FR2576473A1 - Systeme optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image utilisant un modulateur electromecanique de lumiere - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME OPTIQUE DE BALAYAGE LUMINEUX DESTINE A UN EXPLORATEUR DE SORTIE D'IMAGE. IL COMPORTE UN MODULATEUR ELECTROMECANIQUE 13 DE LUMIERE QUI RECOIT UN FAISCEAU LUMINEUX PROVENANT D'UNE SOURCE 11 PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN SYSTEME OPTIQUE 12 D'IRRADIATION. CE MODULATEUR COMPREND UN CERTAIN NOMBRE D'ELEMENTS CAPABLES DE DEVIER LE FAISCEAU LUMINEUX INCIDENT DANS AU MOINS DEUX DIRECTIONS EN FONCTION D'UN SIGNAL D'ENTREE, ET AGENCES DANS LA DIRECTION DU BALAYAGE PRINCIPAL. UNE INFORMATION D'IMAGE EST OBTENUE PAR LE CHANGEMENT DE LA DIRECTION DE LA DEVIATION DE CHACUN DES ELEMENTS. L'INFORMATION D'IMAGE EST ENSUITE TRANSMISE PAR UN SYSTEME OPTIQUE 14 DE PROJECTION VERS UN TAMBOUR PHOTOSENSIBLE 16. LES SYSTEMES OPTIQUES D'IRRADIATION ET DE PROJECTION SONT PLATS DANS LA DIRECTION DU BALAYAGE PRINCIPAL ET LE MODULATEUR RECOIT UN FAISCEAU LUMINEUX EN FORME DE FENTE. DOMAINE D'APPLICATION: APPAREILS DE COPIE, DE TELECOPIE, ETC.

Description

L'invention concerne un système optique de balayage lumineux d'un

explorateur de sortie d'image

utilisant un modulateur électro-mécanique de lumière.

Un explorateur de sortie d'image est un appareil qui est utilisé en télécopie ou analogue pour balayer l'image d'un original tel qu'un document ou

analogue et délivrer l'image sous la forme d'une informa-

tion d'image constituée d'un signal lumineux ou électri-

que. On connaît diverses formes d'un tel explorateur

de sortie d'image.

Par exemple, un grand nombre des explorateurs de sortie d'image utilisés dans les machines de copie

répandues du type PPC, sont du type dans lequel un ori-

ginal est balayé par la lumière d'une lampe à halogène ou analogue et la lumière réfléchie par cet original forme directement une image sur un élément photosensible électrophotographique. En outre, il existe un procédé par lequel, dans une imprimante à faisceau laser, par exemple, l'image d'un original est transformée en un signal électrique, après quoi, sur la base de ce signal, un modulateur de lumière est utilisé pour moduler un faisceau laser qui est lui-même utilisé pour former

une image sur un élément photosensible.

De plus, au cours des dernières années, le développement de la technique des circuits intégrés a proposé un explorateur de sortie d'image utilisant un modulateur électro-mécanique de lumière comportant un certain nombre d'éléments de déflexion placés sur

une embase.

La conception d'ensemble de l'explorateur de sortie d'image mentionné cidessus sera décrite

plus en détail ci-après en référence aux dessins annexés.

La figure 1 montre schématiquement un exemple

de l'explorateur de sortie d'image utilisant le modula-

teur électro-mécanique de lumière, décrit ci-dessus

(appelé plus simplement ci-après modulateur de lumière).

Sur la figure 1., la référence numérique 1 désigne une

source de lumière telle qu'une lampe à filament de tung-

stène, la référenoe nunériquoe 2 désigne un système optique d'irradiation, la référence numérique 3 désigne le modu- lateur de lumière, la référence numérique 4 désigne un système optique de projection, la référence numérique désigne un miroir réfléchissant et la référence numéri-

que 6 désigne un tambour photosensible.

La lumière provenant de la lampe 1 est appli-

quée sur le modulateur 3 de lumière par l'intermédiaire du système optique 2 d'irradiation et seule la lumière réfléchie du signal d'image utile est condensée sur le tambour photosensible 6 par le système optique 4

de projection, par l'intermédiaire du miroir réfléchis-

sant 5. Dans un tel explorateur de sortie d'image, diver-

ses configurations du modulateur 3 de lumière ont été

à présent conçues.

La figure 2A est une vue schématique en perspective à échelle - agrandie d'un exemple d'un tel

modulateur 3 de lumière, et la figure 2B est une éléva-

tion schématique agrandie de ce modulateur.

Sur les figures 2A et 2B, la référence numé-

rique 3a désigne des plaques d'éléments d'image à miroir conçues pour être courbées vers le haut ou vers le bas par des moyens électro- mécaniques. Comme montré sur la figure 2B, la direction de la lumière réfléchie 7 à partir de la plaque 3a d'élément d'image à miroir courbée vers le bas (indiquée en trait pointillé) diffère de la direction de la lumière réfléchie (indiquée en trait plein) par la plaque 3a d'élément d'image à miroir non courbée. En modifiant ainsi la direction de chacune des plaques 3a d'éléments d'image à miroir, conformément à un signal d'image appliqué à l'entrée du modulateur 3 de lumière, il est possible de former une image latente électrostatique correspondant au signal d'image sur la surface du tambour photosensible. L'image latente électrostatique est transformée en une image visible

par le processus électrophotographique bien connu.

Cependant, dans l'explorateur de sortie

d'image tel que décrit ci-dessus, la direction de cour-

bure de la plaque 3a d'élément d'image à miroir est inclinée vers le bas, sans torsion par rapport au côté de la plaque 3a d'élément d'image à miroir comme montré sur la figure 2B et, par conséquent, la séparation entre Ja lumière du signal et la lumière réfléchie inutile 7 devient difficile lorsque l'on prend en considération la diffraction dans l'espace image. En conséquence,

la distance entre le modulateur 3 de lumière et le sys-

tème optique 4 de projection doit être allongée jusqu'à

ce que les deux lumières diffractées puissent être sépa-

rées l'une de l'autre. Ceci ne correspond à rien d'autre

que d'élargir le système optique dans la direction laté-

rale. De plus, en allongeant la distance entre le modula-

teur 3 de lumière et le système optique 4 de projection, on aboutit au résultat selon lequel l'intensité de la lumière arrivant au tambour photosensible 6 est réduite en supposant constante l'intensité de la lumière de la source lumineuse et, pour empêcher ceci, il devient nécessaire d'agrandir l'angle de visée auquel la source de lumière soustend la lentille du système optique 2

d'irradiation. Ceci signifie de donner une grande dimen-

sion au système optique dans la direction de la hauteur, ce qui, par suite, pose un grave problème pour rendre

compact l'explorateur de sortie d'image.

L'invention a pour objet un système optique de balayage lumineux qui peut séparer efficacement la lumière diffractée inutile de la lumière du signal d'image. L'invention a pour autre objet un système optique compact de balayage lumineux qui peut réaliser

efficacement la séparation indiquée ci-dessus.

- L'invention a pour autre objet un système optique de balayage lumineux produisant une impression

d'excellente qualité et qui est peu volumineux.

Conformément à l'invention, pour résoudre les problèmes indiqués cidessus, il est proposé un système optique de balayage lumineux d'un explorateur

de sortie d'image dans lequel un faisceau lumineux inci-

dent provenant d'une source de lumière par l'intermé-

diaire d'un système optique d'irradiation est appliqué à un modulateur électro-mécanique de lumière comprenant un certain nombre d'éléments capables de dévier ledit 15 faisceau lumineux incident dans au moins deux directions, conformément à un signal d'entrée, et agencés dans la

direction du balayage principal (la direction perpen-

diculaire au plan du dessin de la figure 1), et une information d'image est préparée par le changement de direction de la déviation de chacun desdits éléments, après quoi seule la lumière d'un signal est projetée sur un élément photosensible par un système optique de projection, le système optique de balayage lumineux étant caractérisé en ce que la forme de l'un au moins du système optique d'irradiation et du système optique de projection est plate dans la direction du balayage principal. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 montre schématiquement un exemple

de l'explorateur de sortie d'image utilisant un modula-

teur électro-mécanique de lumière conforme à l'art anté-

rieur; les figures 2A et 2B sont, respectivement, une vue partielle en perspective et une élévation du modulateur de lumière; la figure 3A est une vue schématique en perspective du système optique selon l'invention; la figure 3B est une coupe transversale de ce système optique; la figure 4A est une vue de face partielle à échelle agrandie d'un modulateur électro-mécanique de lumière; les figures 4B et 4C montrent le mouvement d'un élément d'image sur le modulateur de lumière; la figure 5 est un schéma montrant les modes de réflexion et de déviation;

la figure 6 est un schéma montrant la répar-

tition de la lumière sur un plan contenant la pupille d'entrée d'une lentille de projection; et les figures 7A, 7B, 7C et 7D illustrent des cas dans lesquels est modifiée la position o une partie d'articulation est reliée à une plaque d'élément

d'image à miroir.

La figure 3A est une vue schématique en perspective d'une forme de réalisation du système optique de balayage lumineux selon l'invention, et la figure

3B est une coupe transversale de ce système optique.

Sur les figures 3A et 3B, la référence numé-

rique 11 désigne une lampe utilisée comme source de lumière, la référence numérique 12 désigne un système optique d'irradiation (qui peut également comprendre

un système optique du type à réflexion et qui est repré-

senté sous la forme d'un condenseur), et la référence numérique 13 désigne un modulateur électro-mécanique de lumière. Un faisceau lumineux émis par la lampe 11 est appliqué sur le modulateur électro-mécanique 13 de lumière par le condenseur 12, est modulé par le modulateur et est ensuite réfléchi. La lumière réfléchie est soumise à une opération d'agrandissement et est modifiée par un système optique 14 de projection (qui peut également comprendre un système optique du type à réflexion et qui est représenté sous la forme d'une lentille de projection) conformément à une largeur et une résolution d'impression souhaitées, et est condensée sur un tambour photosensible 16 par l'intermédiaire d'un miroir réfléchissant 15. Il n'est pas nécessaire que la lampe 11 utilisée comme source de lumière soit un laser de forte intensité, mais une lampe classique et peu coûteuse à halogène et filament de tungstène, utilisée dans un projecteur cinématographique ou analogue, peut suffire car, dans la direction du balayage principal, la formation de l'image est effectuée sur le tambour photosensible 16 sensiblement en même temps et un long

temps d'exposition peut donc être établi.

La figure 4A est une vue de face à échelle agrandie du modulateur électromécanique 13 de lumière

(appelé simplement ci-après modulateur de lumière).

La référence numérique 18 désigne une partie plate de base et la référence numérique 19 désigne des plaques

d'éléments d'image à miroir qui peuvent changer l'incli-

naison de leur surface. Dans le cas de la figure 4A, un certain nombre de plaques 19 d'éléments d'image à miroir sont agencées dans une direction horizontale

et en deux rangées dans la direction verticale.

Le modulateur 13 de lumière est fabriqué par un procédé similaire au procédé de fabrication de circuits intégrés ou de circuits à intégration à grande échelle et il est d'une conception similaire à celle

d'un transistor à effet de champ de type MOS. La dimen-

sion de chaque c6té de chaque plaque 19 d'élément d'image à miroir est très petite, par exemple de l'ordre de 5 à 15 im. De telles plaques d'éléments d'image sont

décrites en détail dans la demande de brevet des Etats-

Unis d'Amérique N 748 835.

Conformément à un signal de modulation binaire d'entrée, chacune des plaques d'éléments d'image à miroir 19 maintient son parallélisme par rapport à la base dans l'état HORS du signal, comme montré sur la figure 4B, et s'abaisse, sa partie 20 d'articulation étant utilisée comme axe de rotation, dans l'état EN du signal, comme montré sur la figure 4C. Cet abaissement a lieu en utilisant la partie 20 d'articulation en un angle du quadrilatère de la plaque 19 d'élément d'image

à miroir et, par conséquent, à la différence de la cour-

bure de la surface de la plaque 3a d'élément d'image à miroir telle que montrée sur la figure 2A, la surface,

après avoir été abaissée, est inclinée dans une direc-

tion oblique par rapport au plan qu'elle occupait avant l'abaissement. La lumière arrivant au modulateur 13

est réfléchie et déviée conformément à cet angle d'abais-

sement. Cet état est montré sur la figure 5. La lumière réfléchie 17, indiquée en trait pointillé sur la figure , est celle correspondant à l'état HORS du signal. Entre ces deux directions de réflexion, le faisceau lumineux réfléchi, dans l'état EN du signal, est dirigé sur le tambour photosensible 16 par la lentille 14 de projection, de manière que l'on obtienne une rangée de points correspondant à chaque signal de modulation

d'entrée d'élément d'image. Chaque point est formé confor-

mément à un état EN ou HORS de chaque élément d'image

et correspond donc à une fonction de traitement d'infor-

mations importantes.

La figure 6 montre schématiquement la répar-

tition de la lumière réfléchie sur un plan contenant la pupille d'entrée de la lentille 14 de projection, espacé d'une distance finie du modulateur 13 de lumière

dans la direction de la réflexion.

Sur la figure 6, la référence numérique 21 désigne la répartition de la lumière réfléchie 17 dans l'état HORS du signal, c'est-à-dire le diagramme de diffraction de la lumière inutile, et la référence numérique 22 désigne l'image du filament de la source de lumière 11. La référence numérique 23 désigne la pupille d'entrée de la lentille 14 de projection et la référence numérique 24 désigne la répartition de

la lumière réfléchie dans l'état EN du signal, c'est-

à-dire le signal de modulation de la lumière utile.

La dimension des plaques 19 d'éléments d'ima-

ge à miroir ne permet pas de négliger la diffraction du faisceau lumineux incident par suite de la limitation

ou autre de leur agencement, et la forme de chaque élé-

ment d'image est un quadrilatère et, par conséquent, ce diagramme de diffraction s'élargit sous la forme

d'une croix dans la direction de chaque c6té du quadri-

latère, comme montré sur la figure 6. Comme indiqué précédemment, chaque plaque 19 d'élément d'image à miroir est abaissée dans la direction oblique, la charnière prévue à un angle du quadrilatère de la plaque 19 d'élément d'image étant utilisée comme axe de rotation, de sorte qu'il devient possible d'établir la lumière du signal de façon qu'elle ne recouvre pas la croix

du diagramme 21 de diffraction de lumière inutile.

L'abaissement de la plaque d'élément d'image à miroir

dans la direction oblique sera à présent décrit en détail.

Les figures 7A à 7D montrent les cas dans lesquels la partie 20 d'articulation est reliée à diverses parties de la plaque 19 d'élément d'image à miroir. Sur les figures 7A à 7D, la référence numérique 20a désigne l'axe de rotation de la charnière 20, et l'axe x est l'axe de coordonnées tracé dans la même direction que celle du balayage principal. Si l'axe de rotation est établi comme représenté sur les figures 7A et 7B (les cas des exemples de l'art antérieur), il est difficile de séparer le diagramme de diffraction de la lumière du signal de la croix du diagramme de diffraction de la lumière inutile, mais si l'axe de rotation est établi comme montré sur les figures 7C et 7D, il devient aisé

de séparer le premier du second comme décrit précédem-

ment. Autrement dit, si l'angle 9 formé entre l'axe de rotation et l'axe x est nul ou d'une valeur autre que 7/2, l'effet précité se produit plus ou moins et, en particulier, lorsque l'angle 9 est de n /4, on peut

s'attendre à ce que l'effet le plus important se produise.

En conséquence, si l'axe de rotation 20a est établi de façon que 0 = l/4, la séparation des deux lumières réfléchies devient la meilleure et la lumière diffractée 21, arrivant en tant que parasite à la pupille d'entrée

23, peut être très réduite.

Une réduction de cette lumière diffractée, arrivant comme parasite à la pupille d'entrée 23, est une adaptation qui est toujours rendue nécessaire par la limitation selon laquelle un grand angle de déviation des plaques 19 d'éléments d'image à miroir du modulateur

13 de lumière ne peut pas être assure.

Un autre facteur important pour réduire la lumière diffractée arrivant en tant que parasite à la pupille d'entrée, est de pouvoir réduire l'étendue du diagramme 21 de la lumière diffractée, mais l'étendue de ce diagrame 21 est en relation étroite avec la forme

du condenseur 12.

La forme du condenseur 12 d'éclairage peut être très plate car, comme montré sur la figure 4A, un certain nombre de plaques 19 d'éléments d'image du modulateur 13 de lumière sont disposées dans une direction horizontale et en deux rangées dans la direction verticale et il suffit donc d'appliquer un faisceau lumineux formé par une fente longue dans la direction latérale. Si, par contre, le condenseur 12 n'est pas plat, mais épais, une grande partie du faisceau lumineux arrivant au modulateur 13 de lumière est orientée dans une direction perpendiculaire à la direction du balayage principal et l'étendue et l'intensité du diagramme de diffraction deviennent importantes et, par conséquent, même si l'on choisit pour l'angle G une valeur optimale comme indiqué ci-dessus, il devient difficile de ne

prélever que le signal de modulation lumineux nécessaire.

En conséquence, il est préférable de réaliser le conden-

seur de façon qu'il soit plat.

De plus, en donnant également au condenseur 12 une forme plate, on obtient l'avantage important selon lequel le système optique est très compact dans

la direction de la hauteur..

Etant donné que le condenseur 12 et la len-

tille 14 de projection utilisés dans la présente inven-

tion sont réalisés de façon à être plats comme montré sur les figures 3A et 3B, le système optique peut être réalisé de façon à être compact dans la direction de

la hauteur. En particulier, le fait de réaliser la len-

tille 14 de projection afin qu'elle soit plate permet de donner des valeurs différentes au rapport d'ouverture, par rapport au modulateur 13 de lumière en tant que

source de lumière secondaire de la lentille 14 de pro-

jection, dans la direction du balayage principal et dans la direction du balayage secondaire, et la forme

de chaque point formant une image sur le tambour photo-

sensible 16 à travers la lentille 14 de projection est plus longue dans la direction du balayage secondaire que dans la direction du balayage principal, et ceci est préférable pour la qualité de l'impression ou de

l'image formée.

En outre, en disposant la lentille 14 de

projection sous une forme plate, parallèle à la direc-

tion latérale des éléments du réseau modulateur de

lumière, on aboutit à la possibilité de séparer et d'éli-

miner la composante de lumière diffractée inutile, consti-

tuant un parasite, tout en maintenant courte la distance comprise entre la lentille de projection et l'élément du réseau du modulateur de lumière, même lorsque la différence d'angle de réflexion et de déviation du réseau du modulateur de lumière, entre l'état EN et l'état HORS, peut ne prendre qu'une faible valeur, et ceci conduit, par suite, à un avantage selon lequel le système optique peut être réalisé de façon à être compact dans

sa direction latérale.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la forme des plaques d'éléments d'image à miroir portées par le modulateur de lumière n'est pas limitée à un quadrilatère, mais cette. forme peut être un losange,

un triangle ou une ellipse pour obtenir le même effet.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Système optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image, caractérisé en ce qu'il comporte un système optique (12) d'irradiation dont la forme est plate dans une direction de balayage principal, un modulateur électro-mécanique (13) de lumière comprenant un certain nombre d'éléments (19) irradiés par un faisceau lumineux incident, en forme de fente,

provenant d'une source (11) de lumière par l'intermé-

diaire du système optique d'irradiation, et capables de dévier le faisceau lumineux incident dans au moins deux directions en fonction d'un signal d'entrée, ces éléments étant agencés dans la direction du balayage

principal et chacun d'eux produisant des faisceaux lumi-

neux déviés en fonction du signal d'entrée, par change-

ment de la direction de déviation, un système optique (14) de projection étant destiné à projeter uniquement un faisceau lumineux nécessaire, parmi les faisceaux lumineux déviés, lequel faisceau lumineux nécessaire

est dévié dans au moins l'une desdites directions.

2. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des éléments du modulateur tourne autour d'un axe de

rotation afin de dévier le faisceau lumineux incident.

3. Système optique de balayage lumineux - selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle formé entre l'axe de rotation de chacun des éléments et la direction du balayage principal du réseau d'éléments

n'est pas égal à zéro:ni A l/2.

4. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme

du système optique de projection est plate dans la direc-

tion du balayage principal.

5. Système optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image, caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur électro-mécanique (13) de lumière comprenant un certain nombre d'éléments (19) irradiés par un faisceau lumineux incident provenant d'une source (11) de lumière et capables de dévier le faisceau lumineux incident dans au moins deux directions en fonction d'un signal d'entrée, les éléments étant agencés dans la direction du balayage principal et chacun des éléments produisant des faisceaux lumineux déviés en fonction du signal d'entrée, par changement de la

direction de déviation, un système optique (14) de projec-

tion étant destiné à projeter uniquement un faisceau lumineux nécessaire parmi lesdits faisceaux lumineux déviés, lequel faisceau lumineux nécessaire est dévié

dans au moins une desdites directions, la forme du sys-

tème optique de projection étant plate dans la direction

du balayage principal.

6. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des éléments du modulateur tourne autour d'un axe de

rotation afin de dévier le faisceau lumineux incident.

7. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle formé entre l'axe de rotation de chacun des éléments

et la direction du balayage principal du réseau d'élé-

ments n'est pas égal à zéro ni à n/2.