ES2314841T3 - Dispositivo optico de escaneado y aparato de formacion de imagenes en color que utiliza el mismo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo óptico de escaneado que comprende: un medio (1) de fuente de luz que tiene una serie de partes de emisión de luz en el mismo sustrato; un diafragma (3) que tiene una abertura; un deflector de luz (5) que tiene una superficie deflectora (5a) configurada para desviar una serie de flujos de luz, cada uno de ellos emitido desde una de las partes de emisión de luz respectivas; un sistema óptico de incidencia (4) dispuesto en la trayectoria de la luz entre el diafragma y el deflector de luz, sistema óptico de incidencia que está configurado para originar los rayos principales de cada uno de la serie de los flujos de luz, que han pasado a través de la citada abertura, para incidir en la misma superficie deflectora del deflector de luz según diferentes ángulos en el plano de subescaneado; un sistema óptico de separación (71, 72) configurado para dirigir la serie de los citados flujos de luz, desde la citada serie de partes de emisión de luz en el citado mismo sustrato, desviados por la misma superficie deflectora del deflector de luz, sobre las diferentes superficies (8) a escanear y un sistema óptico (6) de formación de imágenes configurado para originar la serie de flujos de luz desviados por el deflector de luz para formar imágenes en las distintas superficies a escanear, caracterizado porque una diferencia angular Thetas, en radianes, en la dirección de subescaneado entre los rayos principales de los flujos de luz adyacentes de la serie de flujos de luz incidentes en la misma superficie deflectora y desviados sobre las distintas superficies a escanear, satisface la condición: (Ver fórmula) en la que Lambda es la longitud de onda de cada flujo de luz, Betaso es la amplificación lateral del sistema óptico de formación de imágenes en la dirección de subescaneado y Rho es el diámetro de un punto en la dirección de subescaneado en una superficie a escanear.
Description
Dispositivo óptico de escaneado y aparato de
formación de imágenes en color que utiliza el mismo.
La presente invención se refiere a un
dispositivo óptico de escaneado adecuado para utilización en un
aparato de formación de imágenes, tal como una impresora láser
(LBP, por sus siglas en inglés), una fotocopiadora digital o una
impresora multifunción que lleva a cabo un proceso
electrofotográfico. En particular, la presente invención se refiere
a un dispositivo óptico de escaneado diseñado para utilización en un
aparato en tándem de formación de imágenes en color, que forma una
imagen en color mediante el guiado de una serie de flujos de luz
hasta una serie de superficies que se van a escanear.
Un dispositivo óptico de escaneado conocido, tal
como una LBP, lleva a cabo el registro de imágenes mediante la
utilización de un deflector de luz tal como un espejo poligonal
giratorio para desviar de forma periódica luz modulada de acuerdo
con las señales de las imágenes y emitida desde un elemento de
fuente de luz. Se adapta un elemento óptico de formación de
imágenes que tiene características f-\theta para
permitir que la luz modulada converja sobre una superficie de un
soporte de impresión fotosensible (tambor fotosensible). El soporte
de impresión se escanea así ópticamente, lo que lleva a cabo de ese
modo el registro de la imagen.
La figura 9 es un diagrama esquemático que
muestra una parte sustancial de un dispositivo óptico de escaneado
conocido.
Haciendo referencia a la figura 9, los rayos de
luz que divergen desde un elemento (1) de fuente de luz se
convierten en luz sustancialmente paralela mediante una lente de
colimación (2), se encuentran limitados por un diafragma (3) y a
continuación entran en una lente cilíndrica (4) que tiene un poder
de refracción predeterminado solo en la dirección de
subescaneado.
Los rayos de luz paralelos que han entrado en la
lente cilíndrica (4) salen en paralelo en un plano de escaneado
principal mientras que, en un plano de subescaneado, convergen para
formar una imagen lineal en una superficie deflectante (superficie
reflectante) (5a) de un deflector de luz (5), tal como un espejo
poligonal.
Los rayos de luz desviados desde la superficie
deflectante (5a) del deflector de luz (5) se guían a través de un
elemento óptico (6) de formación de imágenes que tiene
características f-\theta sobre la superficie de
un tambor fotosensible (8) que sirve como superficie a escanear. La
rotación del deflector de luz (5) en la dirección indicada
mediante la flecha "A" permite el escaneado óptico sobre la
superficie del tambor fotosensible (8) en la dirección indicada
mediante la flecha "B", lo que registra de ese modo la
información de la imagen.
Como la utilización de documentos en color se
está difundiendo ampliamente en las oficinas, se requieren aparatos
de formación de imágenes, tales como las LBP y las fotocopiadoras
digitales, para la producción de imágenes en color a alta
velocidad. En estas condiciones, un tipo de aparato de formación de
imágenes en color que ha llegado a ser dominante, debido a su
elevada productividad, es el denominado aparato tándem de formación
de imágenes en color, en el que se encuentran preparados para cada
color y dispuestos en paralelo un dispositivo óptico de escaneado,
un miembro fotosensible y una unidad de revelado.
Hay varios tipos de dispositivos ópticos de
escaneado conocidos diseñados para utilización en dichos aparatos
en tándem de formación de imágenes en color. Por ejemplo, la Patente
japonesa abierta a consulta por el público Nº
11-223783 da a conocer un aparato de formación de
imágenes en color en el que se disponen en paralelo una serie de
dispositivos ópticos de escaneado que se corresponden con los
colores respectivos (cuatro). Además, la Patente japonesa Nº
2725067 da a conocer un aparato de formación de imágenes en el que
un deflector de luz y un elemento óptico de formación de imágenes
(lentes f-\theta) dispuestos en la trayectoria de
la luz entre el deflector de luz y la superficie de un tambor
fotosensible se comparten entre una serie de flujos de luz que se
corresponden con los colores respectivos (cuatro).
No obstante, estos dispositivos ópticos de
escaneado en general requieren varios elementos ópticos de formación
de imágenes (lentes f-\theta) de acuerdo con el
número de colores. Además, como un sistema óptico de incidencia
dispuesto en la trayectoria de la luz entre un deflector de luz y un
elemento de fuente de luz no puede compartirse con facilidad entre
colores, se deben preparar una serie de sistemas ópticos de
incidencia idénticos.
Por consiguiente, los dispositivos ópticos de
escaneado diseñados para utilización en un aparato tándem de
formación de imágenes en color tienen una estructura más compleja y
un coste más elevado, comparados con el dispositivo óptico de
escaneado individual conocido mostrado en la figura 9.
\newpage
La Patente japonesa abierta a consulta por el
público Nº 2001-281575 da a conocer un dispositivo
óptico de escaneado en el que se comparte entre colores un sistema
óptico de incidencia.
No obstante, en este dispositivo óptico de
escaneado, los rayos principales de los cuatro flujos de luz que se
corresponden con los colores respectivos se encuentran separados a
lo largo de una dirección paralela al eje de rotación del deflector
de luz. Esta estructura requiere un gran deflector de luz para
permitir la separación espacial de los cuatro flujos de luz en la
superficie deflectante.
En otras palabras, como en el plano de
subescaneado los rayos principales de los cuatro flujos de luz que
se corresponden con los colores respectivos entran en ángulo recto
en la superficie deflectante del deflector de luz, los rayos
principales de los cuatro flujos de luz no se pueden separar
espacialmente en la superficie deflectante sin aumentar el tamaño
del deflector de luz. Otros dispositivos de escaneado ópticos
conocidos se describen en los documentos US 2004/156084, US
2005/024481, US 2003/137710 y US 6.075.636.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un dispositivo óptico de escaneado según
se especifica en las reivindicaciones 1 a 11. De acuerdo con un
segundo aspecto de la invención, se da a conocer un aparato de
formación de imágenes en color según se especifica en las
reivindicaciones 12 a 15.
La presente invención da a conocer las
diferencias angulares en la dirección de subescaneado que se
requieren para la separación, en la misma superficie deflectante
del deflector de luz, de una serie de flujos de luz emitidos desde
una serie de partes de emisión de luz situadas en el mismo sustrato,
que utiliza un sistema óptico incidente que tiene una estructura
simple, sin aumentar el tamaño ni el coste del aparato completo.
Así, la serie de flujos de luz procedentes del elemento de fuente de
luz individual se guían hasta la misma superficie deflectora del
deflector de luz por medio del sistema óptico de incidencia
compartido, se desvían por la misma superficie deflectora y se
dirigen por medio del sistema óptico de separación compuesto de una
serie de elementos ópticos de separación hacia el interior de
diferentes tambores fotosensibles que se corresponden con los
colores respectivos. Así se logran un dispositivo óptico de
escaneado y un aparato de formación de imágenes que son de pequeño
tamaño y de bajo coste.
Las características adicionales de la presente
invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción
de realizaciones a título de ejemplo, haciendo referencia a los
dibujos adjuntos.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra una vista de un dispositivo
óptico de escaneado en el plano de escaneado principal, de acuerdo
con una primera realización de la presente invención.
La figura 2 muestra una vista en el plano de
subescaneado que se extiende desde un elemento de fuente de luz
hasta un deflector de luz en el dispositivo óptico de escaneado, de
acuerdo con la primera realización de la presente invención.
La figura 3 muestra una vista en el plano de
subescaneado que se extiende desde el deflector de luz hasta una
superficie que se va a escanear en el dispositivo óptico de
escaneado, de acuerdo con la primera realización de la presente
invención.
La figura 4 muestra una vista en el plano de
subescaneado que se extiende desde el deflector de luz hasta la
superficie que se va a escanear en el dispositivo óptico de
escaneado, de acuerdo con la primera realización de la presente
invención.
La figura 5A y la figura 5B muestran cada una de
ellas una vista en el plano de subescaneado que se extiende desde
el elemento de fuente de luz hasta el deflector de luz del
dispositivo óptico de escaneado, de acuerdo con la primera
realización de la presente invención. La figura 5A muestra solo los
rayos principales de cuatro flujos de luz. La figura 5B muestra un
rayo principal y rayos marginales.
La figura 6 muestra un aparato de formación de
imágenes de acuerdo con una tercera realización de la presente
invención.
La figura 7 muestra una vista en el plano de
escaneado principal de un dispositivo óptico de escaneado de
acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
La figura 8 muestra una vista en el plano de
subescaneado que se extiende desde un elemento de fuente de luz
hasta un deflector de luz en el dispositivo óptico de escaneado, de
acuerdo con la segunda realización de la presente invención.
La figura 9 es una vista en perspectiva de un
dispositivo óptico de escaneado conocido.
La figura 10 muestra la disposición de las
partes de emisión de luz en el elemento de fuente de luz del
dispositivo óptico de escaneado de acuerdo con la segunda
realización de la presente invención.
La figura 11 muestra esquemas de aberraciones de
la primera realización de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La primera realización de la presente invención
emplea una fuente de luz que tiene tres o más partes de emisión de
luz. Preferentemente se utiliza un láser de cavidad vertical y
emisión superficial (Vcsel, por sus siglas en inglés) debido a su
estructura, en la que la luz se emite en la dirección ortogonal a un
sustrato de semiconductor. Mediante la utilización de dichos
dispositivos es mucho más fácil aumentar el número de partes de
emisión de luz, lograr la integración paralela bidimensional y
definir la disposición de las partes de emisión de luz, en
comparación con el caso de los láseres conocidos de semiconductor
que emiten por la cara extrema.
Con la utilización de dicha fuente de luz, es
posible separar flujos de luz que tienen colores diferentes, que se
emiten desde la fuente de luz que tiene una serie de partes de
emisión de luz, en la misma superficie. Como se pueden dirigir una
serie de flujos de luz hasta cualquier tambor fotosensible para la
formación de un color individual, llega a ser posible aumentar la
velocidad del escaneado mediante la utilización de una técnica
denominada escaneado de haces múltiples.
En dichas condiciones, la presente invención da
a conocer una estructura en la que, sin aumentar el tamaño del
aparato completo ni la complejidad de su estructura, se conforman
una serie de flujos de luz desde una fuente de luz que tiene una
serie de partes de emisión de luz en la misma superficie mediante un
sistema óptico de incidencia compartido, y se dirigen una serie de
flujos de luz desviados en la misma superficie deflectante de un
deflector de luz hasta tambores fotosensibles para los colores
respectivos mediante un sistema óptico de separación, tal como un
espejo, logrando de ese modo un dispositivo óptico de escaneado y un
aparato de formación de imágenes que son de estructura simple, de
pequeño tamaño y de coste razonable.
Un láser Vcsel a utilizar en la presente
invención incluye cuatro u ocho partes de emisión de luz. Aunque el
número de partes de emisión de luz puede ser cualquier número igual
o mayor de dos, es deseable que se incluyan cuatro o más partes de
emisión de luz para lograr una velocidad de escaneado elevada.
Primera
realización
La figura 1 muestra un plano de un dispositivo
óptico de escaneado de acuerdo con la primera realización de la
presente invención. Un sistema óptico de separación, que se
describirá a continuación y que se muestra en la figura 3, se omite
de la figura 1.
La figura 2 y la figura 3 muestran cada una un
plano del dispositivo óptico de escaneado de acuerdo con la primera
realización. La figura 2 muestra las trayectorias de la luz desde un
elemento (1) de fuente de luz hasta un deflector de luz (5) (espejo
poligonal), mientras que la figura 3 muestra las trayectorias de la
luz desde un deflector de luz (5) hasta una superficie que se va a
escanear (8) (tambor fotosensible), que en lo sucesivo se conocerá
como la "superficie escaneada".
En la presente invención, un plano de escaneado
principal se muestra como un plano cuya normal es el eje de
rotación de un deflector de luz, mientras que un plano de
subescaneado se muestra como un plano que incluye el eje óptico de
un sistema óptico de formación de imágenes y que es ortogonal al
plano de escaneado principal.
En la presente invención, la dirección de
escaneado principal es una dirección que es ortogonal al eje óptico,
que se encuentra definido en el plano de escaneado principal, del
sistema óptico de formación de imágenes (es decir, la dirección en
la que los flujos de luz se mueven para el escaneado), mientras que
la dirección de subescaneado es una dirección que es ortogonal al
eje óptico, que se encuentra definido en el plano de subescaneado,
del sistema óptico de formación de imágenes (es decir, se mueve en
la dirección de los soportes de las imágenes).
Un láser de semiconductores que sirve como el
elemento (1) de fuente de luz es un láser Vcsel que tiene cuatro
partes de emisión de luz, que se encuentran dispuestas a lo largo de
la dirección de subescaneado y que no están separadas entre sí en
la dirección de escaneado principal.
Por consiguiente, las cuatro partes de emisión
de luz se pueden tratar como un punto individual en la figura 1,
que muestra un plano de escaneado principal del dispositivo óptico
de escaneado. Dado que los cuatro flujos de luz emitidos desde las
cuatro partes de emisión de luz se superponen por completo unos a
otros, en la figura 1 solo se muestra una de las cuatro partes de
emisión de luz. Después de que los cuatro flujos de luz divergentes
(11k), (11c), (11m) y (11y) procedentes del elemento (1) de fuente
de luz se convierten en cuatro flujos de luz paralelos mediante una
lente de colimación (2), la anchura de los flujos de luz en la
dirección de escaneado principal y la anchura de los flujos de luz
en la dirección de subescaneado se encuentran limitadas por un
diafragma (3).
La primera realización utiliza un sistema óptico
por infraexposición en el que la anchura de los flujos de luz que
inciden en una superficie deflectante, en la dirección de escaneado
principal, es más pequeña que la anchura de la superficie
deflectante en la dirección de escaneado principal.
Posteriormente, los cuatro flujos de luz entran
en una lente cilíndrica (4) que tiene un poder de refracción
predeterminado solo en la dirección de subescaneado y se reflejan
mediante un espejo reflectante. A continuación, en la dirección de
subescaneado, los flujos de luz convergen para formar una imagen
cerca de una superficie deflectante (5a) del deflector de luz (5).
En la dirección de escaneado principal, los flujos de luz entran en
la superficie deflectante (5a) del deflector de luz (5) mientras
permanecen paralelos entre sí.
A continuación se describirá el láser Vcsel
utilizado en la presente realización.
Debido a su estructura en la que la luz se emite
en la dirección ortogonal a un sustrato de semiconductor, el láser
Vcsel utilizado en la presente realización se caracteriza porque es
mucho más fácil aumentar el número de partes de emisión de luz,
lograr la integración paralela bidimensional y definir la
disposición de las partes de emisión de luz, en comparación con el
caso de los láseres conocidos de semiconductor que emiten por la
cara extrema.
El láser Vcsel (que tiene partes de emisión de
luz con una separación de 500 \mum o menos) utilizado en la
presente invención es un láser monolítico de múltiples
semiconductores.
El láser monolítico de múltiples semiconductores
es un láser que está provisto de una serie de partes de emisión de
luz en el mismo sustrato.
El deflector de luz (5) se acciona mediante una
unidad propulsora (no mostrada), tal como un motor, para girar en
la dirección indicada por la flecha "A" (figura 1) a una
velocidad constante. Los cuatro flujos de luz desviados por la
misma superficie deflectante (5a) del deflector de luz (5) entran en
un elemento óptico (6) de formación de imágenes que tiene
características f-\theta. En la presente
realización, el elemento óptico (6) de formación de imágenes es una
única lente a través de la que pasan juntos los cuatro flujos de
luz. Después de que se corrigen las características
f-\theta y la curvatura del campo en las
direcciones principal y de subescaneado por medio del elemento
óptico (6) de formación de imágenes, los cuatro flujos de luz entran
en primer lugar en los espejos reflectantes (71k), (71c), (71m) y
(71y) que sirven como elementos ópticos de separación dispuestos
para los flujos de luz respectivos (véase la figura 3). Si bien
algunos de los flujos de luz se dirigen de forma momentánea hasta
unos segundos espejos reflectantes (72k), (72m) y (72y), los cuatro
flujos de luz se guían de forma eventual hasta los tambores
fotosensibles correspondientes (8k), (8c), (8m) y (8y) en la
superficie escaneada (8). La rotación del deflector de luz (5) en la
dirección de la flecha "A" causa el escaneado óptico sobre la
superficie escaneada (8) en la dirección indicada mediante la flecha
"B" (figura 1). Esto permite que se formen las líneas de
escaneado en los tambores fotosensibles respectivos (8k), (8c),
(8m) y (8y), lo que lleva a cabo de ese modo el registro de las
imágenes en color.
El elemento óptico (6) de formación de imágenes
sirve como un sistema de corrección del error de desvío para la
corrección de un error de desvío de cada superficie deflectante (5a)
del deflector de luz (5). El elemento óptico (6) de formación de
imágenes permite una relación de conjugación entre el punto
deflectante en la superficie deflectante (5a) y un punto de
formación de imagen en la superficie escaneada (8).
A continuación se describirá la separación de
una serie de flujos de luz adyacentes del elemento (1) de fuente de
luz que tiene una serie de partes de emisión de luz en el mismo
sustrato (es decir, una fuente de luz que tiene una serie de partes
de emisión de luz en un sustrato único). Hay dos procedimientos
conocidos para la separación de una serie de flujos de luz en un
plano de subescaneado. Uno es un procedimiento de separación
espacial en el que los rayos principales de una serie de flujos de
luz se coliman, en un plano de subescaneado, en relación con un
plano (es decir, el plano de escaneado principal) ortogonal al eje
de rotación de un deflector de luz. Es decir, el procedimiento de
separación espacial es un procedimiento en el que, en un plano de
subescaneado, los rayos principales de una serie de flujos de luz
entran en una superficie deflectante de un deflector de luz en
ángulo recto. El otro es un procedimiento de separación angular que
provoca que los flujos de luz entren en una superficie deflectante
de un deflector de luz según diferentes ángulos, lo que separa de
ese modo la serie de flujos de luz en un plano de subescaneado.
El procedimiento de separación espacial es un
procedimiento que provoca la entrada de cuatro flujos de luz en la
superficie deflectante (5a) del deflector de luz (5) al tiempo que
lleva los cuatro flujos de luz paralelos entre sí, y eso causa que
los cuatro flujos de luz se separen hasta el punto en que no se
encuentran superpuestos espacialmente unos con otros. Los problemas
más importantes con este procedimiento de separación espacial son
que los tamaños del deflector de luz (5) y del sistema óptico de
incidencia (incluyendo la lente de colimación (2) y la lente
cilíndrica (4)) aumentan en la dirección de subescaneado y que es
difícil compartir el elemento óptico (6) de formación de imágenes
ya que los flujos de luz se separan ampliamente en el deflector de
luz (5). Esto conduce a un tamaño y a unos costes mayores del
dispositivo óptico de escaneado y anula la ventaja de permitir que
se compartan los componentes que se extienden desde el elemento (1)
de fuente de luz hasta el sistema óptico de
incidencia.
incidencia.
Por otra parte, el procedimiento de separación
angular es un procedimiento que causa la entrada de cuatro flujos
de luz, con diferencias angulares en el plano de subescaneado, en el
deflector de luz (5) en puntos adyacentes (que técnicamente se
encuentran separados) en la superficie deflectora (5a), lo que
separa de ese modo los cuatro flujos de luz, utilizando las
diferencias angulares en el plano de subescaneado, después de que
los cuatro flujos de luz han pasado a través de elemento óptico (6)
de formación de imágenes. Este procedimiento no aumenta los tamaños
del deflector de luz (5) ni del sistema óptico de incidencia
(incluyendo la lente de colimación (2), el diafragma (3) y la lente
cilíndrica (4)) y así puede producir un dispositivo óptico de
escaneado compacto y de coste razonable. No obstante, este
procedimiento tiene un problema en cuanto a que mediante el
elemento óptico (6) de formación de imágenes no se puede corregir
fácilmente la aberración, ya que los flujos de luz entran en el
deflector (5) con ángulos
grandes.
grandes.
Este problema se puede resolver mediante la
aplicación de ajustes al elemento óptico (6) de formación de
imágenes. Los detalles se describirán a continuación.
La primera realización utiliza el procedimiento
de separación angular descrito anteriormente, debido a sus ventajas
de tamaño y de coste que provocan que se separen cuatro flujos de
luz mediante su ajuste a diferentes ángulos en el deflector de luz
(5). Como se debe evitar que los flujos de luz adyacentes se
superpongan entre sí, la diferencia angular, en la dirección de
subescaneado, entre los rayos principales de los flujos de luz
adyacentes debe ser mayor que el recíproco de un número F en la
dirección de subescaneado en el deflector de luz (5).
Por consiguiente, la diferencia angular
\thetas (en radianes) entre los rayos principales de flujos de luz
adyacentes que se van a dirigir hasta los diferentes tambores
fotosensibles (8k), (8c), (8m) y (8y) debe satisfacer
\theta s >
1/Fno.Por
en la que Fno.Por es un número F en
el deflector de luz (5) en la dirección de
subescaneado.
El número F "Fno.Por" en la dirección de
subescaneado en el deflector de luz (5) se puede expresar del modo
siguiente:
Fno.Por = \rho
/ (1,64 \times \lambda \times | \ \beta so \
|)
en la que \lambda es la longitud
de onda de oscilación de los flujos de luz emitidos desde el
elemento (1) de fuente de luz, \betaso es la amplificación
lateral del elemento óptico (6) de formación de imágenes en la
dirección de subescaneado y \rho es el diámetro del punto en la
dirección de subescaneado en la superficie escaneada (8). Por
consiguiente, la diferencia angular \thetas (en radianes) entre
los rayos principales de flujos de luz adyacentes que se van a
dirigir hasta los diferentes tambores fotosensibles (8k), (8c), (8m)
y (8y) debe
satisfacer
Expresión de condición
A\theta s > (1,64 \times \lambda \times | \ \beta
so \ |) /
\rho...
A continuación se describirán los parámetros
ópticos situados en el lado izquierdo de la expresión de condición
A.
Considerando las aberraciones (curvatura y
distorsión del campo) en la superficie escaneada (8), es deseable
que el valor de la amplificación lateral \betaso del elemento
óptico (6) de formación de imágenes en la dirección de subescaneado
satisfaga 0,5 \leq | \betaso | \leq 3,0.
Considerando la resolución de una LBP o de una
fotocopiadora digital, es deseable que el valor del diámetro de
punto \rho en la dirección de subescaneado en la superficie
escaneada (8) satisfaga 30 \leq \rho \leq 100 (\mum).
Considerando la longitud de onda de oscilación
del elemento (1) de fuente de luz incluido en la LBP o en la
fotocopiadora digital, el valor de la longitud de onda de oscilación
\lambda de los flujos de luz emitidos desde el elemento (1) de
fuente de luz puede satisfacer 380 \leq \lambda \leq 820 (nm),
lo que incluye luz infrarroja (780 nm), luz visible (670 nm), luz
azul (405 nm) y similares.
La Tabla 1 muestra los parámetros de diseño
óptico en la primera realización. Haciendo referencia a la Tabla 1,
"Nº" denota números de superficie, "Ry" denota radios de
curvatura (mm) en la dirección de escaneado principal, "Rz"
denota radios de curvatura (mm) en la dirección de subescaneado,
"Asph." denota coeficientes de superficie asférica, "D"
denota separaciones de superficies (mm), "Cristal" denota el
tipo de materiales y "N" denota los índices de refracción.
El diafragma (3) tiene una abertura única con
una forma elíptica. La abertura mide 3,4 mm de ancho en la dirección
de escaneado principal y 0,8 mm de ancho en la dirección de
subescaneado.
La superficie de entrada de la lente de
colimación (2) hecha de cristal es una superficie plana, mientras
que la superficie de salida de la misma es una superficie asférica
rotacionalmente simétrica.
\newpage
La forma de la superficie de salida de la lente
de colimación (2) se define del modo siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en la que X es la dirección del eje
óptico y h es la dirección radial de la lente de colimación
(2).
La superficie de entrada de la lente cilíndrica
(4) no tiene poder de refracción (plana) en la dirección de
escaneado principal y es asférica (no circular) y tiene poder de
refracción positivo en la dirección de subescaneado.
La forma de la superficie de salida de la lente
cilíndrica (4) hecha de cristal se define del modo siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en la que X es la dirección del eje
óptico y Z es la dirección de
subescaneado.
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
La forma de la superficie de entrada del
elemento óptico (6) de formación de imágenes se define del modo
siguiente:
en la que X es la dirección del eje
óptico, Y es la dirección de escaneado principal, R es el radio de
curvatura a lo largo del eje óptico en la dirección de escaneado
principal y k, B4, B6, B8 y B10 son coeficientes de superficie
asférica.
La forma de una superficie de salida (6b) del
elemento óptico (6) de formación de imágenes se define del modo
siguiente:
en la que X es la dirección del eje
óptico, Y es la dirección de escaneado principal, Z es la dirección
de subescaneado, R es el radio de curvatura a lo largo del eje
óptico en la dirección de escaneado principal y k y Eij son
coeficientes de superficie
asférica.
Según se muestra en la Tabla 1, una superficie
de entrada (6a) del elemento óptico (6) de formación de imágenes
hecha de plástico es asférica (no circular) en la forma transversal
del escaneado principal y es plana (lineal) en la forma transversal
de subescaneado y es una superficie cilíndrica que tiene poder de
refracción solo en la dirección de escaneado principal. La
superficie de salida (6b) del elemento óptico (6) de formación de
imágenes hecha de plástico es circular en la forma transversal de
escaneado principal (en la dirección de la generatriz) y es no
circular en la forma transversal de subescaneado (en una dirección
perpendicular a la generatriz) y es una superficie de forma libre
en la que el radio de curvatura y el área de la superficie asférica
cambian continuamente con la distancia desde el eje óptico a lo
largo de la dirección de escaneado principal (dirección de la
generatriz).
Además, la forma asférica de la superficie
asférica en el plano de escaneado principal del elemento óptico (6)
de formación de imágenes hecha de plástico no tiene punto de
inflexión en el cambio de curvatura.
Ahora se describirá con detalle la forma de la
superficie de salida (6b).
La superficie de salida (6b) es completamente no
circular (asférica) en la forma transversal de subescaneado (en la
dirección perpendicular a la generatriz). El valor absoluto del
radio de curvatura de la superficie de salida (6b) aumenta con la
distancia desde el eje óptico a lo largo de la dirección de
escaneado principal. El área de la superficie asférica de la
superficie de salida (6b) también aumenta con la distancia desde el
eje óptico a lo largo de la dirección de escaneado principal. Los
radios de curvatura en la dirección perpendicular a la generatriz
cambian de una forma asimétrica en ambos extremos del eje óptico del
sistema óptico de formación de imágenes y en los lados izquierdo y
derecho de la dirección de escaneado principal.
Con la superficie de salida (6b) conformada tal
como se describió anteriormente, las posiciones de irradiación en
los tambores fotosensibles (8k), (8c), (8m) y (8y) se aproximan más
al eje óptico que las posiciones, en la dirección de subescaneado,
en las que los flujos de luz desviados por el deflector de luz
llegan a la superficie de entrada (6a) y a la superficie de salida
(6b) del elemento óptico (6) de formación de imágenes. Por
consiguiente, mediante la alineación de las posiciones de
irradiación a las alturas de las imágenes, la curvatura de las
líneas de escaneado se puede corregir en un grado significativo.
Aunque las formas de la lente están definidas
tal como se describió anteriormente, la presente invención no está
limitada a las definiciones descritas anteriormente.
La figura 11 muestra las características ópticas
(es decir, la curvatura del campo en la dirección de escaneado
principal, la curvatura del campo en la dirección de subescaneado,
la distorsión y la posición de irradiación) del dispositivo óptico
de escaneado de la presente invención. La figura 11 muestra que se
garantizan características ópticas sustancialmente libres de
problemas en lo que respecta a cada flujo de luz.
\newpage
En la primera realización, en la que la longitud
de onda de oscilación \lambda de los flujos emitidos desde cuatro
partes de emisión de luz del elemento (1) de fuente de luz es de
0,78 \mum (luz infrarroja), la amplificación lateral \betaso
del elemento óptico (6) de formación de imágenes en la dirección de
subescaneado es (2,36 y el diámetro de punto \rho en la dirección
de subescaneado en la superficie escaneada (8) es de 70 \mum, la
diferencia angular \thetas debe satisfacer que \thetas >
0,043 en radianes o que \thetas > 2,47 en grados. Según se
muestra en la Tabla 1, en la primera realización, los ángulos de los
cuatro flujos de luz en relación con un plano ortogonal al eje de
rotación del deflector de luz (5) son \pm8,25º y \pm2,68º,
mientras que las diferencias angulares \thetas, en la dirección de
subescaneado, entre flujos de luz adyacentes (es decir, (11y) y
(11m), (11m) y (11c) y (11c) y (11k)) desviados en la misma
superficie deflectora se ajustan para caer dentro de un intervalo
de entre 5,36º y 5,57º. Estos ángulos son suficientes para llevar a
cabo la separación angular.
A continuación se describirá el sistema óptico
de separación de la primera realización. Según se muestra en la
figura 3, en la primera realización, los primeros y los segundos
espejos reflectantes (71k), (71y), (71m), (71c), (72k), (72y) y
(72m) sirven como los elementos ópticos de separación que
constituyen el sistema óptico de separación. Después de refractarse
por medio del elemento óptico (6) de formación de imágenes, se
desvían una serie de flujos de luz por medio de los primeros y de
los segundos espejos reflectantes (71k), (71y), (71m), (71c),
(72k), (72y) y (72m) en distintos puntos. Si bien los primeros y los
segundos espejos reflectantes (71k), (71y), (71m), (71c), (72k),
(72y) y (72m) proporcionan el procedimiento más simple y de coste
más razonable para la separación de los flujos de luz, la
utilización de prismas reflectores que pueden reducir los ángulos
entre los rayos principales de una serie de flujos de luz
proporciona efectos similares a los de los primeros y segundos
espejos reflectantes (71k), (71y), (71m), (71c), (72k), (72y) y
(72m).
Los primeros y los segundos espejos reflectantes
(71k), (71y), (71m), (71c), (72k), (72y) y (72m) de la primera
realización son espejos planos.
Aunque el sistema óptico de separación de la
primera realización se encuentra estructurado de forma que cada
flujo de luz se corresponde con uno de entre un espejo reflectante
(71c), pares de espejos reflectantes ((71k) y (72k)), ((71y) y
(72y)) y ((71m) y (72m)), la estructura del sistema óptico de
separación no está limitada a esta estructura.
Por ejemplo, el sistema óptico de separación
puede estructurarse de tal forma que cada flujo de luz se
corresponda con un espejo reflectante individual, o de forma que
cada flujo de luz se corresponda con dos o más espejos
reflectantes.
A continuación, se describirá el elemento óptico
(6) de formación de imágenes. En la presente realización, como los
flujos de luz se encuentran separados por el procedimiento de
separación angular, los flujos de luz emitidos desde el deflector
de luz (5) entran en el elemento óptico (6) de formación de imágenes
con ángulos grandes que varían en la dirección de subescaneado y se
debe aplicar una corrección de aberración de forma simultánea a
dichos flujos de luz de distintos ángulos.
La figura 4 muestra un plano de subescaneado que
comprende desde el deflector de luz (5) hasta la superficie
escaneada (8) del dispositivo óptico de escaneado, de acuerdo con la
primera realización. La figura 4 es equivalente a la figura 3,
excepto porque se omite el sistema óptico de separación mostrado en
la figura 3. Según se muestra en la figura 4, como una serie de
flujos de luz se encuentran separados por el procedimiento de
separación angular de la primera realización, cuatro flujos de luz
(51k), (51c), (51m) y (51y) en la superficie deflectante (5a) del
deflector de luz (5) y cuatro flujos de luz (81k), (81c), (81m) y
(81y) en la superficie escaneada (8) se encuentran cercanos entre
sí. La separación de los cuatro flujos de luz en cada una de la
superficie deflectante (5a) y de la superficie escaneada (8) es
menor o igual que 100 \mum, lo que es mucho más pequeño que la
distancia focal del elemento óptico (6) de formación de imágenes.
Por consiguiente, ópticamente no hay problema si las posiciones de
los cuatro flujos de luz en cada una de las dos ubicaciones se
tratan como un punto individual.
En este caso, los flujos de luz divergen desde
aproximadamente un punto y convergen en otro punto para formar una
imagen. Para corregir de forma simultánea la aberración de una serie
de flujos de luz de distintos ángulos, el elemento óptico (6) de
formación de imágenes debe tener corregida la aberración esférica en
la dirección de subescaneado, en cada posición en la dirección de
escaneado principal, dentro de un intervalo a través del que pasan
los cuatro flujos de luz.
Por consiguiente, en la primera realización, la
superficie de salida (6b) del elemento óptico (6) de formación de
imágenes no es circular en la dirección de subescaneado y el área de
la superficie no circular en la dirección de subescaneado cambia a
lo largo del eje en la dirección de escaneado principal. Esto
permite la corrección de la aberración esférica en la dirección de
subescaneado en cada posición de escaneado (cada altura de imagen).
Incluso si los ángulos de incidencia en la dirección de subescaneado
son grandes, se pueden corregir las curvaturas de campo en la
dirección de subescaneado de una serie de flujos de luz y las
curvaturas de la línea de escaneado de una serie de flujos de luz.
El problema descrito anteriormente del procedimiento de separación
angular se puede superar con la estructura sencilla del elemento
óptico (6) de formación de imágenes.
El sistema óptico de formación de imágenes de la
primera realización se compone de una única lente. No obstante,
incluso si el sistema óptico de formación de imágenes se compone de
múltiples elementos ópticos de formación de imágenes e incluso si
los ángulos de incidencia en la dirección de subescaneado son
grandes, aún es posible corregir las curvaturas de campo en la
dirección de subescaneado de una serie de flujos de luz y las
curvaturas de la línea de escaneado de una serie de flujos de
luz.
Por ejemplo, el sistema óptico de formación de
imágenes puede tener una estructura en la que una primera lente
compartida de formación de imágenes a través de la que pasan cuatro
flujos de luz se dispone junto al deflector de luz (5), mientras
que cuatro segundas lentes de formación de imágenes se disponen
junto a la superficie escaneada (8).
A continuación, se describirá el elemento (1) de
fuente de luz de la primera realización. Tal como se describió
anteriormente, el elemento (1) de fuente de luz de la presente
realización es un láser Vcsel que tiene cuatro partes de emisión de
luz que se encuentran contiguas entre sí.
Debido a su estructura en la que la luz se emite
en la dirección ortogonal a un sustrato de semiconductor, el láser
Vcsel se caracteriza porque es mucho más fácil aumentar el número de
partes de emisión de luz, lograr la integración paralela
bidimensional y definir la disposición de las partes de emisión de
luz, en comparación con el caso de los láseres conocidos de
semiconductor que emiten por la cara extrema.
Por consiguiente, comparado con un láser
conocido de semiconductores que emite por la cara extrema, el láser
Vcsel es más adecuado para la separación de flujos de luz a partir
de un elemento de fuente de luz individual. El láser Vcsel también
puede estructurarse de forma que los flujos de luz procedentes de
ocho partes de emisión de luz se dirijan hasta los cuatro tambores
fotosensibles (8k), (8c), (8m) y (8y), con dos flujos de luz por
cada tambor fotosensible, o de forma que los flujos de luz
procedentes de 16 partes de emisión de luz se dirijan hasta los
cuatro tambores fotosensibles (8k), (8c), (8m) y (8y), con cuatro
flujos de luz por cada tambor fotosensible.
Por consiguiente, es deseable que el número de
partes de emisión de luz en el elemento (1) de fuente de luz sea un
múltiplo entero del número de tambores fotosensibles.
A continuación se describirá el sistema óptico
de incidencia (es decir, el sistema óptico que se extiende desde el
elemento (1) de fuente de luz hasta el deflector de luz (5)) de la
primera realización. La figura 5A y la figura 5B muestran cada una
un plano de subescaneado que se extiende desde el elemento (1) de
fuente de luz hasta el deflector de luz (5) del dispositivo óptico
de escaneado, de acuerdo con la primera realización de la presente
invención. La figura 5A muestra solo los rayos principales de cuatro
flujos de luz. La figura 5B muestra uno de los cuatro rayos
principales y los rayos marginales. Los cuatro flujos de luz
emitidos desde el elemento (1) individual de fuente de luz se
coliman por medio de la lente de colimación (2) y entran en el
diafragma (3) dispuesto a la derecha junto a la lente de colimación
(2). Los rayos principales de los cuatro flujos de luz se cruzan
entre sí en el mismo punto en la abertura del diafragma (3).
El ángulo de salida del rayo principal de cada
uno de la serie de flujos de luz se encuentra definido por la
separación del eje óptico de cada parte de emisión de luz y por la
posición del diafragma (3). Para aumentar el ángulo de salida del
elemento (1) de fuente de luz en la dirección de subescaneado, es
deseable que el diafragma (3) se encuentre dispuesto más cerca del
elemento (1) de fuente de luz de lo que se encuentra respecto al
deflector de luz (5).
La serie de flujos de luz del diafragma (3) se
refractan por la lente cilíndrica (4) hacia los puntos conjugados,
que se encuentran situados después del deflector de luz (5), del
diafragma (3). Para aumentar el ángulo de incidencia, en la
dirección de subescaneado, del rayo principal de cada uno de la
serie de flujos de luz que entran en la misma superficie
deflectante (5a) del deflector de luz (5) (en otras palabras, para
aumentar el ángulo entre el plano ortogonal y el eje de rotación
del deflector de luz (5)), es necesario que la formación de
imágenes mediante la lente cilíndrica (4), en el plano de
subescaneado, entre el diafragma (3) y su punto conjugado deba
formar una imagen reducida (| \betasi | \leq 1).
Por consiguiente, si el valor absoluto de la
amplificación lateral de la lente cilíndrica (4), en la dirección de
subescaneado, entre el diafragma (3) y su punto conjugado satisface
| \betasi | \leq 1, los ángulos de salida de los rayos
principales de la serie de flujos de luz del elemento (1) de fuente
de luz se pueden aumentar en el plano de subescaneado.
En otras palabras, el ángulo de incidencia, en
la dirección de subescaneado, del rayo principal de un flujo de luz
que entra en la superficie deflectante (5a) se define como el ángulo
que se forma, en el plano de subescaneado, por la normal a la
superficie deflectante (5a) del deflector de luz (5) y el rayo
principal del flujo de luz.
En este caso, es deseable que la amplificación
lateral \betasi, entre el diafragma (3) y su punto conjugado en
la dirección de subescaneado, de la lente cilíndrica (4) satisfaga
la condición 1/20 < | \betasi | < 1/3.
Esta condición es equivalente a 3 <
\thetap/\thetaa < 20, en la que \thetaa es el ángulo de
inclinación, en la dirección de subescaneado, del rayo principal de
un flujo de luz desde el diafragma (3) en relación con el eje
óptico de la lente cilíndrica (4) y \thetap es el ángulo de
inclinación, en la dirección de subescaneado, del rayo principal
del flujo de luz que entra en el deflector de luz (5).
Si se excede el límite superior de esta
condición, resulta difícil añadir el sistema óptico de incidencia,
porque la mayor distancia entre el diafragma (3) y la lente
cilíndrica (4) reduce la distancia entre la lente cilíndrica (4) y
la superficie deflectante (5a) del deflector de luz (5). Si se
excede el límite inferior de esta condición, no se puede garantizar
el ángulo de separación necesario para la separación de una serie
de flujos de luz.
Es preferible que también se satisfaga la
condición 1/15 < | \betasi | < 1/8.
En la primera realización, según se muestra en
la Tabla 1, el ángulo de inclinación \thetaa, en la dirección de
subescaneado, del rayo principal de un flujo de luz emitido desde
una parte de emisión de luz en la parte inferior del elemento (1)
de fuente de luz en relación con el eje óptico de la lente
cilíndrica (4) se ajusta a 0,77º, mientras que el ángulo de
inclinación \thetap, en la dirección de subescaneado, del rayo
principal del flujo de luz que entra en el deflector de luz (5) se
ajusta a -8,25º. Esto proporciona que | \thetap/\thetaa | =
10,7, lo que no solo permite la instalación del sistema óptico de
incidencia (incluyendo la lente de colimación (2), el diafragma (3)
y la lente cilíndrica (4)), sino que también permite la separación
de una serie de flujos de luz en las posiciones situadas después
del deflector de luz (5). Aunque los ángulos de inclinación de los
otros tres flujos de luz en la dirección de subescaneado varían, los
valores de | \thetap/\thetaa | son iguales.
En lo que se refiere al tamaño del sistema
óptico de incidencia de la primera realización, dado que la
separación entre los rayos principales de una serie de flujos de
luz en la lente cilíndrica (4) es grande, llegando a 5,6 mm, la
lente cilíndrica (4) debe tener un diámetro externo que se
corresponda con esta separación. No obstante, este tamaño es más
pequeño que el que existe en el caso de los sistemas ópticos
conocidos en los que los rayos principales de una serie de flujos
de luz son paralelos, en un plano de subescaneado, en relación con
un plano (plano de escaneado principal) ortogonal al eje de rotación
de un deflector de luz (es decir, sistemas ópticos conocidos en los
que los rayos principales de una serie de flujos de luz entran, en
un plano de subescaneado, en una superficie deflectora de un
deflector de luz en un ángulo recto). Además, es fácil ajustar el
tamaño de la lente cilíndrica (4) para tener en cuenta esta
separación, ya que ésta se puede hacer de plástico.
Como los flujos de luz (que se encuentran
técnicamente separados) se encuentran espacialmente casi
superpuestos entre sí en la lente de colimación (2), que está
fabricada preferentemente de cristal, y en el deflector de luz (5),
que está fabricado de metal, los tamaños de la lente de colimación
(2) y del deflector de luz (5) pueden ser iguales a los de los
tipos conocidos.
Por consiguiente, el sistema óptico de
incidencia de la primera realización tiene ventajas importantes
sobre los sistemas ópticos conocidos en los que los rayos
principales de una serie de flujos de luz son paralelos, en un
plano de subescaneado, en relación con un plano (plano de escaneado
principal) ortogonal al eje de rotación de un deflector de luz (es
decir, sistemas ópticos conocidos en los que los rayos principales
de una serie de flujos de luz entran, en un plano de subescaneado,
en una superficie deflectora de un deflector de luz en un ángulo
recto) y que son de tamaño grande debido a la utilización de
elementos ópticos que son relativamente caros en términos de
elaboración.
En la primera realización, la formación de
imágenes mediante la lente cilíndrica (4), en el plano de
subescaneado, entre el diafragma (3) y su punto conjugado (situado
después de la superficie deflectora (5a)) forma una imagen reducida
(1/20 < | \betasi | < 1/3). Por consiguiente, con la
estructura sencilla del sistema óptico de incidencia y sin aumentar
el tamaño ni el coste del aparato completo, se pueden garantizar las
diferencias angulares en la dirección de subescaneado que se
requieren para la separación, en el deflector de luz (5), de una
serie de flujos de luz emitidos desde una serie de partes de emisión
de luz adyacentes.
Primera
modificación
En la primera realización, una única lente
f-\theta sirve como el elemento óptico de
formación de imágenes que constituye el sistema óptico de formación
de imágenes. No obstante, la presente invención no está limitada en
este sentido y se pueden usar dos o más lentes
f-\theta, en lugar de una única lente
f-\theta. El elemento óptico de formación de
imágenes puede ser incluso un elemento óptico de difracción o un
espejo curvado, en lugar de una lente.
Aunque en la primera realización se utiliza el
sistema óptico por infraexposición, en su lugar se puede utilizar
un sistema óptico por infraexposición en el que la anchura de los
flujos de luz que inciden en una superficie deflectante, en la
dirección de escaneado principal, es mayor que la anchura de la
superficie deflectante en la dirección de escaneado principal.
En lugar de los espejos reflectantes planos
utilizados en la primera realización, se pueden utilizar espejos
curvados como los elementos ópticos de separación que constituyen el
sistema óptico de separación. En este caso, a los espejos curvados
se añaden capacidades de formación de imágenes.
El elemento (1) de fuente de luz de la primera
realización es un láser Vcsel (láser monolítico de múltiples
semiconductores) que tiene una serie de partes de emisión de luz en
un sustrato único. No obstante, una fuente de luz de la presente
invención puede ser una en la que se disponen una serie de láseres
de semiconductor que emiten por la cara extrema, teniendo cada uno
una serie de partes de emisión de luz, con una separación diminuta
(de 500 \mum o menos).
Por ejemplo, en lugar de un láser Vcsel en la
primera realización, se puede utilizar una fuente de luz en la que
se disponen dos láseres de semiconductor que emiten por la cara
extrema, teniendo cada uno de los láseres dos partes de emisión de
luz dispuestas con una separación diminuta (de 500 \mum o
menos).
Segunda
realización
La figura 7 muestra un plano de escaneado
principal de un dispositivo óptico de escaneado de acuerdo con la
segunda realización de la presente invención. La figura 8 muestra un
plano de subescaneado que se extiende desde un elemento (1) de
fuente de luz hasta un deflector de luz (5) en el dispositivo óptico
de escaneado, de acuerdo con la segunda realización de la presente
invención. La segunda realización es sustancialmente igual que la
primera realización, excepto porque el elemento (1) de fuente de luz
tiene una disposición bidimensional de partes de emisión de luz y
porque se añade una lente cóncava a un sistema óptico de
incidencia.
El elemento (1) de fuente de luz de la segunda
realización también es un láser Vcsel. Según se muestra en la
figura 10, el elemento (1) de fuente de luz tiene una disposición
bidimensional de ocho partes de emisión de luz
(1k-1), (1k-2),
(1m-1), (1m-2),
(1c-1), (1c-2),
(1y-1) y (1y-2) dispuestas en dos
columnas (correspondientes a la dirección de escaneado principal)
por cuatro filas (correspondientes a la dirección de
subescaneado).
El láser Vcsel (que tiene partes de emisión de
luz con una separación de 500 \mum o menos) utilizado en la
presente invención es un láser monolítico de múltiples
semiconductores.
El láser monolítico de múltiples semiconductores
es un láser que está provisto de una serie de partes de emisión de
luz en el mismo sustrato.
Según se muestra en la figura 10, la disposición
de partes de emisión de luz en la presente realización es una
disposición bidimensional en la que un segmento de la línea que
conecta las partes de emisión de luz en la dirección de la fila
(correspondiente a la dirección de subescaneado) no se cruza con un
segmento de la línea que conecta las partes de emisión de luz en la
dirección de la columna (correspondiente a la dirección de
escaneado principal). No obstante, el elemento (1) de fuente de luz
que tiene la disposición de partes de emisión de luz en la que
dichos segmentos de línea se cruzan en ángulos rectos se puede
utilizar y girar alrededor de la normal del sustrato de las partes
de emisión de luz.
Los ocho flujos de luz emitidos desde el
elemento (1) de fuente de luz se coliman por medio de una lente de
colimación (2) y entran en un diafragma (3) dispuesto a la derecha
junto a la lente de colimación (2). Los rayos principales de los
ocho flujos de luz se cruzan entre sí en la posición de una abertura
del diafragma (3). La figura 7 solo muestra un flujo de luz
individual por simplicidad y los otros flujos de luz no se
muestran.
La figura 8 muestra solo cuatro flujos de luz
(12k-1), (12m-1),
(12c-1) y (12y-1) separados en la
dirección de subescaneado y los otros cuatro flujos de luz
(12k-2), (12m-2),
(12c-2) y (12y-2) no se muestran, ya
que se encuentran superpuestos en los cuatro flujos de luz
mostrados.
La serie de flujos de luz procedentes del
diafragma (3) se refractan por medio de una lente cilíndrica (41)
que tiene un poder de refracción negativo solo en la dirección de
subescaneado y se refractan por medio de una lente cilíndrica (42)
que tiene un poder de refracción positivo solo en la dirección de
subescaneado hacia los puntos conjugados del diafragma (3), que se
encuentran situados después del deflector de luz (5). Tal como en
el caso de la primera realización, para aumentar el ángulo de
incidencia, en la dirección de subescaneado, del rayo principal de
cada uno de la serie de flujos de luz que entran en la misma
superficie deflectante del deflector de luz (5) (en otras palabras,
para aumentar el ángulo entre el plano ortogonal y el eje de
rotación del deflector de luz (5)), es necesario que la formación de
imágenes mediante las lentes cilíndricas (41) y (42), en el plano
de subescaneado, entre el diafragma (3) y su punto conjugado deba
formar una imagen reducida.
Por consiguiente, si los valores absolutos de la
amplificación lateral de las lentes cilíndricas (41) y (42), en la
dirección de subescaneado, entre el diafragma (3) y su punto
conjugado satisfacen | \betasi | \leq 1, los ángulos de
salida de los rayos principales de la serie de flujos de luz del
elemento (1) de fuente de luz se pueden aumentar en el plano de
subescaneado.
En particular, en la segunda realización, dado
que la lente cilíndrica (41) que tiene un poder de refracción
negativo solo en la dirección de subescaneado se encuentra situada
entre el diafragma (3) y la lente cilíndrica (42) que tiene un
poder de refracción positivo solo en la dirección de subescaneado
para proporcionar un par de lentes negativa y positiva, la posición
del plano principal definido por las dos lentes cilíndricas se
puede desplazar en la dirección de subescaneado hacia el deflector
de luz (5). Esto mantiene la amplificación lateral más baja sin
dejar mucha distancia entre el diafragma (3) y la lente cilíndrica
(42), es decir, aumenta el ángulo de incidencia, en la dirección de
subescaneado, del rayo principal de cada uno de la serie de flujos
de luz que entran en la misma superficie deflectante del deflector
de luz (5).
En otras palabras, el ángulo de incidencia, en
la dirección de subescaneado, del rayo principal de un flujo de luz
que entra en la superficie deflectante se define como el ángulo
formado por la normal a la superficie deflectante del deflector de
luz (5) y el rayo principal del flujo de luz.
La Tabla 2 muestra los parámetros de diseño
óptico en la segunda realización. Haciendo referencia a la Tabla 2,
"Nº" denota números de superficie, "Ry" denota radios de
curvatura (mm) en la dirección de escaneado principal, "Rz"
denota radios de curvatura (mm) en la dirección de subescaneado,
"Asph." denota coeficientes de superficie asférica, "D"
denota separaciones de superficies (mm), "Cristal" denota el
tipo de materiales y "N" denota los índices de refracción.
\newpage
La superficie de entrada de la lente de
colimación (2) hecha de cristal es una superficie plana, mientras
que la superficie de salida de la misma es una superficie asférica
rotacionalmente simétrica.
El diafragma (3) es de forma elíptica. El
diafragma (3) tiene una abertura que mide 3,4 mm de ancho en la
dirección de escaneado principal y 0,8 mm de ancho en la dirección
de subescaneado.
La superficie de entrada de la lente cilíndrica
(41) no tiene poder de refracción (plana) en la dirección de
escaneado principal y es asférica (no circular) y tiene poder de
refracción negativo en la dirección de subescaneado.
La superficie de entrada de la lente cilíndrica
(42) no tiene poder de refracción (plana) en la dirección de
escaneado principal y es asférica (no circular) y tiene poder de
refracción positivo en la dirección de subescaneado.
Las formas de la lente de colimación (2), la
lente cilíndrica (41) y la lente cilíndrica (42) se encuentran
definidas por las mismas ecuaciones que las mostradas en la primera
realización.
\vskip1.000000\baselineskip
Las estructuras y la disposición de un elemento
óptico (6) de formación de imágenes (lentes
f-\theta) y de un sistema óptico de separación
que se encuentran dispuestos después del deflector de luz (5) son
iguales que las de la primera realización. Las características
ópticas basadas en dichas estructuras y disposición también son
iguales que las de la primera realización.
De forma similar a la primera realización, es
deseable que la amplificación lateral \betasi, entre el diafragma
(3) y sus puntos conjugados en la dirección de subescaneado, de las
lentes cilíndricas (41) y (42) satisfaga la condición 1/20 < |
\betasi | < 1/3.
Esta condición es equivalente a 3 <
\thetap/\thetaa < 20, en la que \thetaa es el ángulo de
inclinación, en la dirección de subescaneado, del rayo principal de
un flujo de luz desde el diafragma (3) en relación con el eje
óptico de la lente cilíndrica (42) y \thetap es el ángulo de
inclinación, en la dirección de subescaneado, del rayo principal
del flujo de luz que entra en el deflector de luz (5).
Si se excede el límite superior de esta
condición, se vuelve difícil añadir el sistema óptico de incidencia,
porque la mayor distancia entre el diafragma (3) y la lente
cilíndrica (42) reduce la distancia entre la lente cilíndrica (42)
y la superficie deflectante (5a). Si se excede el límite inferior de
esta condición, no se puede garantizar el ángulo de separación
necesario para la separación de una serie de flujos de luz.
Es preferible que se satisfaga la condición 1/20
< | \betasi | < 1/3.
En la segunda realización, según se muestra en
la Tabla 2, el ángulo de inclinación \thetaa, en la dirección de
subescaneado, del rayo principal de un flujo de luz emitido desde
una parte de emisión de luz en la parte inferior del elemento (1)
de fuente de luz en relación con el eje óptico de la lente
cilíndrica (42) se ajusta a 0,81º, mientras que el ángulo de
inclinación \thetap, en la dirección de subescaneado, del rayo
principal del flujo de luz que entra en el deflector de luz (5) se
ajusta a -8,65º. Esto proporciona | \thetap/\thetaa | =
10,6, lo que no solo permite la instalación del sistema óptico de
incidencia, sino que también permite la separación espacial de una
serie de flujos de luz en la trayectoria de la luz entre el elemento
óptico (6) de formación de imágenes y la superficie escaneada (8)
que se encuentran dispuestos después del deflector de luz (5).
Según se muestra en la Tabla 2, para evitar que
se superpongan entre sí los flujos de luz adyacentes en el plano de
subescaneado, un ángulo \thetas entre los rayos principales de los
flujos de luz adyacentes desviados en la misma superficie
deflectora, y que se van a dirigir hacia diferentes tambores
fotosensibles, debe satisfacer la condición \thetas > (1,64
\times
| \betaso |) / \rho en radianes o \thetas > 2,47 en grados. De forma similar a la primera realización, las diferencias angulares \thetas, en la dirección de subescaneado, entre flujos de luz adyacentes desviados en la misma superficie deflectante se ajustan para que caigan dentro del intervalo de entre 5,15º y 5,64º. Es decir, se proporcionan ángulos suficientes para la separación angular de una serie de flujos de luz en el plano de subescaneado.
| \betaso |) / \rho en radianes o \thetas > 2,47 en grados. De forma similar a la primera realización, las diferencias angulares \thetas, en la dirección de subescaneado, entre flujos de luz adyacentes desviados en la misma superficie deflectante se ajustan para que caigan dentro del intervalo de entre 5,15º y 5,64º. Es decir, se proporcionan ángulos suficientes para la separación angular de una serie de flujos de luz en el plano de subescaneado.
Como la superficie deflectante (5a) del
deflector de luz (5) es plana, \thetas y \thetap son
iguales.
Según se muestra en la figura 7, el sistema
óptico de formación de imágenes de la segunda realización se compone
de un elemento óptico (6) de formación de imágenes individual.
El elemento óptico (6) de formación de imágenes
sirve como un sistema de corrección del error de desvío para la
corrección de un error de desvío de la superficie deflectante (5a)
del deflector (5) de luz. El elemento óptico (6) de formación de
imágenes permite una relación de conjugación entre el punto
deflectante en la superficie deflectante (5a) y un punto de
formación de imagen en la superficie escaneada (8).
Los ocho flujos de luz procedentes del deflector
(5) de luz pasan a través del elemento óptico (6) compartido de
formación de imágenes, entran en siete espejos reflectantes (71k),
(71y), (71m), (71c), (72k), (72y) y (72m) que sirven como elementos
ópticos de separación, con dos flujos de luz en cada espejo
reflectante, y se dirigen hasta las cuatro superficies respectivas
de los tambores fotosensibles (8k), (8c), (8m) y (8y), con dos
flujos de luz en cada tambor fotosensible. Así se lleva a cabo el
escaneado multirayo en la superficie escaneada (8) individual.
El sistema óptico de separación de la segunda
realización se compone de siete espejos reflectantes (71k), (71y),
(71m), (71c), (72k), (72y) y (72m) que sirven como elementos ópticos
de separación.
El sistema óptico de formación de imágenes
utilizado en la segunda realización es igual que el utilizado en la
primera realización y se muestra en la figura 3.
De este modo, en la segunda realización, de
forma similar a la primera realización, se pueden garantizar las
diferencias angulares en la dirección de subescaneado que se
requieren para la separación, en el deflector de luz (5), de una
serie de flujos de luz emitidos desde una serie de partes de emisión
de luz adyacentes, con una estructura sencilla del sistema óptico
de incidencia y sin aumentar el tamaño ni el coste del aparato
completo.
De este modo, se guían una serie de flujos de
luz procedentes del elemento (1) de fuente de luz individual hasta
el deflector de luz (5) por medio del sistema óptico de incidencia
compartido, se desvían por la misma superficie deflectora (5a) del
deflector de luz (5) y se dirigen, por medio del sistema óptico de
separación compuesto de los elementos ópticos de separación, sobre
los diferentes tambores fotosensibles que se corresponden con los
colores respectivos. Así se logran un dispositivo óptico de
escaneado y un aparato de formación de imágenes en color que son de
pequeño tamaño y de bajo coste.
La segunda realización se caracteriza en
particular porque, con una disposición bidimensional de partes de
emisión de luz de un láser Vcsel que sirve como el elemento (1) de
fuente de luz, se pueden dirigir de forma simultánea una serie de
flujos de luz hasta las superficies respectivas de cada uno de los
tambores fotosensibles (8k), (8c), (8m) y (8y) y porque la
utilización de la lente cilíndrica (41) con poder de refracción
negativo en la dirección de subescaneado reduce de forma adicional
el tamaño del sistema óptico de incidencia. Esto reduce de forma
adicional el tamaño del dispositivo óptico de escaneado y del
aparato de formación de imágenes en color y aumenta la velocidad de
los mismos.
En la segunda realización, la formación de
imágenes mediante las lentes cilíndricas (41) y (42), en el plano
de subescaneado, entre el diafragma (3) y sus puntos conjugados
(situados detrás de la superficie deflectora (5a)) forma una imagen
reducida (1/20 < | \betasi | < 1/3). Por consiguiente,
con la estructura sencilla del sistema óptico de incidencia y sin
aumentar el tamaño ni el coste del aparato completo, se pueden
garantizar las diferencias angulares en la dirección de
subescaneado que se requieren para la separación, en el deflector
de luz (5), de una serie de flujos de luz emitidos desde una serie
de partes de emisión de luz adyacentes.
Segunda
modificación
En la segunda realización, una única lente
f-\theta sirve como el elemento óptico de
formación de imágenes que constituye el sistema óptico de formación
de imágenes. No obstante, la presente invención no está limitada en
este aspecto y se pueden usar dos o más lentes
f-\theta, en lugar de una única lente
f-\theta. El elemento óptico de formación de
imágenes puede ser incluso un elemento óptico de difracción o un
espejo curvado, en lugar de una lente.
Aunque en la segunda realización se utiliza un
sistema óptico por infraexposición, como alternativa se puede
utilizar un sistema óptico por infraexposición en el que la anchura
de los flujos de luz que inciden en una superficie deflectante, en
la dirección de escaneado principal, es mayor que la anchura de la
superficie deflectante en la dirección de escaneado principal.
En lugar de los espejos reflectantes planos
utilizados en la segunda realización, se pueden utilizar espejos
curvados como los elementos ópticos de separación que constituyen el
sistema óptico de separación. En este caso, a los espejos curvados
se añaden capacidades de formación de imágenes.
El elemento (1) de fuente de luz de la segunda
realización es un láser Vcsel (láser monolítico de múltiples
semiconductores) que tiene una serie de partes de emisión de luz en
un sustrato único. No obstante, una fuente de luz de la presente
invención puede ser una en la que se disponen una serie de láseres
de semiconductor que emiten por la cara extrema, teniendo cada uno
una serie de partes de emisión de luz, con una separación diminuta
(de 500 \mum o menos).
Por ejemplo, en lugar de un láser Vcsel en la
segunda realización, se puede utilizar una fuente de luz en la que
se disponen dos láseres de semiconductores que emiten por la cara
extrema, teniendo cada uno de los láseres cuatro partes de emisión
de luz dispuestas con una separación muy reducida (de 500 \mum o
menos).
Tercera
realización
La figura 6 muestra una parte sustancial de un
aparato (160) de formación de imágenes en color de la presente
invención. Haciendo referencia a la figura 6, el aparato (160) de
formación de imágenes en color incluye dispositivos ópticos (110)
de escaneado que tienen las estructuras respectivas de la primera
y/o segunda realizaciones, tambores fotosensibles (121), (122),
(123) y (124) que sirven cada uno como un soporte de imágenes,
unidades de revelado (131), (132), (133) y (134) y una cinta de
transporte (151).
En la figura 6, las señales de los colores rojo
(R), verde (G) y azul (B) se alimentan desde un dispositivo externo
(152), tal como un ordenador personal, hasta el aparato (160) de
formación de imágenes en color. Estas señales de imágenes se
convierten, mediante un controlador (153) de impresora en el aparato
(160) de formación de imágenes en color, en los datos de imágenes
respectivos (datos de puntos) de los colores cian (C), magenta (M),
amarillo (Y) y negro (B) que se alimentan en los dispositivos
ópticos (110) de escaneado. Los rayos de luz (141), (142), (143) y
(144) modulados de acuerdo con los datos respectivos de las imágenes
se emiten desde los dispositivos ópticos (110) de escaneado. Los
tambores fotosensibles (121), (122), (123) y (124) se escanean con
estos rayos de luz en la dirección de escaneado principal.
Tal como se ha descrito en lo anterior, el
aparato de formación de imágenes en color de la presente invención
forma las imágenes latentes de los colores respectivos en las
superficies correspondientes de los tambores fotosensibles (121),
(122), (123) y (124) utilizando los cuatro rayos de luz basados en
los datos respectivos de las imágenes desde los dispositivos
ópticos (110) de escaneado, y a continuación crea una imagen única
a todo color en un soporte de impresión mediante la transferencia
múltiple de las imágenes latentes.
Por ejemplo, como dispositivo externo (152) se
puede utilizar un aparato de lectura de imágenes en color que
incluya un sensor basado en un dispositivo de acoplamiento de carga
(CCD). En este caso, el aparato de lectura de imágenes en color y
el aparato (160) de formación de imágenes en color se integran para
producir una fotocopiadora digital en color.
En la presente realización, con la utilización
del sistema óptico de incidencia solo con componentes conocidos
(tales como la lente de colimación (2), el diafragma (3) y la lente
cilíndrica (4)), se pueden proporcionar las diferencias angulares
requeridas para la separación, en el deflector de luz (5), de una
serie de flujos de luz procedentes de partes de emisión de luz
adyacentes sin aumentar el tamaño ni el coste del aparato completo.
Esto proporciona un sistema óptico en el que se guían una serie de
flujos de luz desde el elemento (1) de fuente de luz individual
hasta el deflector de luz (5) mediante el sistema óptico de
incidencia compartido, se desvían mediante el deflector de luz (5)
y se dirigen mediante el sistema óptico de separación, que incluye
espejos, hasta el interior de tambores fotosensibles
correspondientes a los colores respectivos, logrando de este modo
un dispositivo óptico de escaneado y un aparato de formación de
imágenes que son de pequeño tamaño y de coste razonable.
Claims (15)
1. Dispositivo óptico de escaneado que
comprende:
un medio (1) de fuente de luz que tiene una
serie de partes de emisión de luz en el mismo sustrato;
un diafragma (3) que tiene una abertura;
un deflector de luz (5) que tiene una superficie
deflectora (5a) configurada para desviar una serie de flujos de
luz, cada uno de ellos emitido desde una de las partes de emisión de
luz respectivas;
un sistema óptico de incidencia (4) dispuesto en
la trayectoria de la luz entre el diafragma y el deflector de luz,
sistema óptico de incidencia que está configurado para originar los
rayos principales de cada uno de la serie de los flujos de luz, que
han pasado a través de la citada abertura, para incidir en la misma
superficie deflectora del deflector de luz según diferentes ángulos
en el plano de subescaneado;
un sistema óptico de separación (71, 72)
configurado para dirigir la serie de los citados flujos de luz,
desde la citada serie de partes de emisión de luz en el citado
mismo sustrato, desviados por la misma superficie deflectora del
deflector de luz, sobre las diferentes superficies (8) a escanear
y
un sistema óptico (6) de formación de imágenes
configurado para originar la serie de flujos de luz desviados por
el deflector de luz para formar imágenes en las distintas
superficies a escanear,
caracterizado porque una diferencia
angular \thetas, en radianes, en la dirección de subescaneado
entre los rayos principales de los flujos de luz adyacentes de la
serie de flujos de luz incidentes en la misma superficie deflectora
y desviados sobre las distintas superficies a escanear, satisface la
condición:
\theta s >
(1,64 \times \lambda \times | \ \beta so \ |) / \rho
,
en la que \lambda es la longitud
de onda de cada flujo de luz, \betaso es la amplificación lateral
del sistema óptico de formación de imágenes en la dirección de
subescaneado y \rho es el diámetro de un punto en la dirección de
subescaneado en una superficie a
escanear.
2. Dispositivo óptico de escaneado, según la
reivindicación 1, en el que el medio de fuente de luz tiene una
estructura que está constituida por o que comprende una serie de
multiláseres monolíticos separados, teniendo cada uno una serie de
partes de emisión de luz.
3. Dispositivo óptico de escaneado, según la
reivindicación 1 ó 2, en el que el medio de fuente de luz comprende
un multiláser monolítico.
4. Dispositivo óptico de escaneado, según la
reivindicación 3, en el que el multiláser monolítico es un láser de
cavidad vertical y emisión superficial que tiene cuatro o más partes
de emisión de luz.
5. Dispositivo óptico de escaneado, según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el número
de partes de emisión de luz del multiláser monolítico es "n"
veces el número de superficies a escanear, en el que "n" es un
número entero igual o mayor que dos.
6. Dispositivo óptico de escaneado, según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema
óptico de formación de imágenes incluye una lente de formación de
imágenes a través de la que pasan una serie de flujos de luz
desviados por la misma superficie deflectora del deflector de
luz.
7. Dispositivo óptico de escaneado, según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema
óptico de separación se compone de uno o más espejos para cada uno
de la serie de flujos de luz desviados por el deflector de luz.
8. Dispositivo óptico de escaneado, según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el valor
absoluto de la amplificación lateral \betasi, entre el diafragma y
su punto conjugado en la dirección de subescaneado, del sistema
óptico de incidencia satisface la condición | \betasi | \leq
1.
9. Dispositivo óptico de escaneado, según la
reivindicación 8, en el que la amplificación lateral \betasi,
entre el diafragma y su punto conjugado en la dirección de
subescaneado, de un sistema óptico dispuesto en una trayectoria de
luz entre el diafragma y el deflector de luz, satisface la condición
1/20 < | \betasi | < 1/3.
10. Dispositivo óptico de escaneado, según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
diafragma se dispone más cerca del medio de la fuente de luz de lo
que está el diafragma respecto del deflector de luz, en una
trayectoria de luz desde el medio de fuente de luz hasta el
deflector de luz.
11. Dispositivo óptico de escaneado, según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las
diferentes superficies a escanear se sitúan en soportes de imágenes
diferentes.
12. Aparato de formación de imágenes en color
que comprende:
un dispositivo óptico de escaneado según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;
una serie de miembros fotosensibles (121, 122,
123, 124) que se corresponden con la serie de superficies
respectivas a escanear;
una serie de unidades de revelado (131, 132,
133, 134) que se corresponden con la serie respectiva de miembros
fotosensibles y que se encuentran configuradas para revelar imágenes
latentes estáticas en una imagen de tóner, imágenes latentes que se
forman en los miembros fotosensibles respectivos mediante escaneado
con flujos de luz por el dispositivo óptico de escaneado;
una serie de unidades de transferencia que se
corresponden con la serie respectiva de unidades de revelado y que
se encuentran configuradas para transferir la imagen de tóner
revelada a un medio de transferencia y
un fusor configurado para fundir la imagen de
tóner transferida en el medio de transferencia.
13. Aparato de formación de imágenes en color,
según la reivindicación 12, que además comprende un controlador de
impresora configurado para convertir los datos codificados
alimentados desde un dispositivo externo en una señal de imagen y
para introducir la señal de la imagen en el dispositivo óptico de
escaneado.
14. Aparato de formación de imágenes en color,
según la reivindicación 12 ó 13, que tiene una serie de dispositivos
ópticos de escaneado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
11.
15. Aparato de formación de imágenes en color,
según la reivindicación 14, que además comprende un controlador de
impresora configurado para convertir los datos codificados
alimentados desde un dispositivo externo en una señal de imagen y
para introducir la señal de la imagen en la serie de dispositivos
ópticos de escaneado.
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