typ, aufweisend die Oberseite der Spindel 122, und die Oberseite 123 der sich drehenden Polygonanordnung. Das Entlüftungsloch 124 in der Oberseite 123 der sich drehenden Polygonanordnung reguliert den Luftdruck innerhalb des Endhohlraums, um das Polygonelement in einer relativ festgelegten, axialen Position beizubehalten.

In einer Polygonanordnung, die eine festgelegte Leseeinrichtung, und Kontrollmarkierungen, gebildet in einem im wesentlichen flachen Oberflächenbereich mit einer vernachlässigbaren, axialen Unrundheit, hat, kann ein sich selbst einstellendes Axiallager des Typs, der dargestellt ist, an der Oberseite der Anordnung in Fig. 10, ausreichend sein, um das Polygonelement in einer im wesentlichen festgelegten, axialen Position beizubehalten, so daß ein im wesentlichen konstanter Separationsabstand zwischen der Leseeinrichtung und dem Polygonelement beibehalten werden kann.

Alternativ kann ein Luftlager vom dynamischen Typ vorgesehen werden, um die axiale Position des Polygonelements während einer Drehung zu definieren, um den im wesentlichen konstanten Separationsabstand beizubehalten. Fig. 13 stellt eine festgelegte Leseeinrichtung 30 dar, die einen dynamischen Luftlagerschuh einsetzt, der die axiale Position des Polygonelements 20 so kontrolliert, um einen relativ konstanten Separationsabstand zwischen der festgelegten Leseeinrichtung 30 und der oberen Fläche 33 des Polygonelements 20 beizubehalten. Im Betrieb wird eine kleine, äußere, axiale Kraft auf das Polygonelement 20 aufgebracht, um es gegen den Luftlagerschuh 145 zu drücken. Eine Drehung des Polygonelements 20 bewirkt, daß sich ein Luftkissen zwischen dem Luftlagerschuh 145 und der oberen Fläche 33 des Polygonelements 20 bildet. Das Luftkissen bringt eine axiale Kraft auf die obere Fläche 33 des Polygonelements 20 auf, das die extern aufgebrachte, axiale Kraft so ausgleicht, daß eine relativ festgelegte, axiale Betriebsposition eingerichtet wird, die einen konstanten Separationsabstand zwischen der Leseeinrichtung 30 und der oberen Fläche 33 des Polygonelements 20 liefert.

Ein alternatives Verfahren zum Kontrollieren der axialen Position eines sich drehenden Polygonelements, das in Verbindung mit einem Luftlager, wie es vorstehend beschrieben ist, verwendet werden kann, ist in Fig. 11 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist ein kreisförmiger Positionierungsmagnet 141 angrenzend an eine C-förmige Verlängerung 143 der Drehhülse 126 befestigt. Ein festgelegter Leseeinrichtungskopf 30, der einen dynamischen Luftlagerschuh 145 einsetzt, ist in dem Motorgehäuse befestigt. Die C-förmige Verlängerung 143 ist so ausgelegt, daß magnetische Flußlinien axiale Kräfte auf die sich drehende Hülse aufbringen, die ausbalanciert bzw. ausgeglichen werden, wenn die C- förmige Verlängerung 143 den zentrierenden Magneten 141 überspannt. Die Anordnung kann so konfiguriert werden, daß der zentrierende Magnet eine leicht nach oben gerichtete Kraft auf das Polygonelement aufbringt, die entgegengesetzt zu einer nach unten gerichteten Kraft liegt, die auch die obere Oberfläche 33 des Polygonelements 20 durch ein Luftkissen von dem Luftlagerschuh 145 aufgebracht wird. Auf diese Art und Weise kann ein konstanter Separationsabstand beibehalten werden.

Zusätzlich kann die Anordnung mit sich drehendem Polygon Positionierungsspulen einsetzen, um die axiale Position des Polygonelements zu kontrollieren. Unterweiterer Bezugnahme auf Fig. 11 ist, bei diesen Typen von Anordnungen mit sich drehendem Polygon, eine Positionierungsspule 140 angrenzend an einen vorstehenden Ring oder eine Lippe 144 befestigt, gebildet auf der Drehhülse 126. Ein elektrischer Strom wird an die Positionierungsspule 140 angelegt, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das in der Stärke durch Variieren des elektrischen Stroms, angelegt an die Positionierungsspule, variiert werden kann. Der Fluß des magnetischen Felds, erzeugt durch die Positionierungsspule 140, bringt eine axiale Kraft auf die Lippe 144 der sich drehenden Hülse 126 auf, was dazu tendiert, zu bewirken, daß die Lippe auf der Positionierungsspule 140 zentriert wird. Die axiale Kraft ist durch Ändern des Stromniveaus, angelegt an die Positionierungsspule 140, einstellbar.

Eine Positionierungsspule 140 kann in der Anordnung so befestigt werden, daß sie leicht oberhalb der normalen, axialen Position der vorstehenden Lippe 144 auf der sich drehenden Hülse 126 liegt. Ein Anlegen eines Stroms an die Positionierungsspule 140 wird dann eine leichte, nach oben gerichtete Kraft auf die sich drehende Hülse 126 aufbringen, wenn die vorstehende Lippe 144 zu der Mitte des C-förmigen Bereichs der Positionierungsspule 140 gezogen wird.

Alternativ kann eine Positionierungsspule 140 leicht höher als die normale, axiale Position einer vorstehenden Lippe 144 befestigt werden und eine andere Positionierungsspule 140 kann geringfügig niedriger als die typische, axiale Position einer vorstehenden Lippe 144 befestigt werden. Die vorstehenden Lippen können unterschiedliche, vorstehende Lippen sein, oder auf eine gemeinsame, vorstehende Lippe kann durch zwei separate Positionierungsspulen eingewirkt werden, eine befestigt geringfügig höher und die andere geringfügig niedriger als die typische axiale Position der gemeinsamen, vorstehenden Lippe 144. In dieser Anordnung kann ein Positionierungsstrom selektiv an eine der zwei Positionierungsspulen angelegt werden, oder an beide Spulen, in sich variierenden Verhältnissen, um selektiv eine nach oben oder nach unten gerichtete Kraft auf die sich drehende Hülse 126 aufzubringen.

Ein zentrierender Magnet 141, und Positionierungsspulen 140, könnten zusammen auf verschiedene Arten und Weisen verwendet werden, um die axiale Position des Polygonelements zu kontrollieren. In dem Fall, bei dem ein festgelegter Luftlagerschuh in Kombination mit einer magnetisch aufgehängten Polygonanordnung verwendet wird, könnte die Positionierungsspule dazu verwendet werden, zu bewirken, daß das Polygonelement in das Luftlager nur eingreift, nachdem die volle Drehgeschwindigkeit erreicht worden ist. Die Positionierungsspule könnte auch bewirken, daß das Polygonelement das Luftlager löst bzw. freigibt, bevor abgeschaltet wird, um eine übermäßige Abnutzung bei niedrigen Geschwindigkeiten zu vermeiden.

In einer anderen Konfiguration, bei der Luftlagerschuhe nicht benötigt werden, ermöglicht die Fähigkeit, nach oben und nach unten gerichtete Kräfte an das sich drehende Polygonelement anzulegen, unter Verwendung von Positionierungsspulen so, daß die axiale Funktion der Drehanordnung durch eine elektronische Rückführungsschleife gesteuert werden kann. In dieser Konfiguration wird das sich drehende Polygonelement aktiv mittels der axialen Kräfte, zugeführt durch die Positionierungsspulen, in Abhängigkeit von dem fokalen Zustand der Leseeinrichtung, und der Position des Oberflächenbereichs, der die Kontrollmarkierungen besitzt, umpositioniert werden.

Ein anderer Mechanismus zum Einstellen der Position der optischen Leseeinrichtung relativ zu dem Polygonelement ist in Fig. 12 dargestellt. Bei diesem Mechanismus ist die Leseeinrichtung 30 auf einer biegbaren Gelenkanordnung 150 befestigt. Das biegbare Gelenk 150 ermöglicht Feineinstellungen in der Position der Leseeinrichtung 30. Durch Abstimmung der Einstellschraube 152 der biegbaren Gelenkanordnung 150 kann die Leseeinrichtung 30 nach oben und nach unten unter sehr kleinen Verschiebungen eingestellt werden. Wenn einmal das Polygonelement und die Leseeinrichtung in der Drehpolygonanordnung befestigt sind, könnte die biegbare Gelenkanordnung 150 dazu verwendet werden, sorgfältig den Separationsabstand zwischen der Leseeinrichtung 30 und dem Oberflächenbereich, der die Kontrollmarkierungen besitzt, einzustellen.

Eine Markierungserzeugungseinrichtung zum Bilden von Kontrollmarkierungen an der Oberfläche eines sich drehenden Polygonelements ist in Fig. 14 dargestellt.

Eine Markierungserzeugungseinrichtung kann verwendet werden, um Kontrollmarkierungen auf einem Polygonelement 20, in situ, nach Montage der Basisabtastvorrichtung zu bilden. Die Basisabtasteinrichtung umfaßt den Belichtungslichtstrahlgenerator 160, Strahlkollimationselemente 162 und Strahlprojektionslinsenelemente 164. In der Markierungsbefestigungsanordnung der Fig. 14 sind Kontrollmarkierungen auf einem Polygonelement 20 in Bezug auf denselben Lichtstrahl 163 hergestellt, der dazu verwendet werden wird, das photoempfindliche Element in der fertiggestellten Bilderzeugungsvorrichtung zu belichten.

Nicht moduliertes Licht, das von dem Belichtungslichtstrahlgenerator 160 ausgeht, wird durch die Strahlkonditionierungsoptiken 162 kollimiert und von den Facetten 22 des sich drehenden Polygonelements 20 reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl 163 wird durch eine Projektionslinse 164 fokussiert, um eine nicht modulierte Abtastlinie auf einer kalibrierten, optischen Skala oder einem Gitter 166 zu bilden. Das Gitter 166 besteht aus einem Muster von präzise beabstandeten, alternierenden, transparenten und opaken Elementen. Wenn sich das Polygonelement 20 dreht, tastet der fokussierte Strahl 163, projiziert durch die Linsenelemente 164 auf die Oberfläche des Präzisionsgitters 166, in Längsrichtung über die Gitteroberfläche, wie dies durch Pfeile 165 angezeigt ist. Ein Lichtfluß von dem fokussierten Strahl 163, der durch gleichmäßig beabstandete, opake Zonen des Präzisionsgitters 166 unterbrochen wird, wird daran gehindert, einen Photodetektor 168 zu erreichen. Ein Lichtfluß von dem fokussierten Strahl, der auf einen transparenten Bereich des Gitters 166 auftrifft, wird durch das Gitter 166 hindurchführen und den Photorezeptor 168 beleuchten.

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem der Lichtstrahl durch eine opake Zone auf dem Gitter 166 unterbrochen wird, wird der Lichtfluß, der auf den Photodetektor 168 auffällt, augenblicklich in der Intensität verringert. Das Ansprechen des Photodetektors 168 auf die periodische Amplitudenmodulation des Flusses des einfallenden Lichts wird dazu verwendet, ein Markierungssignal zu erzeugen, das an die Markierungslaseranordnung 170 angelegt wird. Die Geometrie des abtastenden, optischen Systems wird bewirken, daß der fokussierte Lichtstrahl 163 über die Enden des Gitters 166 unter einer schnelleren Oberflächengeschwindigkeit als an der Mitte des Brechungsgitters 166 abtastet, wobei die Frequenz, unter der der Lichtstrahl 163 auf dem Photodetektor 168 moduliert wird, sich variieren wird. Dementsprechend wird das Markierungssignal, das zu der Markierungslaseranordnung 170 geliefert wird, eine variable Frequenz haben. Durch Einsetzen aller aktiven Elemente des Polygon-Optik-Zuges in der abschließenden Konfiguration zum Erzeugen einer Abtastlinie werden Herstellungs- und Anordnungsausrichtungsfehler der optischen Elemente, die Abtastlinien-Nicht-Linearität aufgrund von Geometriefehlern, ebenso wie alle anderen Faktoren, die die Position von Pixeln entlang der Abtastlinie beeinflussen, kompensiert werden.

Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden, daß der Ausgang des Photodetektors 168 direkt verwendet werden kann, um ein Markierungssignal eins zu eins zu erzeugen, wobei eine Kontrollmarkierung auf der Oberfläche 33 des sich drehenden Polygonelements 20 zu jedem Zeitpunkt hergestellt wird, zu dem der Strahl 163 durch ein opakes Element des Gitters 166 unterbrochen wird. Alternativ kann, unter Verwendung einer richtungsbezogenen, elektronischen Impulsmanipulationsschaltung, eine Markierung für alle N Unterbrechungen des Strahls 163 durch das Gitter 166 erstellt werden, wobei N irgendeine ganze Zahl ist. Es ist auch möglich, einen proportionalen Impulszug zu erzeugen, unter Verwendung, zum Beispiel, von Techniken einer phasenverriegelten Schleife, so daß M gleichmäßig beabstandete Markierungen auf der Oberfläche 33 des sich drehenden Polygonelements 20 für jede individuelle Unterbrechung des Strahls 163 durch das Gitter 166 erstellt werden können, wobei M eine ganze Zahl oder ein Teil von ganzen Zahlen ist. Demzufolge müssen die Markierungen, erstellt auf der Oberfläche 33 des sich drehenden Polygonelements 20, nicht auf eine Beziehung eins zu eins in Bezug auf die Impulse, erzeugt von dem Ausgang des Photodetektors 168, beschränkt werden. Dies bedeutet, daß dieselbe Markierungserzeugungseinrichtung verwendet werden kann, um einen Bereich von Abbildungssystemen mit sich drehendem Polygon zu kalibrieren, ohne daß separate Präzisionsgitter 166 erforderlich sind, die auf jede spezifische Markierungssystemauflösung zugeschnitten sind.

Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß die Impulsmultiplikations- und -unterteilungstechniken, die vorstehend beschrieben sind, ebenso beim Erzeugen eines Pixel-Taktsignals basierend auf den Kontrollmarkierungen, gelesen von dem sich drehenden Polygonelement 20, angewandt werden können. Dies ermöglicht, daß die Abtastvorrichtungen verschiedene Pixel-Bild-Auflösungen in dem Feld erzeugen, das Beziehungen von N oder M in Bezug zu der Beabstandung der Kontrollmarkierung besitzt.

Die Markierungslaseranordnung 170 erzeugt einen modulierten Markierungslaserstrahl 176 in Abhängigkeit des Signals von dem Photodetektor 168. Der Strahlmarkierungslaserstrahl wird durch einen Lenkspiegel 172 orientiert und führt durch eine Fokussierungslinse 174 hindurch, die die Laserenergie auf einen Oberflächenbereich 33 des Polygonelements 20 konzentriert, um Kontrollmarkierungen zu bilden. Die Fokussierungslinse 174 kann, als ein Teil des Fokussierungslinsenzugs, die zweite Linse 65 ebenso wie die Zylinderlinse 66 der optischen Leseeinrichtung umfassen, die in den Fig. 5B, 5C und 6B dargestellt sind, oder den äquivalenten, reflektiven, konkaven Spiegel 101 und den Wegfaltungsspiegel 103, dargestellt in Fig. 7B. In beiden Fällen ist die Leseeinrichtung auf der Polygonanordnung befestigt und das Photodetektorfeld wird temporär entfernt. Der Markierungsstrahl wird durch die Ausgangsöffnung der Leseeinrichtung so gerichtet, daß er auf die Oberfläche des Polygonelements durch die Optiken in der Leseeinrichtungsanordnung fokussiert wird.

Wie vorstehend beschrieben ist, und wie in Fig. 15 dargestellt ist, kann der Markierungslaserstrahl eine Kontrollmarkierung durch eine ablative Art und Weise, oder modifiziert in anderer Weise, eines lokalisierten Bereichs einer hoch reflektiven Schicht 31 bilden, um eine dämpfende oder weniger reflektive Schicht 35 freizulegen. Zusätzlich kann der Laserstrahl so geformt und fokussiert werden, um Kontrollmarkierungen zu bilden, die eine dünne, langgestreckte Form haben.

Wenn das Polygonelement so hergestellt ist, um sich unter einer konstanten Winkelgeschwindigkeit zu drehen, werden das Markierungssignal mit variabler Frequenz, geliefert durch den Photodetektor 168, und das Impulsmanipulationsnetzwerk, zu der Markierungslaseranordnung 170, bewirken, daß Kontrollmarkierungen in der Oberfläche des Polygonelements mit einer variablen Beabstandung gebildet werden. Wie vorstehend beschrieben ist, kompensiert diese variable Beabstandung exakt die geometrischen und Ausrichtungsfaktoren, die gewöhnlich eine Abtastlinie mit einer ungleichmäßigen Pixel- Beabstandung erzeugen würden. Dies ermöglicht einer Leseeinrichtung der Kontrollmarkierungen, ein Pixel-Taktsignal mit variabler Frequenz zu erzeugen, das dazu verwendet werden kann, eine Abtastlinie unter gleichmäßig beabstandeten Pixeln zu belichten. Der Photodetektor 168 kann auch so ausgelegt werden, um die Intensität des Lichtstrahls 163, aufgenommen an dem Photodetektor, zu erfassen. Die Intensitätsinformationen können dazu verwendet werden, ein Intensitätskorrektursignal zu erzeugen, das geeignet codiert wird und auch zu der Markierungslaseranordnung 170 geliefert wird. Die Markierungslaseranordnung 170 kann dann das Intensitätskorrektursignal in Kombination mit einer Umorientierung eines Lenkspiegels 172 verwenden, um eine Spur von Intensitätskontrollmarkierungen unter der geeigneten, radialen Position auf der oberen Oberfläche 33 des Polygonelements 20 zu bilden.

Der Photodetektor 168 könnte auch ein Feld aus Photodetektoren aufweisen, die positionsmäßige Fokusfehler und eine Abtastlinienverschiebung oder ein Wobbeln, verursacht durch Ungenauigkeiten in den Facetten 22 des Polygonelements 20, fühlen. Der Photodetektor 168 könnte dann einen codierten Polygonkegelwinkel und ein Fokusfehlersignal zu der Markierungslaseranordnung 170 liefern, das in Verbindung mit dem Strahllenkspiegel 172 verwendet wird, um geeignete Kontrollmarkierungen für die Korrektur einer Polygonkegelfehlerverschiebung und einen Fokusfehler auf dem Polygonelement 20 zu bilden.

Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet deutlich werden, daß, da die Kontrollmarkierungen auf dem sich drehenden Oberflächenbereich in einer festgelegten Beziehung zu den reflektierenden Facetten 22 des Polygonelements 20 vorliegen, die nominale Position und Beabstandung der Pixel, belichtet auf einem photoempfindlichen Element mit einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Polygon-Typ, präpariert gemäß der vorliegenden Erfindung, unabhängig von der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit des Polygonelements sein wird. Als Folge kann der Markierungs- oder Kalibrierungsvorgang, der vorstehend beschrieben ist, und der in Fig. 14 dargestellt ist, unter einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit als die beabsichtigte Betriebsgeschwindigkeit der Bilderzeugungsvorrichtung stattfinden.


Anspruch[de]

1. Modulationssignalgenerator für eine Bilderzeugungsvorrichtung vom Typ mit sich drehendem Polygon, der aufweist:

ein mehrfach facettiertes, sich drehendes Polygonelement (20), befestigt in einer Motorpolygonanordnung (24) und sich um eine Achse drehend;

Kontrollmarkierungen (32), gebildet auf einem sich drehenden, umfangsmäßigen Oberflächenbereich entweder des Polygonelements oder der Motorpolygonanordnung, und mit einer festgelegten Beziehung zu dem Polygonelement;

eine Leseeinrichtung (30), angeordnet angrenzend an den sich drehenden Oberflächenbereich zum Lesen der Kontrollmarkierungen, wenn sich das Polygonelement dreht; und

einen Modulator (31), verbunden mit der Leseeinrichtung zum Erzeugen eines Modulationssignals basierend auf Informationen, gelesen von den Kontrollmarkierungen, wobei mindestens einige der Kontrollmarkierungen (38) eine variable Beabstandung entlang der Umfangsrichtung des Oberflächenbereichs haben so, daß dann, wenn das Modulationssignal verwendet wird, um einen belichtenden Lichtstrahl (35) der Bilderzeugungsvorrichtung zu modulieren und der modulierte, belichtende Lichtstrahl ein elektronisches, latentes Bild auf einem photoempfindlichen Element bildet, eine vorhandene, geometrische Abtast- Nicht-Linearität, die eine variable Fleckgeschwindigkeit bewirkt, kompensiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der sich drehende Oberflächenbereich (33) senkrecht zu der Drehachse des Polygonelements liegt und wobei die Kontrollmarkierungen einen kontinuierlichen Pfad auf dem Oberflächenbereich unter einem im wesentlichen konstanten, radialen Abstand von der Drehachse des Polygonelements aufweisen, oder wobei die Kontrollmarkierungen auf einem sich drehenden, zylindrischen Oberflächenbereich entweder des Polygonelements oder der Motorpolygonanordnung gebildet sind, und wobei der zylindrische Oberflächenbereich koaxial zu der Drehachse des Polygonelements liegt.

3. Vorrichtung nach Ansprüch 1, wobei die Kontrollmarkierungen (32) Pixel-Takt- Informationen zum Modulieren eines belichtenden Lichtstrahls der Bilderzeugungsvorrichtung aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leseeinrichtung (30) eine optische Leseeinrichtung zum Lesen der Kontrollmarkierungen, wenn sich das Polygonelement dreht, aufweist.

5. Verfahren zum Erzeugen eines Modulationssignals, verwendet dazu, einen belichtenden Lichtstrahl einer Bilderzeugungsvorrichtung vom sich drehenden Polygon-Typ zu modulieren, um ein elektrostatisches, latentes Bild auf einem photoempfindlichen Element zu bilden, das die Schritte aufweist:

Vorsehen von maschinenlesbaren Kontrollmarkierungen (32) auf einem sich drehenden, umfangsmäßigen Oberflächenbereich entweder eines Polygonelements (20) oder einer Motorpolygonanordnung (24) einer Bilderzeugungsvorrichtung; wobei die Kontrollmarkierungen eine festgelegte Beziehung zu dem Polygonelement (20) haben und wobei mindestens einige der Kontrollmarkierungen (38) eine variable Beabstandung entlang der Umfangsrichtung des Oberflächenbereichs haben;

Drehen des Polygonelements;

Lesen (30) der Kontrollmarkierungen auf dem sich drehenden Oberflächenbereich, wenn sich das Polygonelement dreht; und

Erzeugen (31) eines Modulationssignals basierend auf Informationen, gelesen von den Kontrollmarkierungen so, daß eine vorhandene, geometrische Abtast-Nicht-Linearität, die eine variable Fleckgeschwindigkeit verursacht, kompensiert wird.

6. Verfahren zum Erzeugen eines elektrostatischen, latenten Bilds auf einem photoempfindlichen Element mit einer Bilderzeugungsvorrichtung vom Typ mit sich drehendem Polygon, das die Schritte aufweist:

Erzeugen eines Modulationssignals durch das Verfahren nach Anspruch 5;

Erzeugen eines belichtenden Lichtstrahls mit einer Lichtquelle (35);

Reflektieren des belichtenden Lichtstrahls von Facetten (22) des Polygonelements (20), wenn sich das Polygonelement dreht, um den Lichtstrahl über ein photoempfindliches Element abzutasten; und

Modulieren (31) des belichtenden Lichtstrahls basierend auf dem Modulationssignal, wenn sich das Polygonelement dreht, um ausgewählte Bereiche des photoempfindlichen Elements zu belichten, um ein elektrostatisches, latentes Bild auf dem photoempfindlichen Element zu bilden.

7. Vorrichtung zum Bilden von Kontrollmarkierungen auf einem sich drehenden, umfangsmäßigen Oberflächenbereich (33) entweder eines Polygonelements (20) oder einer Motorpolygonanordnung einer Bilderzeugungsvorrichtung zur Verwendung beim Kompensieren einer Abtastlinien-Nicht-Linearität, wobei die Vorrichtung aufweist:

einen Detektor (168) zum Erfassen eines einfallenden Lichtstrahls;

ein Gitter (166), das alternierende transparente und opake Bereiche besitzt, wobei das Gitter zwischen dem Detektor und einem sich drehenden Polygonelement zwischengefügt ist;

eine Lichtquelle (160) zum Erzeugen eines Lichtstrahls (163), der von Facetten (22) des Polygonelements reflektiert und über das Gitter abtastet, wenn sich das Polygonelement dreht, so daß der Lichtstrahl alternierend durch einen transparenten Bereich des Gitters hindurchführt und den Detektor beleuchtet, und davor bewahrt wird, daß er durch das Gitter hindurchführt und den Detektor beleuchtet, durch einen opaken Bereich des Gitters, in Abhängigkeit von dem Bereich des Gitters, den der Lichtstrahl beleuchtet;

einen Markierungssignalgenerator (170), der mit dem Detektor zum Erzeugen eines Markierungssignals basierend auf dem Lichtstrahl, erfaßt durch den Detektor, verbunden ist; und

eine Markierungseinrichtung, verbunden mit dem Markierungssignalgenerator, zum Bilden einer Datenspur aus Kontrollmarkierungen (38), die eine variable Beabstandung entlang einer Umfangsrichtung auf dem sich drehenden Oberflächenbereich besitzen, basierend auf dem Markierungssignal.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Markierungssignalgenerator (170) eine Mehrzahl von Markierungssignalen erzeugt, und wobei die Markierungseinrichtung eine Mehrzahl von Datenspuren von Kontrollmarkierungen auf dem sich drehenden Oberflächenbereich bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der Detektor (168) eine Beleuchtungsstärke des Lichtstrahls, der den Detektor beleuchtet, erfaßt, wobei der Markierungssignalgenerator ein Beleuchtungsstärke-Markierungssignal erzeugt und wobei die Markierungseinrichtung Beleuchtungsstärke-Korrektur-Kontrollmarkierungen auf dem sich drehenden Oberflächenbereich bildet.

10. Verfahren zum Bilden von Kontrollmarkierungen auf einem sich drehenden, umfangsmäßigen Oberflächenbereich (33) entweder eines sich drehenden Polygonelements (20) oder einer Motorpolygonanordnung einer Bilderzeugungsvorrichtung zur Verwendung beim Kompensieren einer Abtastlinien-Nicht-Linearität, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Befestigen entweder eines sich drehenden Polygonelements oder eines sich drehenden Bereichs einer Motorpolygonanordnung in einer Markieranordnung zum Bilden von Kontrollmarkierungen in Abhängigkeit eines Markierungssignals;

Erzeugen eines Lichtstrahls (163) mit einer Lichtquelle (160), wobei der Lichtstrahl von Facetten (22) des Polygonelements reflektiert und über ein Gitter (166) abtastet, wenn sich das Polygonelement dreht;

Drehen des Polygonelements, um den Lichtstrahl über das Gitter abzutasten, wobei das Gitter alternierend dem Lichtstrahl ermöglicht, durch das Gitter hindurchzuführen, um einen Detektor (168) zu beleuchten, und verhindert, daß der Lichtstrahl durch das Gitter hindurchführt und den Detektor beleuchtet, in Abhängigkeit von dem Bereich des Gitters, den der Lichtstrahl beleuchtet;

Erfassen eines einfallenden Lichtstrahls mit dem Detektor während einer Drehung des Polygonelements;

Erzeugen (170) eines Markierungssignals, wenn sich das Polygonelement dreht, basierend auf dem Lichtstrahl, erfaßt durch den Detektor; und

Bilden von Kontrollmarkierungen (38), die eine variable Beabstandung haben, entlang einer Umfangsrichtung auf dem sich drehenden Oberflächenbereich basierend auf dem erzeugten Markierungssignal.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Lichtstrahl (163), verwendet dazu, von den Facetten zu reflektieren, derselbe Lichtstrahl ist, der durch die Bilderzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines elektrostatischen, latenten Bilds auf einem photoempfindlichen Element verwendet wird.







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