FR2625850A1 - Appareil optique a laser - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil optique à laser produisant deux faisceaux laser rapprochés. Il comporte deux blocs 1, 2 d'émission laser qui produisent des faisceaux laser 3, 4 passant successivement par des lentilles 5, un miroir polygonal tournant 7, et des lentilles 8 et 9 pour atteindre un élément photosensible 10 sur lequel ils effectuent un mouvement de balayage sous l'action du miroir tournant 7. Les deux sources d'émission 1, 2 sont placées l'une derrière l'autre, le faisceau de la source 2 passant à travers une partie de la source 1. Domaine d'application : imprimantes à laser rapides, etc.
Description
L'invention concerne un appareil optique à laser pouvant être utilisé avec
une imprimante à faisceau laser ou analogue, dans lequel un élément est balayé par un faisceau laser, et elle a trait plus particulièrement à un appareil optique a laser dans lequel l'élément est balayé
par plusieurs faisceaux laser.
Des progrès récents de la technique du laser ont rendu possible de lire ou d'enregistrer une image en balayant un élément avec un faisceau laser, comme c'est le cas dans une imprimante à faisceau laser ou analogue. On a considéré de balayer l'élément avec plusieurs faisceaux laser pour accroître la vitesse de balayage ou pour
superposer des images en une image combinée.
En référence d'abord à la figure 6 des dessins annexés décrits ci-après, celle-ci représente un exemple d'un tel appareil dans lequel l'élément est balayé par plusieurs faisceaux laser. L'appareil représenté sur la figure 6 est une imprimante d'un faisceau laser équipé d'un appareil optique 100 à laser. L'appareil optique à laser comprend une source de lumière qui est un dispositif laser He-Ne 101, un miroir polygonal tournant 102 destiné à dévier un faisceau laser émis par le dispositif laser 101, un tambour photosensible 103 qui reçoit le faisceau dévié par le miroir polygonal tournant 102 afin d'être balayé par ce faisceau, et un détecteur destiné à recevoir une partie du faisceau de balayage pendant chacun des balayages afin
de détecter le faisceau.
La projection du faisceau laser Ll provoque la formation d'une image latente électrostatique. Cette image est ensuite développée par des moyens de développement, non représentés, puis l'élément photosensible est encore exposé à un autre faisceau laser L2 et il est ensuite encore développé. L'appareil optique 100 à laser comprend en outre un modulateur A-8 104 qui sert à diviser un faisceau
laser unique en deux faisceaux qui sont modulés indépen-
damment l'un de l'autre. Le modulateur A-e 104 applique des ondes ultrasonores ayant des fréquences différentes pour produire des faisceaux de réfraction d'un ordre correspondant aux ondes respectives. Dans ce système, des limitations sont imposées à la fréquence de l'onde ultrasonore appliquée et au diamètre du faisceau produit par le dispositif laser He-Ne 101. De plus, l'angle entre les deux faisceaux est normalement de 5,6 mrad, environ, au maximum. Compte tenu de ceci, une lentille 105 modifie l'angle entre les deux faisceaux qui sont rendus parallèles. Les faisceaux sont
ensuite diriges sur le miroir polygonal tournant 102.
Par ailleurs, un laser à semi-conducteur, de faible dimension et moins coûteux, a été de plus en plus largement utilisé à la place du dispositif laser He-Ne. Il s'agit d'un appareil dans lequel l'élément photosensible est balayé par deux faisceaux laser, avec l'utilisation de
deux lasers à semi-conducteurs.
La figure 7 montre un exemple dans lequel les
lasers à semi-conducteur 106 sont disposés perpendiculaire-
ment l'un à l'autre, un miroir à prisme 108 étant utilisé pour établir un espace suffisant pour le montage des lasers à semi-conducteur 106, de leurs plaques de base, de leurs radiateurs thermiques (non représentés) et de leurs lentilles collimatrices 107. En utilisant le miroir à prisme 108, on peut rapprocher les deux faisceaux, ce qui permet de réduire l'épaisseur du miroir polygonal 109. Si les deux faisceaux laser arrivent sur l'objectif f-e 110 en des positions en dehors de son axe optique, les lignes de balayage sont incurvées et par conséquent, l'intervalle entre les deux faisceaux laser doit être faible. De ce point de vue, les faisceaux doivent également être proches l'un de l'autre. Sur cette figure, la référence numérique 111 désigne un tambour photosensible, la référence 112 désigne une feuille de papier d'enregistrement, la référence 113 désigne un premier faisceau d'émission et la
référence 114 un second faisceau d'émission.
Les deux faisceaux laser sont utilisés, dans la forme de réalisation précédente, pour combiner des images, mais il est possible de balayer l'élément devant être balayé à une vitesse plus élevée, par l'utilisation de
plusieurs faisceaux laser.
Par exemple, un miroir polygonal d'une imprimante à faisceau laser a vitesse extrêmement élevée, capable d'imprimer 100 feuilles (format A4) par minute, est
mis en rotation & une vitesse de plus de 30 000 tr/min.
Pour faire tourner de façon sûre le miroir polygonal à une vitesse aussi élevée, les paliers du moteur d'entraînement du miroir polygonal doivent être du type à air qui est coûteux. Cependant, si l'impression est effectuée avec trois faisceaux, la vitesse de rotation du moteur peut être d'un tiers de la précédente. Il est bien entendu que la vitesse d'impression de l'imprimante à faisceau laser est augmentée par l'utilisation de plusieurs faisceaux. Dans ce cas, les deuxième et troisième faisceaux doivent être projetés sur le tambour photosensible très près du premier faisceau et, par conséquent, les divers faisceaux doivent être très rapprochés les uns des autres. Ceci nécessite aussi l'utilisation d'un élément optique tel qu'un prisme
108 ou analogue, montré sur la figure 7.
L'appareil optique 100 à balayage laser utilisant le dispositif laser HeNe 101 et le modulateur A-8 104, tel que montré sur la figure 6, exige la présence d'une lentille 105 de séparation de faisceaux. Ceci pose également un problème par le fait qu'un dispositif laser He-Ne 101 et le modulateur A-e 104 sont coûteux et que
l'appareil optique de balayage est volumineux.
Par ailleurs, l'appareil de balayage optique 115 utilisant deux lasers a semi-conducteurs 106 en tant que source de lumière et un miroir à prisme 108 pour permettre une disposition rapprochée des deux faisceaux, comme montré sur la figure 7, nécessite une grande précision de montage du miroir à prisme 108, cette précision atteignant un degré tel que certaines mesures doivent être prises contre les vibrations pour limiter les écarts de positions non uniformes de la ligne de balayage pouvant être attribués à une transmission des vibrations du moteur ou analogues au miroir à prisme 108. Le miroir à
prisme 108 est également, en lui-même, coûteux.
L'invention a donc pour objet principal de proposer un appareil optique à laser dans lequel plusieurs faisceaux sont disposés à proximité étroite les uns des
autres, sans utilisation d'un élément optique spécial.
Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil optique à laser dans lequel on donne à plusieurs moyens d'émission laser des positions différentes
dans la direction des faisceaux laser emis.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil optique à laser selon une forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un bloc d'émission de faisceaux utilisé dans la forme de réalisation de la figure 1; la figure 3 est une vue arrière du bloc d'émisssion de faisceaux de la figure 2; la figure 4 est une coupe transversale à échelle agrandie du bloc d'émission de faisceaux montré sur les figures 2 et 3; la figure 5 est une vue en plan de dessus d'une imprimante comprenant un appareil optique à balayage laser selon une seconde forme de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue en perspective illustrant un appareil optique & laser classique; et la figure 7 est une vue en perspective d'un
exemple d'un appareil optique à laser.
En référence aux dessins, on décrira les formes préférées de réalisation de l'invention en utilisant les mêmes références numériques pour désigner les éléments exécutant des fonctions correspondantes sur les différentes figures. En référence à présent à la figure 1, celle-ci montre une imprimante à faiceau laser qui constitue un exemple d'appareil optique à laser selon une forme de réalisation de l'invention. L'appareil comprend des blocs 1 et 2 d'émission de faisceaux assumant la fonction d'une source de faisceau. Le bloc 2 d'émission de faisceau est disposé en arrière du bloc 1 d'émission de faisceau. Les blocs 1 et 2 d'émission de faisceaux produisent des faisceaux 3 et 4, respectivement. Les faisceaux émis 3 et 4 passent à travers des lentilles cylindriques 5. En aval de
la lentille cylindrique 5 par rapport au sens de déplace-
ment de la lumière, il est disposé un miroir polygonal 7 destiné à animer les deux faisceaux émis 3 et 4 d'un mouvement de balayage. Le miroir polygonal 7 est mis en rotation par un moteur d'entraînement 6. Il est disposé, en aval du miroir polygonal 7, des lentilles sphériques 8 et des lentilles toriques 9. Les faisceaux 3 et 4 sortant de la lentille torique 9 arrivent sur un tambour photosensible 10. Les figures 2, 3 et 4 illustrent en détail le bloc 1 d'émission de faisceau. En référence en particulier à la figure 4, un laser à semi-conducteur la est monté sur un élément lb de régulation de température destiné à refroidir le laser la à semi-conducteur, et l'élément lb de régulation de température est monté sur un radiateur thermique lc destiné à rayonner la chaleur. Sur la face arrière du radiateur thermique lc se trouve un substrat
électrique ld destiné à la commande du laser à semi-
conducteur la et du régulateur de température lb. La référence numérique le désigne un tube d'objectif destiné à l'objectif de collimation du faisceau provenant du laser à semi-conducteur la. Le tube le est supporté par une monture if afin de renfermer le laser à semi-conducteur la et
l'élément lb de régulation de température.
Pour permettre le passage du faisceau émis 4 provenant du bloc 2 d'émission de faisceau, le substrat électrique ld, le radiateur thermique lc et la monture if sont traversés de trous lh, lg et li, respectivement. Dans l'agencement décrit ci-dessus, le faisceau 3 est émis par le bloc 1 d'émission de faisceau et le faisceau 4 est émis par le bloc 2 d'émission de faisceau. Les faisceaux 3 et 4 sont dirigés vers le tambour photosensible 10 en passant par la lentille cylindrique 5, le miroir polygonal 7, la lentille sphérique 8 et la lentille torique 9. Le faisceau 4 émis par le bloc 2 d'émission de faisceau situé 'en arrière passe dans les trous lh, lg et li formés dans des positions proches du faisceau 3 émis par le bloc 1 d'émission de faisceau, afin que l'intervalle entre le
faisceau émis 3 et le faisceau émis 4 puisse être réduit.
En d'autres termes, les blocs d'émission de faisceaux sont disposés parallèlement entre eux et dans des positions différentes dans la direction des faisceaux émis, ce qui permet de rapprocher l'un de l'autre les deux faisceaux laser sans nécessiter l'utilisation d'un élément
optique spécial.
Etant donné que les positions des blocs 1 et 2 d'émission de faisceaux sont différentes dans la direction de leurs axes optiques, les chemins optiques ont des longueurs différentes. Par conséquent, il est préférable que les blocs d'émission de faisceaux produisent des
faisceaux laser collimatés.
Dans cette forme de réalisation, le bloc 1 d'émission de faisceau du côté avant, qui est plus proche du miroir polygonal, comporte une partie de transmission permettant la transmission du faisceau laser 4 produit par le bloc 2 d'émission de faisceau du côté arrière, ce qui permet de rapprocher davantage les deux faisceaux laser et d'utiliser un bloc d'émission de faisceau de grandes dimensions. La partie de transmission peut se présenter sous la forme d'un trou traversant le bloc pour des
considérations de facilité de fabrication.
Dans cette forme de réalisation, un plan contenant en commun les axes optiques des blocs 1 et 2 d'émission laser est perpendiculaire à la direction du balayage principal, c'est-à-dire un plan dans lequel les faisceaux sont déviés par le miroir polygonal. Ceci est réalisé de façon à aligner les positions dans lesquelles les écritures commencent dans la direction du balayage principal. Cependant, la direction n'est pas limitée à celle-ci si des détecteurs de signaux de synchronisation horizontale pour les faisceaux 3 et 4 sont placés dans des
positions appropriées différentes.
Dans cette forme de réalisation, les lentilles , 8 et 9 de formation d'image se présentent sous la forme d'une structure à deux étages afin d'empêcher l'apparition d'une courbure de la ligne de balayage, mais une lentille peut être utilisée pour chacune des lentilles 5, 8 et 9 de formation d'image si l'intervalle entre les faisceaux 3 et
4 est suffisamment faible.
Dans cette forme de réalisation, les trous de traversée lh, lg et li sont circulaires, mais ils peuvent être analogues à des fentes, à des rainures ou d'une autre
forme convenable.
En recouvrant le trou ou les trous d'un filtre ou de filtres gris neutre, on peut ajuster la quantité de lumière. En utilisant un élément de génération du deuxième harmonique, on peut régler la longueur d'onde lorsque la
source de lumière est un laser.
En référence à la figure 5, on décrira une autre forme de réalisation dans laquelle les axes optiques des blocs 1 et 2 d'émission de faisceaux ne sont pas perpendiculaires à la direction de la déviation des faisceaux laser produite par les moyens de déviation. La figure 5 est une vue en plan de dessus de cette forme de réalisation de l'appareil. Celui-ci comprend un miroir réfléchissant 11, des fibres optiques 12, un capteur 13 de réception de la lumière, un circuit de commande qui, en réponse à un signal provenant du capteur 14 de réception de la lumière, commande la synchronisation de la modulation effectuée par les blocs 1 et 2 d'émission de faisceaux, et
un boîtier du bloc optique 15 de balayage.
En référence a la figure 3, la description
portera sur la relation de positions entre le bloc 1 d'émission de faisceau et le bloc 2 d'émission de faisceau, en considérant comme point de référence un point 3a d'émission du faisceau 3 par le bloc 1 d'émission de faisceau. Un point 4a d'émission du faisceau 4 par le bloc 2 d'émission du faisceau est éloigné de lx du point de référence dans la direction X et de ly dans la direction Y. L'écart ly est détermine de façon que les deux faisceaux forment des images sous la forme de points continus ou
d'une ligne sur le tambour photosensible 10 par l'inter-
médiaire des lentilles 5, 8 et 9 de formation d'image et du miroir polygonal 7. En supposant, par exemple, que l'agrandissement de l'image produite par les lentilles 5, 8 et 9 de formation d'image est de 20 et que la résolution 1y' sur le tambour photosensible 10 est de 10/mm, on a alors: lY = (1/10) x (lx/20) = 5 (micromètres) La distance lx est limitée par le laser la à semi-conducteur contenu dans le bloc 1 d'émission de faisceau et par le tube le d'objectif collimateur et, plus
particulièrement, elle est limitée à environ 5 mm.
Si l'opération de balayage est effectuée à l'aide de cette structure, les positions dans lesquelles une ligne 24 écrite par le faisceau 4 et une ligne 23 écrite par le faisceau 3 commencent sont déviées. Pour éviter ceci, on peut prévoir des moyens à retard destinés à retarder la position de commencement d'écriture du faisceau 4. Un exemple des moyens à retard sera décrit. Le faisceau 3 provenant du bloc 1 d'émission de faisceau se déplace en passant par le miroir 7, les lentilles 5, 8 et 9 et le
miroir réfléchissant 11 pour atteindre le photocapteur 13.
Un signal du photocapteur 13 est transmis au circuit 14 de
commande en tant que signal de synchronisation horizontale.
Le circuit 14 de commande retarde la modulation du bloc 2 d'émission de faisceau pendant une période de temps correspondant à la distance de retard lx' afin d'aligner les positions de commencement d'écriture des faisceaux 3 et 4. Les écritures simultanées en utilisant deux
faisceaux 3 et 4 permettent de doubler la vitesse d'impres-
sion, et donc de fabriquer aisément une imprimante rapide.
Selon cette forme de réalisation; les éléments demandés pour le signal de synchronisation horizontale (le miroir réfléchissant 11, les fibres optiques 12, le capteur photosensible 13) sont constitués d'un seul bloc, ce qui permet de diminuer le nombre de pièces et donc le coût de l'appareil. Comme décrit, selon la présente invention, les divers faisceaux peuvent être rapprochés, ce qui élimine la nécessité d'un élément optique tel qu'un miroir à prisme coûteux ou analogue, et permet donc d'obtenir un appareil
de balayage optique d'une grande fiabilité et compact.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (16)
1. Appareil optique à laser, caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen (1) d'émission laser destiné à émettre un premier faisceau laser (3) , un second moyen (2) d'émission laser -destiné à émettre un second faisceau laser (4), des moyens communs (7) de déviation destinés à dévier les premier et second faisceaux laser, la direction dans laquelle le premier faisceau laser est
émis par le premier moyen d'émission laser étant sensible-
ment parallèle à la direction dans laquelle le second faisceau laser est émis par le second moyen d'émission laser, et les premier et second moyens d'émission laser étant placés dans des positions différentes dans les
directions des faisceaux laser.
2. Appareil selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que les premier et second moyens d'émission
laser émettent des faisceaux laser collimatés (3, 4).
3. Appareil selon la revendication 2, carac-
térisé en ce que les premier et second moyens d'émission laser constituent un bloc laser comportant des sources (la) des faisceaux laser et des moyens à objectif collimateur (le).
4. Appareil selon la revendication 3, carac-
térisé en ce que le second bloc laser est disposé en arrière du premier bloc laser, et le premier bloc laser comporte une partie (lh, lg, li) de transmission permettant la transmission,. à travers lui, du second faisceau laser
provenant du second bloc laser.
5. Appareil selon la revendication 4, carac-
térisé en ce que la partie de transmission est un trou de
traversée (lh, lg, li) formé dans le premier bloc laser.
6. Appareil selon la revendication 1, carac-
térisé en ce qu'il est utilisé dans une imprimante à faisceau laser, et le faisceau laser dévié par lesdits moyens de déviation balaie un élément photosensible mobile (10).
7. Appareil selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que les axes optiques des premier et second moyens d'émission laser sont perpendiculaires à un plan dans lequel les faisceaux laser sont déviés par lesdits moyens de déviation.
8. Appareil optique à laser, caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen d'émission laser (1) destiné à émettre un premier faisceau laser (3), un second moyen d'émission laser (2) destiné à émettre un second faisceau laser (4), des moyens communs (7) de déviation destinés à dévier les premier et second faisceaux laser, un boîtier (15) destiné à loger les moyens de déviation, les premier et second moyens d'émission laser étant montés sur le boîtier, appareil dans lequel la direction dans laquelle le premier faisceau laser est émis par le premier moyen d'émission laser est sensiblement parallèle à la direction dans laquelle le second faisceau laser est émis par le second moyen d'émission laser, et dans lequel le boitier comprend une première partie destinée à supporter le premier moyen d'émission laser et une seconde partie destinée à supporter le second moyen d'émission laser, les première et seconde parties de support étant placées dans des positions qui sont différentes dans les directions
d'émission des faisceaux laser.
9. Appareil selon la revendication 8, carac-
térisé en ce que le boîtier renferme des lentilles (5, 8, 9) destinées à former des images des faisceaux laser
déviés par lesdits moyens de déviation.
10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de déviation comprennent un miroir réfléchissant (7) qui peut tourner dans un sens, et les lentilles de formation d'image possèdent une
propriété f-e.
11. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les premier et second moyens d'émission laser émettent des faisceaux laser collimatés
(3, 4).
12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les premier et second moyens d'émission laser constituent un bloc laser comportant des- sources (la) des faisceaux laser et des moyens à objectif
collimateur (le).
13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le second bloc laser est disposé en arrière du premier bloc laser, et ledit premier bloc laser comporte une partie (lh, lg, li) de transmission permettant la transmission à travers lui du second faisceau laser
provenant du second bloc laser.
14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite partie de transmission est un
trou (lh, lg, li) de traversée formé dans le bloc laser.
15. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans une imprimante à faisceau laser et en ce que le faisceau laser dévié par les moyens de déviation balaie un élément photosensible mobile (10).
16. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les axes optiques des premier et second moyens d'émission laser sont perpendiculaires à un plan dans lequel les faisceaux laser sont déviés par
lesdits moyens de déviation.
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