專利名稱:光學(xué)掃描裝置和成像裝置的制作方法
背景技術(shù):
本發(fā)明涉及成像裝置例如激光印刷機和數(shù)字復(fù)印機以及用在這種成像裝置中的光束掃描裝置。
例如,這樣形成多鼓輪式的彩色成像裝置,使得在光導(dǎo)鼓上形成多個像,這些像在記錄介質(zhì)上彼此重疊,形成一個像。這種成像裝置利用多個對應(yīng)于分色分量的成像部分和光束掃描裝置(激光曝光裝置)。該光學(xué)掃描裝置提供多個對應(yīng)于顏色分量的成像信息,即向成像部分提供多個激光束。
在這種彩色成像裝置中,必須在光導(dǎo)鼓上形成像的位置關(guān)系,特別是在副掃描方向形成位置關(guān)系,以便得到?jīng)]有色移(彩色重合誤差)的彩色像。然而在光源和光導(dǎo)鼓之間裝有多個光學(xué)部件,這些光學(xué)部件受到環(huán)境溫度和濕度的影響,因此通常會不時地造成色移。
為了降低在副掃描方向的色移,美國專利No.6337757提出了一種方法。
在這種方法中,相應(yīng)顏色分量的偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)裝有混合柱面透鏡,該光學(xué)系統(tǒng)配置在各個顏色分量的光源和各個顏色分量共用的偏轉(zhuǎn)器之間。該復(fù)合柱面透鏡由玻璃柱面透鏡和塑料柱面透鏡構(gòu)成,前者在副掃描方向具有正的放大率,光束以偏心和傾斜的方式穿過該透鏡,后者在副掃描方向具有負的放大率。結(jié)果,對于各個顏色分量可以降低由于環(huán)境溫度變化造成的在副掃描方向的位移。
然而在上述常規(guī)方法中,對于各個顏色分量,應(yīng)當(dāng)配置塑料柱面透鏡(當(dāng)顏色分量是黃色、深紅色、深藍色和黑色時,需要四個塑料柱面透鏡),否則將增加裝置的復(fù)雜性和成本。
當(dāng)復(fù)合柱面透鏡向光軸方向移動,以便進行聚焦調(diào)節(jié),將光束聚焦在成像表面(光導(dǎo)鼓的表面)時,復(fù)合柱面透鏡使得光束以偏心和傾斜的方式透過。因此在成像表面上的照射位置(光束位置)發(fā)生改變。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是提供一種光束掃描裝置和成像裝置,這種成像裝置能夠用簡單的結(jié)構(gòu),補償由于環(huán)境的變化造成的像光束位置在副掃描方向的飄移,并能降低這些像之間的位移。
本發(fā)明的第一方面是光束掃描裝置,該裝置包括單個光偏轉(zhuǎn)裝置;偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以使多個光源發(fā)射的光束進入該光偏轉(zhuǎn)裝置;偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng),包括第一光學(xué)部件,用于將光偏轉(zhuǎn)裝置偏轉(zhuǎn)的光束成像在相應(yīng)光束的被掃描表面上,其特征在于,在偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的一個位置上,配置第二光學(xué)部件,該部件在副掃描方向具有與第一光學(xué)部件放大率相反的正的或者負的放大率,該第二光學(xué)部件可以同時通過光源發(fā)出的光束,并使得光源發(fā)出的光束可以分開一定距離進入副掃描方向。
本發(fā)明的第二方面是光束掃描裝置,該光束掃描裝置的特征在于包括多個光學(xué)部件,這些部件配置在盒子內(nèi),并可以向多個間距為L的光敏電阻裝置提供多個掃描線,其中用αH、αF和αS分別表示盒子的線膨脹系數(shù)、固定光敏電阻裝置支架的線膨脹系數(shù)和驅(qū)動傳送帶軸的線膨脹系數(shù),在光敏電阻傳感器鼓輪上顯示的像,重疊在該傳送帶上,當(dāng)用BP表示光路從偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)到被掃描表面時,在被掃描表面上沿副掃描方向的光束位置之間的間距時,可以選擇部件的特性,使得在副掃描方向的光束位置,單位溫度僅偏移——(αH-2×αF+αS)×L+αH×BP。
本發(fā)明的第三方面是一種光束掃描裝置,其特征在于包括單一光偏轉(zhuǎn)裝置;偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)使多個光源發(fā)出的光束進入光偏轉(zhuǎn)裝置;偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng),包括第一光學(xué)部件,用于將光偏轉(zhuǎn)裝置偏轉(zhuǎn)的光束,成像在相應(yīng)光束的被掃描表面上,其中可以選擇光學(xué)組成部分包括光偏轉(zhuǎn)裝置、偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的特性,使得從偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)到被掃描表面的光路偏轉(zhuǎn)展開時,從光源射出的光束在被掃描表面上的間隔,在溫度升高時變小。
按照本發(fā)明的光束掃描裝置和成像裝置,即使在周圍環(huán)境例如溫度變化時,也可以采用簡單的結(jié)構(gòu),降低在副掃描方向不同光導(dǎo)鼓所成像的位移。
附圖的簡要說明
圖1是示意截面圖,示出一種成像裝置,該成像裝置采用一個實施例的多光束光學(xué)掃描裝置;圖2是示意平面圖,示出裝在圖1所示成像裝置光束掃描裝置中的光學(xué)部件配置;圖3是示意截面圖,說明圖2所示光束掃描裝置中,切斷光偏轉(zhuǎn)裝置的偏轉(zhuǎn)位置和偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)掃描方向中心后的狀態(tài);圖4A和4B是說明示意圖,說明環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的作用;圖5是說明示意圖,說明受溫度變化影響的各個參數(shù)的正常狀態(tài);圖6是說明示意圖,說明在掃描線位置(激光束照射位置)波動的影響;圖7是說明示意圖,示出在光導(dǎo)鼓的位置波動的影響;圖8是圖表,說明該實施例第一具體例子中,在光學(xué)部件各個表面光軸上的曲率、間隔、相應(yīng)光學(xué)部件的折射率等;圖9是圖表,示出該實施例第一具體例子中,光學(xué)部件的偏心量和傾斜量;圖10A-10F是圖表,示出該該實施例第一具體例子中各個光學(xué)部件的各個表面的曲面多項式系數(shù);圖11是圖表,示出該實施例第一具體例子中環(huán)境改變補償光學(xué)部件15的近軸放大率特性;圖12是圖表,示出該實施例第一具體例子中,溫度上升15℃時位置的變化;圖13是圖表,示出該實施例第二具體例子中,在光學(xué)部件各個表面的光軸上的曲率、間隔和相應(yīng)光學(xué)部件的折射率;
圖14是圖表,示出該實施例第二具體例子中,光學(xué)部件的偏心量和傾斜量;圖15A和15B是圖表,示出該實施例第二具體例子中,各個光學(xué)部件各個表面的曲面多項式系數(shù);圖16是圖表,示出該實施例第二具體例子中,環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的近軸部分放大率特性;圖17是圖表,示出該實施例第二具體例子中,溫度升高15℃時位置的變化;圖18是圖表,示出該實施例比較例子中,各光學(xué)部件表面光軸上的曲率、間隔和相應(yīng)光學(xué)部件折射率;圖19是圖表,示出該實施例比較例子中,光學(xué)部件的偏心量和傾斜量;圖20是圖表,示出該實施例比較例中,環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的近軸部分放大率特性;圖21是圖表,示出該實施例比較例子中,溫度上升15℃時位置的變化。
優(yōu)選實施例的詳細說明下面參考附圖,說明本發(fā)明優(yōu)選實施例的光束掃描裝置和成像裝置。
(A)一個實施例下面說明本發(fā)明一個實施例的光束掃描裝置和成像裝置。此實施例的光束掃描裝置是多光束光學(xué)掃描裝置。
圖1示出彩色成像裝置,該成像裝置采用本實施例的多光束光學(xué)掃描裝置。在這種彩色成像裝置中通常采用四個部分,這四個部分由四種像信息部分和不同的裝置構(gòu)成,在該像信息部分中,顏色被分成為黃色(Y)、深紅色(M)、深藍色(C)和黑色(B)的相應(yīng)分量,該不同裝置形成對應(yīng)于Y、M、C和B的相應(yīng)顏色分量的像;因此,在以下的說明和附圖中,在參考編號上加上Y、M、C和B,以便區(qū)分相應(yīng)顏色分量的像信息和對應(yīng)于這些像信息的裝置。
在圖1中成像裝置100具有第一至第四成像部分50Y、50M、50C和50B,這些部分形成分色的像黃色像、深紅色像、深藍色像和黑白像。
該成像部分50Y、50M、50C和50B按此順序接連配置在光束掃描裝置1的下面,配置的位置對應(yīng)于顏色分量像的激光束L(Y、M、C和B)經(jīng)多光束光學(xué)掃描裝置1的第三偏轉(zhuǎn)反射鏡37Y、37M、37C、和第一偏轉(zhuǎn)反射鏡33B射出的位置。下面將參考圖2、3說明這些成像部分。
傳送帶52配置在相應(yīng)成像部分50(Y、M、C和B)的下面,該傳送帶傳送記錄介質(zhì)材料,由成像裝置部分50(Y、M、C和B)形成的像轉(zhuǎn)印到該記錄介質(zhì)上。
該傳送帶52橋接在傳送帶驅(qū)動輥56和張緊輥54之間,該傳送帶利用未示出的馬達向箭頭表示的方向轉(zhuǎn)動。該傳送帶52以預(yù)定速度向傳送帶驅(qū)動輥56轉(zhuǎn)動的方向以預(yù)定速度轉(zhuǎn)動,并在成像部分50(Y、M、C和B)的下面進行直線移動。
該成像部分50(Y、M、C和B)具有光導(dǎo)鼓58Y、58M、58C和58B,這些鼓輪為圓筒形鼓輪,被形成為可以沿圖1的順時針方向轉(zhuǎn)動。分別在光導(dǎo)鼓58Y、58M、58C和58B上形成對應(yīng)于這些像的靜電潛像。
分別圍繞光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)配置充電裝置60Y、60M、60C和60B;顯像裝置62Y、62M、62C和62B;轉(zhuǎn)印裝置64Y、64M、64C和64B;清潔裝置66Y、66M、66C和66B和放電裝置68Y、68M、68C和68B,即按此順序沿光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)的轉(zhuǎn)動方向配置。充電裝置60(Y、M、C和B)將預(yù)定的電位加在光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)的表面上。顯像裝置62(Y、M、C和B)提供調(diào)色劑,使得顏色對應(yīng)于在光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)的表面上形成的靜電潛像,從而使像顯現(xiàn)出來。該轉(zhuǎn)印裝置64(Y、M、C和B)對著光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B),傳送帶52夾在轉(zhuǎn)印裝置64(Y、M、C和B)和光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)之間,該轉(zhuǎn)印裝置將光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)上形成的顯影圖像,轉(zhuǎn)印到傳送帶52上,或者記錄介質(zhì)上,即由傳送帶52傳送的記錄紙P上。該清潔裝置66(Y、M、C和B)除去由轉(zhuǎn)印裝置64(Y、M、C和B)轉(zhuǎn)印顯影圖像以后留在光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)上的殘留調(diào)色劑。在轉(zhuǎn)印裝置64(Y、M、C和B)轉(zhuǎn)印顯影圖像以后,該放電裝置68(Y、M、C和B)去除在光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)上的剩余電位。
將潛像寫在光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)的光束是光導(dǎo)鼓58上沿副掃描方向的一個或者多個光束,該光束由光束掃描裝置1的反射鏡37Y、37M、37C和33B反射。
顏色分量的激光束LY、LM、LC和LB(可能是多個光束的合成光束)射到位于充電裝置60(Y、M、C和B)和顯像裝置62(Y、M、C和B)之間的與相應(yīng)顏色分量有關(guān)的光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)的表面上。
紙盒70配置在傳送帶52的下面,該紙盒裝有記錄介質(zhì)即紙張P,由成像部分50(Y、M、C和B)形成的像轉(zhuǎn)印到該紙張P上。
輸紙輥72配置在紙盒70的一個端部,靠近張緊輥54。該輸紙輥72形成為大約半月形,將裝在紙盒70的紙張P從頂部一張接一張地輸送出去。
阻擋輥74配置在輸紙72和張緊輥54之間。該阻擋輥74使紙盒70中輸出的一張紙P的前端,與形成在成像部分50B(黑色)的光導(dǎo)鼓58B的顯影圖像前端相一致。
吸引輥76基本上經(jīng)輸送帶52,配置在張緊輥54的外周面上,沿紙的傳送方向位于阻擋輥74和第一成像部分50Y之間,鄰接張緊輥54。該吸引輥76在預(yù)定時間,向阻擋輥74輸送的一張紙P,提供預(yù)定的靜電吸引力。吸引輥76的軸線平等于張緊輥54的軸線。
電阻傳感器78和80(因為圖1是前視截面圖,所以只能見到后部傳感器80)基本上經(jīng)傳送帶52配置在傳送帶驅(qū)動輥56的外周面上,位于傳送帶52的一個端部,鄰接傳送帶驅(qū)動輥56。該電阻傳感器78和80檢測在傳送帶52上或者由傳送帶52傳送的紙張P上形成的像的位置。
傳送帶的清潔裝置82配置在對應(yīng)于傳送帶驅(qū)動輥56外周面上的的傳送帶52上。該傳送帶清潔裝置82除去粘在傳送帶52上的調(diào)色劑或者紙張P上的廢物。
定影裝置84沿一個方向配置,沿此方向,傳送帶52傳送的紙張P與傳送帶驅(qū)動輥56分開,并繼續(xù)被傳送。該定影裝置84將轉(zhuǎn)印到紙張P上的顯影圖像定影在紙張P上。
圖2和3示出用在圖1所示彩色成像裝置中多光束光學(xué)掃描裝置的詳細結(jié)構(gòu)。在圖1中,省去了多光束光學(xué)掃描裝置偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng),但在圖2中,示出偏轉(zhuǎn)前的光學(xué)系統(tǒng)。圖2示出用下面說明的反射鏡進行的反射,該反射鏡將偏轉(zhuǎn)光束分成相應(yīng)顏色分量的激光束。
如圖2所示,該多光束光學(xué)掃描裝置僅用一個偏轉(zhuǎn)裝置5作偏轉(zhuǎn)單元,該單元以預(yù)定的線速度將作為光源的激光部件射出的激光束,偏轉(zhuǎn)到位于預(yù)定位置的成像表面上,即射到圖1所示4個成像部分50Y、50M、50C和50B的光導(dǎo)鼓58Y、58M、58C和58B的預(yù)定位置。在此說明中,由光偏轉(zhuǎn)裝置5偏轉(zhuǎn)激光束的方向稱為主掃描方向。
光偏轉(zhuǎn)裝置5為多面體反射鏡5a,其中具有多個表面(例如8個表面)的平面反射鏡配置成規(guī)則的多面體形狀,該偏轉(zhuǎn)裝置5還具有馬達5b,該馬達使多面體反射鏡5a以預(yù)定速度轉(zhuǎn)動。該多面體反射鏡5a用例如鋁制作。可以這樣形成多面體反射鏡5a的相應(yīng)反射面,使得沿作為一個面的副掃描方向切開多面體反射鏡5a后,在切斷面上具有表面保護層例如二氧化硅,該副掃描方向的面包括多面體反射鏡5a轉(zhuǎn)動的方向,即垂直于主掃描方向的面。
偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)30配置在光偏轉(zhuǎn)裝置5和成像表面之間。該偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)30具有第一和第二成像透鏡(所謂fθ透鏡)30a和30b,該透鏡可以使該光偏轉(zhuǎn)裝置5反射表面偏轉(zhuǎn)到預(yù)定方向的激光束,獲得預(yù)定的光學(xué)特性。該第一和第二成像透鏡30a和30b設(shè)計成互相配合,使得成像表面和多面體反射鏡表面的反射點在副掃描方向形成大概的共軛關(guān)系。結(jié)果,第一和第二成像透鏡30a和30b可以防止在成像表面上,由于多面體反射鏡5a反射表面傾斜作用,造成的在副掃描方向的波動(各反射面的角度和通過反射面中軸的軸線之間的傾斜)。因此,在副掃描方向形成正的放大率。
第一和第二成像透鏡30a和30b這樣彼此配合,使得成像表面和反射面上反射點可以形成大致的共軛關(guān)系,從而可以防止在成像表面上,由于多面體反射鏡5a反射表面傾斜作用,造成的在副掃描方向的波動(各反射面的角度和通過中心軸的軸線之間的傾斜)。因此第一和第二成像透鏡30a和30b在副掃描方向具有正放大率。
另外,如圖3所示,偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)30具有第一反射鏡33Y、33M和33C和33B、第二反射鏡35Y、35M和35C以及第三反射鏡37Y、37M和37C。由偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)30第二成像透鏡30b射出的黑色分量激光束LB由第一反射鏡33B反射,使其射到光導(dǎo)鼓58B。從第二成像透鏡30b射出的其他顏色分量的激光束LY、LM和LC由第一反射鏡33Y、33M和33C、第二反射鏡35Y、35M和35C以及第三反射鏡37Y、37M和37C順序反射,使其射到光導(dǎo)鼓58Y、58M和58C上。
光束掃描裝置1具有4個光源3Y、3M、3C和3B,各個光源包括一個或多個激光部件,這些激光部件發(fā)射分別射到光導(dǎo)鼓58(Y、M、C和B)上的光束。即使包含多個激光部件的光源3(Y、M、C和B)發(fā)射多個激光束時,從這些光源發(fā)出的激光束也能以一定程度的間隔相結(jié)合,使得激光束部件射出的成對的激光束一般變成一個激光束。
偏轉(zhuǎn)前的光學(xué)系統(tǒng)7(Y、M、C和B)配置在光源3(Y、M、C和B)和光偏轉(zhuǎn)裝置5之間,該偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)將光源3(Y、M、C和B)射出的光束L(Y、M、C和B)的光束斑點截面形狀調(diào)節(jié)成預(yù)定的形狀。
在通過有限焦點透鏡9(Y、M、C和B)使光源3(Y、M、C和B)發(fā)出的輻射激光束L(Y、M、C和B)得到預(yù)定的聚焦以后,利用光欄(圖2未示出)將光束的截面形狀調(diào)整到預(yù)定的形狀。利用玻璃柱面透鏡11(Y、M、C和B)可以進一步使僅在副掃描方向穿過光欄的激光束L(Y、M、C和B)獲得預(yù)定的聚焦。該玻璃柱面透鏡11(Y、M、C和B)由例如BK7型玻璃構(gòu)成。該激光束L(Y、M、C和B)隨后利用光路合成單元13a、13b、13c和13d例如反射鏡或者光束分裂器合成為大約一個光路(在主掃描方向中的一個光路,但是入射到光偏轉(zhuǎn)裝置5反射表面上的入射角或者位置在副掃描方向是稍微不同的)。該激光束L(Y、M、C和B)射向光偏轉(zhuǎn)單元5的一個反射表面上。
有限焦點透鏡9(Y、M、C和B)由單透鏡構(gòu)成,在此單透鏡中,例如將未示出的紫外固化的塑料非球面透鏡與球面玻璃透鏡或者非球面玻璃透鏡層合在一起形成。
本實施例的特征在于環(huán)境變化補償部件15,該部件具有補償由環(huán)境變化(例如溫度變化)造成的副掃描方向位移的功能配置在未達到偏轉(zhuǎn)裝置5的激光束L(Y、M、C和B)的共同光路(大約聚合成一個光路)上。由塑料例如COP(環(huán)烯聚合物)或者PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)形成的不規(guī)則表面透鏡,加在該環(huán)境變化補償光學(xué)部件15上。該環(huán)境變化補償光學(xué)部件15至少在副掃描方向具有負放大率。
圖4A和4B是環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的原理說明圖,圖4A是示意圖,示出沒有安裝環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的示意圖,而圖4B是裝有環(huán)境變化補償光學(xué)部件15情況的示意圖。另外,圖4A和4B示出在副掃描方向的光路,在該光路上,用透射表面取代光偏轉(zhuǎn)裝置5反射表面的反射。在圖4A和4B中僅示出4個顏色分量激光束中的2個激光束(在這種情況下,該2個激光束暫定為激光束LY和LB),在偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)30中的第一和第二成像透鏡(fθ透鏡)30a和30b視作為其功能相當(dāng)于將兩個透鏡合在一起的功能。
在考慮溫度變化時,作為應(yīng)用于這裝置的透鏡,玻璃透鏡優(yōu)于塑料透鏡。然而該第一和第二成像透鏡(fθ透鏡)30a和30b必須確保在主掃描方向具有足夠長度,在考慮到透鏡和重量和成本之后,也可以采用塑料透鏡。
在不配置環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的情況下,溫度變化幾乎不影響玻璃柱面透鏡11Y和11B。因此穿過玻璃柱面透鏡11Y和11B的激光束LY和LB幾乎不受溫度變化的影響,因而可以沿同樣的路徑傳播。然而,當(dāng)溫度上升時,由塑料透鏡構(gòu)成的第一和第二成像透鏡(fθ透鏡)30a和30b受到部件尺寸變大和折射率變小這些因數(shù)的影響。結(jié)果正放大率降低,當(dāng)激光束達到成像表面(光導(dǎo)鼓58Y和58B)時,在副掃描方向產(chǎn)生很大的位移。在圖4A中用長短線表示的光路代表這種情況。
相反,當(dāng)配置環(huán)境變化補償光學(xué)部件15時,穿過玻璃柱面透鏡11Y和11B的激光束LY和LB穿過該環(huán)境變化補償光學(xué)部件15,然后再射到由塑料透鏡構(gòu)成的第一和第二成像透鏡(fθ透鏡)30a和30b上。當(dāng)采用具有負放大率的塑料透鏡作環(huán)境變化補償光學(xué)部件15時,在溫度上升時,該環(huán)境變化補償光學(xué)部件15所起的作用是使光偏轉(zhuǎn)裝置5的反射表面5R上的激光束之間的距離變小。即,該環(huán)境變化補償光學(xué)部件15在溫度上升時,是在塑料透鏡構(gòu)成的第一和第二成像透鏡(fθ透鏡)30a和30b起作用方向的反方向起作用。因此,它起的作用是使激光束LY和LB成像表面(光導(dǎo)鼓58Y和58B)的照射位置縮短。在設(shè)定環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的放大率和入射角時,可以隨意調(diào)節(jié)照射位置的變化量,該變化量可以調(diào)節(jié)到在溫度上升之前和上升之后大約相等。
已經(jīng)研究了如果調(diào)節(jié)環(huán)境變化補償光學(xué)部件15必須的被償作用(環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的透鏡特性),為了設(shè)定必須的補償作用,必須知道由于整個裝置環(huán)境變化(溫度變化)造成的像飄移和色移。
對圖5所示的兩個光導(dǎo)鼓的情況下(暫時說明黃色和黑色分量的兩個光導(dǎo)鼓)的情況,進行研究。
射到兩個光導(dǎo)鼓58Y和58B的光束LY和LB之間的間隔用L表示,光導(dǎo)鼓58Y和58B的半徑用rd表示,光導(dǎo)鼓58Y和58B的曝光點和轉(zhuǎn)印點之間的角度用α表示,光導(dǎo)鼓58Y和58B的轉(zhuǎn)速用ωd表示,傳送帶驅(qū)動輥56軸的半徑用rs表示,而傳送帶驅(qū)動輥56的角速度用ωs表示。在基準(zhǔn)時間,公式(1)成立,為了將像重疊在紙張的一個位置上,必須在時間差T進行曝光,該時間差別由公式(2)表示,該時間差是用激光LY寫入的時間和用激光LB寫入的時間之間的差。
rd×ωdrs×ωs=v …(1)T=L/v…(2)(a)激光束照射位置波動的影響當(dāng)圖5所示的基準(zhǔn)狀態(tài)變化到圖6所示激光束LY和LB的間隔僅飄移ΔLH時,由激光束LB寫入的像達到轉(zhuǎn)印點的時刻僅延后公式(3)表示的時間ΔTH。這意味著,由激光束LB形成的像飄移到后側(cè)(副掃描方向為圖6的右側(cè)),僅飄移由公式(4)表示的距離。
ΔTHΔLH/v …(3)v×ΔTHΔLH …(4)(b)光導(dǎo)鼓位置波動的影響當(dāng)圖5所示的基準(zhǔn)狀態(tài)改變到圖7所示的兩個光導(dǎo)鼓58Y和58B之間的距離僅飄移ΔLF時,激光束LB所寫的像達到轉(zhuǎn)印點的時刻僅遲延由公式(5)表示的時間ΔTF。這意味著,激光束LB的像飄移到前側(cè)(副掃描方向為圖7的左側(cè)),僅飄移由公式(6)表示的距離。當(dāng)兩個光導(dǎo)鼓58Y和58B之間的距離僅改變ΔLF時,激光束LB的像其轉(zhuǎn)印點僅改變ΔLF。總之,由激光束LB所寫的像飄移到前側(cè)(副掃描方向為圖7的左側(cè)),僅飄移由公式(7)表示的絕對值。在公式(7)中的“-”表示飄移方向,偏移到右側(cè)用“+”表示。
ΔTF-ΔLF/v …(5)v×ΔTF-ΔLF …(6)-2×ΔLF…(7)(c)軸半徑波動的影響當(dāng)傳送帶驅(qū)動輥56的軸半徑僅增加Δrs時,傳送帶驅(qū)動輥56的線性移動速度(v)加快,僅加快Δrs×ωs。因此,在時間間隔T的傳送帶前移距離(傳送帶上的記錄介質(zhì)的前移距離)增大,增加的值由公式(8)確定。這意味著,由激光束LB寫的像飄移到后側(cè)(副掃描方向為圖6和圖7所示的右側(cè)),飄移值只由公式(8)確定的值。
Δrs×ωs×T=L×Δrs/rs …(8)使像在副掃描方向飄移的原因是在(a)-(c)中三種波動造成的,當(dāng)同時存在三種或者兩種波動時,按照方程(4、7、8),由激光束LB寫出的像偏離基準(zhǔn)狀態(tài)的值,由公式(9)確定。
ΔLH-2×ΔLF+L×Δrs/rs…(9)用αH表示光學(xué)系統(tǒng)例如本實施例光束掃描裝置1的安裝部件(以后稱盒子)的總線膨脹系數(shù)(總熱膨脹系數(shù)),用αF表示光導(dǎo)鼓58Y和58B的支承部件(以后稱為支架)的總線膨脹系數(shù)(總熱膨脹系數(shù)),用αS表示傳送帶驅(qū)動輥(軸)56的總線膨脹系數(shù)(總熱膨脹系數(shù)),用t表示溫度升高。此時,可以分別用公式(10)到(12)表示三種波動ΔLH、ΔLF、ΔrsΔLH=αH×L×t…(10)ΔLH=αF×L×t…(11)Δrs=αS×rs×t …(12)將公式(10)和(12)代入公式(9)時,得到公式(13)。該公式(13)表示溫度上升t時,由激光束LB寫入的像受到相應(yīng)部分合成線膨脹系數(shù)(合成熱膨脹系數(shù))的影響從而飄移到后側(cè)(副掃描方向為圖5的右側(cè)),僅飄移圖5所示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)由公式(13)確定的值。
αH×L×t-2×αF×L×t+L×αS×rs×t/rs=(αH-2×αF+αS)×(L×t)=Δ…(13)按照公式(13),可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度升高t時,激光束LB的照射位置移離溫度升高前的位置,只向相反方向移動,移動量等于由公式(13)表示的絕對量Δ(-Δ)。假定只有激光束LB寫入的像發(fā)生改變,上述說明成立,但是激光束LB和LY的照射位置均發(fā)生改變。因此方程(13)表示,當(dāng)溫度上升t時,光束LB和LY之間的距離僅改變-Δ。即,激光束LB和LY的光導(dǎo)鼓的照射位置不固定,但是激光LB和LY之間的距離僅相對移動-Δ,該移動量相反于公式(13)表示的量。結(jié)果,即使外部環(huán)境發(fā)生改變(特別是溫度改變),多個像也不會位移(維持精確的彩色重合)。
為了簡化說明,說明兩個激光束LB和LY的情況,但和上述實施例一樣,同樣的作用適用于四個激光束LY、ML、LC和LB。
僅當(dāng)沿副掃描方向的激光束之間的距離僅膨脹αH×BP×t(此式中,BP是從偏轉(zhuǎn)表面反射到成像表面的光路反射民開時副掃描方向光束位置之間的間隙)時,該光學(xué)系統(tǒng)盒子的膨脹正好與射出盒子的激光束的間隙的波動相同。
因此,如果在反射鏡展開時,被掃描表面(對應(yīng)于光導(dǎo)鼓表面)的光束位置只飄移由公式(13′)表示的Δ′,則可以防止由于溫度變化引起的顏色重疊的飄移。結(jié)果,可以降低沒有準(zhǔn)直控制時的色移量,或者可以加大準(zhǔn)直控制的時間間隔。
-(αH-2×αF+αS)×(L×t)+αH×BP×t=Δ′…(13′)該環(huán)境變化補償光學(xué)部件15,如參考圖4B說明的,可以降低溫度變化時被掃描表面上副掃描方向的位移,但是不能通過只將光束位移調(diào)節(jié)到零來完全消除彩色重合的飄移。為此,當(dāng)溫度上升t時,可以選擇環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的特性和形狀,使得在展開反射鏡時,在被掃描表面上的光束位置僅偏移-(αH-2×αF+αS)×(L×t)+αH×BP×t。因而可以防止因為溫度變化引起的彩色重合的飄移現(xiàn)象,可以降低無重合控制時的色移(彩色重合誤差)量,或者可以增加重合控制的時間間隔。
一般說來,因為用鋼材形成支架和軸,用鋁或者塑料形成盒子,所以αH>αFαS。因此-(αH-2αF+αS)×L<0成立。結(jié)果,當(dāng)溫度上升時,希望副掃描方向間隔的增加小于作為光學(xué)系統(tǒng)的αH×BP×t。
配置包含環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的最佳光學(xué)放大率裝置,以便形成這種光學(xué)系統(tǒng),該光學(xué)系統(tǒng)可以降低副掃描方向光束位置的位置波動并降低副掃描方向成像表面的溫度依賴性。
(A-1)上述該實施例的第一具體例子下面按照第一具體例子說明上述該實施例的光束掃描裝置和成像裝置。
在第一具體例子中,光學(xué)系統(tǒng)盒子的材料是鑄鋁,其線膨脹系數(shù)為αH=2.1×10-5,而確定光導(dǎo)鼓之間間隔的支架材料是鑄鋁,其線性膨脹系數(shù)為αF=2.1×10-5,傳送帶驅(qū)動軸的材料是高速切削鋼,其線性膨脹系數(shù)為αS=1.15×10-5,而在兩端的光導(dǎo)鼓(黑色和黃色)之間的間隔L為225mm。
在溫度上升15℃(t=15)的情況下,按照公式(13′),作為在副掃描方向兩端光束之間距離變化量Δ′,按照公式(13′),得到理想值0.032(這意味著,在副掃描方向的照射位置完全不飄移,即使溫度變化,而顏色重疊的飄移僅為32微米)。
圖8-11是說明圖表,示出光學(xué)掃描裝置1的數(shù)據(jù),作為在副掃描方向兩端光束之間距離的變化量Δ′,該光束掃描裝置在溫度升高15℃時,可以達到約32微米。
圖8-11示出多面體反射鏡5a內(nèi)接圓的直徑為40.0mm的情況,主掃描方向是y方向,副掃描方向是z方向,而光軸方向是x方向(“+”表示偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng),“-”表示偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)),多面體反射鏡5a的轉(zhuǎn)動中心位置是使得,在多面體反射鏡5a反射面的局部坐標(biāo)系統(tǒng)上,在y方向為17.2mm,z方向為10.1mm。在這些附圖中,透鏡表面的確定公式是公式(14),在此具體例子中,ay是1,az是1。
x=(cuy×y2+cuz×z2)/[1+(1-ay)1/2×cuy2×y2-az×cuz2×z2]+∑a1m×y1×zm…(14)圖8示出光學(xué)部件表面光軸處的曲率、間隔以及光學(xué)部件的折射率。光學(xué)部件前后表面之間的距離對激光束LY(在附圖中表示為RAY1,同樣表示適用于其他光束)、LM(RAY2)、LC(RAY3)和LB(RAY4)中是共同的,這時的數(shù)字表示在“共同”列內(nèi);但也示出隨激光束LY(RAY1)、LM(RAY2)、LC(RAY3)和LB(RAY4)而變的部分,這時的數(shù)字表示在“RAY1-RAY4”列內(nèi)。圖8示出有限焦距透鏡9Y、9M、9C和9B的出射面和其后各面的數(shù)據(jù),有限焦距透鏡9Y、9M、9C和9B和成像位置之間的距離分別為1159.4mm、1106.0mm、1136.0mm和1202.3mm。
圖9示出局部坐標(biāo)系統(tǒng)中,光學(xué)部件的偏心(偏離中心)和傾斜量,光學(xué)部件以圖9所示的偏心和傾斜方式配置。在圖8和9中,表面編號是相同的。
在圖8和9中,表面No.2表示玻璃柱面透鏡11(Y、M、C和B)的曲面?zhèn)龋砻鍺o.3表示平面?zhèn)?。在表面No.4上的距離表示激光束LY(RAY1)、LM(RAY2)、LC(RAY3)和LB(RAY4)中射到表面No.5光學(xué)部件入射表面的共同距離。在表面No.3上說明的距離代表各個激光束的共同距離和實際距離之間的差。平面No.5和6分別表示作為光路合成單元(13d)的光束分離器的入射表面和出射表面。
平面No.7和8示出作為環(huán)境變化補償光學(xué)部件15塑料透鏡的入射面和出射面。在圖10A中示出入射面的曲面多項式系數(shù),而圖10B中示出出射面的曲面多項式系數(shù)。從圖8、10A和10B可以清楚看出,環(huán)境變化補償光學(xué)部件15在主掃描方向具有曲面,并具有負的放大率,從而可以補償在主掃描方面具有正放大率的偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)的溫度特性。由于溫度變化造成的成像表面照射位置的飄移也發(fā)生在主掃描方向,這種位移小于副掃描方向的位移,在主掃描方向的曲面可以補償這種位移。圖11示出環(huán)境變化補償光學(xué)部件15(塑料透鏡)的近軸部分放大率,該放大率在副掃描方向(和正掃描方面)為負放大率。
表面No.9和10示出在偏轉(zhuǎn)前一側(cè)覆蓋多面體反射5a蓋玻璃(圖2中未示出)的入射面和出射面。表面No.11表示偏轉(zhuǎn)面,而表面No.12和13表示在偏轉(zhuǎn)后一側(cè)蓋玻璃的入射面和出射面。
表面No.14和15表示作為第一成像透鏡30a的塑料透鏡的入射面和出射面,在圖10c中示出入射面的曲面多項式系數(shù),在圖10D中示出出射面的曲面多項式系數(shù)。表面No.16和17表示作為第二成像透鏡30b的塑料透鏡的入射面和出射面,在圖10E中示出入射面的曲面多項式系數(shù),而圖10F中示出出射面的曲面多項式系數(shù)。
表面No.18示出整個光束掃描裝置1的蓋玻璃(圖2未示出)的入射表面,而表面No.19表示出射表面。在表面No.20上說明的距離表示到激光束LY(RAY1)、LM(RAY2)、LC(RAY3)和LB(RAY4)射到成像表面(光導(dǎo)鼓的表面)的共同距離,在表面No.19中說明的距離表示各個激光束的共同距離和實際距離的差。
當(dāng)采用此具體例子的光束掃描裝置1時,如圖12所示,激光束LY(RAY1,黃色)和激光束LB(RAY4,黑色)向一個方向移動,在此方向光束加寬25微米,此值大于溫度上升15℃時盒子的膨脹。即,在激光束的照射位置不動時,向抵消32微米圖像準(zhǔn)直飄移量的方向移動。因此,即使溫度上升15℃,黃色和黑色的重疊也只飄移7微米。
同樣,在激光光束LM(RAY2,深紅色)和LB(RAY4,黑色)之間的關(guān)系也使得L=75×2=150,并且在光束不移動時,圖像準(zhǔn)直飄移量為22微米。因為即使在溫度上升15℃時,兩個激光束之間的相對距離也向抵消方向移動16微米,所以深紅色和黑色的重疊也只飄移6微米。激光束LC(RAY3,深藍色)和LB(RAY4,黑色)之間的關(guān)系也使得L=75,在光束不移動時,圖像準(zhǔn)直飄移量為11微米。因為即使在溫度上升15℃,兩個激光束的相對距離向抵消方向移動14微米,所以深藍色和黑色的重疊也只飄移3微米。
另外,在主掃描方向和副掃描方向的散焦變化量可減小到不超過0.3。
(A-2)該實施例的第二具體例子下面按照第二具體例子說明上述該實施例的光束掃描裝置和成像裝置。
在第二具體例子中光學(xué)系統(tǒng)盒子的材料是碳纖維增強的聚碳酸酯樹脂,其線膨脹系數(shù)為αH=2.25×10-5,確定光導(dǎo)鼓之間間隔的支架材料是冷軋鋼板,其線膨脹系數(shù)αF=1.2×10-5,傳送帶驅(qū)動軸的材料是不銹鋼,其張膨脹系數(shù)為αS=1.04×10-5,兩端的光導(dǎo)鼓(黑色和黃色)之間的間隔L是225mm。
在溫度上升15℃(t=15)的情況下,按照公式(13′),作為在副掃描方向兩端光束之間距離的變化量Δ′,可以得到理想值-0.030(這意味著,即使溫度變化,在副掃描方向的照射位置也完全不飄移,此時顏色重疊的飄移為30微米)。
在第二具體例子中,確定偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)光源(LD)、有限焦距透鏡和玻璃柱面透鏡高度的部件與固定所有整個光學(xué)部分的盒子分開,具體是,該部件用金屬基體復(fù)合材料制作(用陶瓷增強材料作填料,與金屬基體混合)。具有不同厚度的金屬基體復(fù)合材料夾在光學(xué)系統(tǒng)盒子、光源(LD)、有限焦距透鏡和玻璃柱面透鏡之間,使得在副掃描方向的位置不同。
第二具體例子的偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)與第一具體例子的偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)相同。
圖13-16是圖表,相當(dāng)于第一具體例子的圖8-11,僅示出偏轉(zhuǎn)前的光學(xué)系統(tǒng)。
在第二具體例子中,如圖17所示,當(dāng)溫度上升15℃時,在盒子膨脹時,該激光束LY(RAY1,黃色)和LB(RAY4,黑色)向一個方向移動,在此方向上,光束移動比盒子膨脹小5微米。即,光束LY和LB向抵消光束照射位置不變動時30微米的圖像準(zhǔn)直飄移量的方向移動。因此即使溫度上升15℃,黃色和黑色的重疊也只飄移25微米(這一數(shù)字很大,但是在偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)上不配置放大率為負的塑料透鏡時,如下面說明的,其飄移達到114微米,因此25微米顯著小于114微米)。
在第二具體例子中,主掃描方向和副掃描方向的散焦變化量降低到不超過0.3。
在第二具體例子中,當(dāng)溫度上升時,被掃描表面上光束的間隔變小。
圖18-20示出比較例子中光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。在比較例子中,沒有配置作為環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的塑料透鏡。在比較例子中,偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)與第二具體例子中的偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)相同。
圖18是圖表,相當(dāng)于第二具體例子中的圖13,圖19是圖表,相當(dāng)于第二具體例子中的圖14,而圖20是圖表,相當(dāng)于第二具體例子中的圖16。
在比較例子中,如圖21所示,激光束LY(RAY1,黃色)和激光束LB(RAY4,黑色)在溫度上升15℃時,向激光束擴大的方向移動84微米。
在第一具體例子中,盒子部件、確定光導(dǎo)鼓之間間隔的支架部件和傳送帶驅(qū)動軸的組合例子中,相對于激光束照射位置不移動時的32微米的飄移量,圖像準(zhǔn)直飄移84微米。因此當(dāng)溫度上升15℃時,黃色和黑色的重疊飄移52微米。
在第二具體例子中,在盒子部件、確定光導(dǎo)鼓之間間隔的支架部件和傳送帶驅(qū)動軸的組合例子中,除光束不移動時30微米的圖像準(zhǔn)直飄移外,圖像準(zhǔn)直向相反方向飄移84微米。因此當(dāng)溫度上升15℃,黃色和黑色的重疊飄移達到114微米。
可以明顯看出,配置環(huán)境變化補償光學(xué)部件15(塑料透鏡)可以減小溫度變化造成的顏色重疊漂移。
另外,比較圖21和22以及比較圖21和17,可以明顯看出,在比較例子中,主掃描方向和副掃描方向的散焦變化量大于第一和第二具體例子中的變化量。
即使在偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)中,副掃描方向的光腰位置隨溫度變化而變化,但是環(huán)境變化補償光學(xué)部件15(塑料透鏡)配置在偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)中,使得成像表面飄移的方向與偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生飄移的方向相反,由此可以進行校正,結(jié)果可以降低副掃描方向的顏色重疊飄移,而且還可以降低沒有圖像準(zhǔn)直控制的色移量,或者可以增加準(zhǔn)直控制的時間間隔。
環(huán)境變化補償光學(xué)部件15(塑料透鏡)配置在偏轉(zhuǎn)前的光學(xué)系統(tǒng)上,不僅配置在副掃描方向,而且也配置在主掃描方向,因而可以產(chǎn)生同樣的作用,從而防止由于環(huán)境變化造成的散焦。
(B)另一實施例上述實施例說明了最多四個像彼此重疊的成像裝置。但是本發(fā)明適合于像的最大數(shù)目小于四個或者大于四個的成像裝置。另外,重疊像的顏色成份不限于不同的顏色成份。
上述實施例說明,將所有激光束引導(dǎo)到多面體反射鏡的一個表面上,但本發(fā)明適用于采用多面體反射鏡兩個表面的裝置。
上述實施例說明,環(huán)境變化補償光學(xué)部件15是透鏡(作為一個例子是塑料透鏡),具有負的放大率,但是可以采用其他類型的具有類似入射和出射特性的光學(xué)部件。例如,可以應(yīng)用具有不等間隔刻線的透射衍射光柵或者反射衍射光柵。
另外,上述實施例說明,可以根據(jù)公式(13′)確定環(huán)境變化補償光學(xué)部件15的補償作用,但是,進行補償時不一定考慮公式(13′)。例如,當(dāng)掃描光學(xué)單位中的溫度上升高于單元外部的上升時,如參考圖4B說明的可以這樣確定補償機構(gòu),使得其溫度依賴關(guān)系與成像透鏡(第一和第二成像透鏡)的依賴關(guān)系相反。即,即使考慮到光學(xué)系統(tǒng)的盒子、確定光導(dǎo)鼓之間間隔的支架和傳送帶驅(qū)動軸材料的線膨脹系數(shù),也不一定確定補償機構(gòu)。
上述實施例說明,按照公式(13)補償像位移的部件主要由環(huán)境變化補償光學(xué)部件15構(gòu)成,該部件配置在偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)中多個激光束共同的位置。該部件可以配置在多個激光束中一些激光束的光路上,該部件可以通過相反的正向或者副向位移,補償由公式(13)得到的像的飄移。例如,環(huán)境變化補償光學(xué)部件15可以配置在合成兩個光路形成的位置上。
上述實施例說明,必須考慮光學(xué)系統(tǒng)盒子、確定光導(dǎo)鼓之間的支架和傳送帶驅(qū)動軸3個部件的線性膨脹系數(shù),但是考慮的部件數(shù)目可以小于或者大于三個。
權(quán)利要求
1.一種光束掃描裝置,包括單個光束偏轉(zhuǎn)裝置;偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以使多個光源發(fā)出的光束進入到該光束偏轉(zhuǎn)裝置;偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng),包括第一光學(xué)部件,該部件使從該光束偏轉(zhuǎn)裝置上反射的光束成像在相應(yīng)光束的被掃描表面上;其中,在偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的一個位置上,配置第二光學(xué)部件,該部件的正的或者負的放大率與第一光學(xué)部件在副掃描方向的放大率相反,該位置可以使光源發(fā)出的光束同時通過,并使光源發(fā)出的光束進入隔開一定距離的副掃描方向。
2.如權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置,其特征在于,在光源和第二光學(xué)部件之間配置對應(yīng)于光源的多個第三光學(xué)部件,該第三光學(xué)部件可以使光源發(fā)射的光束得到預(yù)定的特性。
3.如權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置,其特征在于,該第二光學(xué)部件是透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置,其特征在于,該第二光學(xué)部件是具有不相等間隔刻線的透射衍射光柵。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)掃描裝置和成像裝置,該成像裝置即使在溫度變化時,可以利用簡單的結(jié)構(gòu),減小在副掃描方向由不同光導(dǎo)鼓形成的多個像的位移。本發(fā)明的光束掃描裝置具有一個光偏轉(zhuǎn)裝置、偏轉(zhuǎn)前的光學(xué)系統(tǒng)和偏轉(zhuǎn)后的光學(xué)系統(tǒng),該偏轉(zhuǎn)前的光學(xué)系統(tǒng)可以使多個光源發(fā)出的光束進入該光偏轉(zhuǎn)裝置,該偏轉(zhuǎn)后光學(xué)系統(tǒng)包括第一光學(xué)部件,該第一光學(xué)部件用于將光偏轉(zhuǎn)裝置反射的光束成像在相應(yīng)光束的被掃描表面上。在偏轉(zhuǎn)前光學(xué)系統(tǒng)的一個位置上,配置第二光學(xué)部件,該第二光學(xué)部件在副掃描方向的正的或者負的放大率與第一光學(xué)部件的放大率相反,光束共同地穿過該第二光學(xué)部件,并使光束隔一定距離進入副掃描方向。本發(fā)明的成像裝置具有本發(fā)明的光束掃描裝置。
文檔編號H04N1/113GK1651971SQ20051000811
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
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