JP2004155189A - Focusing system and method to be used for image formation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般的に画像形成システム(imaging system)に関し、特に比較的高出力の画像形成システム(relatively high power imaging systems)で使用するための画像形成用光学機器(imaging optics)に関する。 The present invention relates generally to imaging systems, and more particularly, to imaging optics for use in relatively high power relative imaging systems.
従来の画像形成システムは典型的に変調された照明場(modulated field of illumination)を発生するための変調された照明システム(modulated illumination system)と、該変調された照明場を画像形成面(imaging surface)へ印加するための光学的組立体(optical assembly)と、を含む。この様な照明システムはレーザー照明のライン(line of laser illumination)を提供するので、画像形成での効率用に、画像要素(画素)のラインは1度に画像形成される。該照明場は、該照明システムを選択的に制御する(例えば、特許文献1で開示される様に)か、又は該照明場を選択的に変調するための光変調器(light modulator)を使用することにより、変調されてもよい。該照明場を変調する照明システムでは一般的に比較的高電流が可成り高速度でオン、オフと切り替えられることが求められる。光変調器の使用は、該照明システムが比較的均一な照明場を提供することを可能にするが、それは該レーザーエミッター(laser emitter)が比較的均一な電力消費を示し、比較的均一な温度に保持されることを可能にすることに依っている。 Conventional imaging systems typically include a modulated illumination system for generating a modulated field of illumination, and an imaging surface for converting the modulated illumination field to an imaging surface. ) For assembling an optical assembly. Such illumination systems provide a line of laser illumination so that the lines of image elements (pixels) are imaged at one time for efficiency in imaging. The lighting field may selectively control the lighting system (eg, as disclosed in US Pat. No. 6,037,059) or use a light modulator to selectively modulate the lighting field. By doing so, it may be modulated. Illumination systems that modulate the illumination field generally require relatively high currents to be switched on and off at a fairly high speed. The use of light modulators allows the illumination system to provide a relatively uniform illumination field, but that the laser emitter exhibits a relatively uniform power consumption and a relatively uniform temperature. Depending on what can be kept.
該変調された照明場を画像形成面に印加するための光学的組立体は一般に、該変調された照明場を、ドラムの様な、画像形成面上に焦点合わせする(focus)画像形成用光学機器を有する。或るこの様な光学的組立体は更に自動焦点合わせ装置(automatic focusing apparatus)を有する。例えば、特許文献2はカラープルーフイング装置(color proofing apparatus)用画像形成システムを開示しているが、そこでは光学レンズ組立体(optical lens assembly)を通して書き込み要素(writing element)上に投射可能な第2光源が発生される。該第2光源は次いで該書き込み要素で反射され光検出器(photodetector)で受光される。次いで、1つの可動レンズ素子が、該光検出器で発生される信号に応じて該光学的組立体を自動焦点合わせするよう、調整される。特許文献2のシステムは染料昇華(dye sublimation)を含むカラープルーフイング装置なので、書き込み用第1光源の出力レベルは比較的低く、該書き込み面での少量の光の受光に応じて画像がプリントされる。結果として、該第2光源は、該第2光源が該書き込み面上に何等かの画像を形成されることを防止するために、該第1光源の波長と異なる波長でなければならない。又、何等かの望ましくない光(又はノイズ)が該光検出器により受けられるかも知れない。これは、該光学的組立体の光学レンズでの第2光の何等かの反射は該第2光の光路(path of the secondary light)に沿って該光検出器の方に戻るよう反射されるだろうからである。該第2光源は比較的少量の光を作るので、何等かのこの様な反射は、特に該第1光源が比較的高出力であるならば、該自動焦点合わせ組立体に有害に影響するかも知れない。又、出力(power)のみに応じる光検出器は修正距離の指示(indication of corrective distance)を提供するが修正方向(corrective direction)の指示は提供しない。 An optical assembly for applying the modulated illumination field to an imaging surface is generally an imaging optic that focuses the modulated illumination field on an imaging surface, such as a drum. Have equipment. Certain such optical assemblies also include an automatic focusing apparatus. For example, U.S. Pat. No. 6,037,086 discloses an image forming system for a color proofing apparatus, in which an image forming system is capable of projecting onto a writing element through an optical lens assembly. Two light sources are generated. The second light source is then reflected by the writing element and received by a photodetector. One movable lens element is then adjusted to autofocus the optical assembly in response to the signal generated at the photodetector. Since the system of Patent Document 2 is a color proofing device including dye sublimation, the output level of the first light source for writing is relatively low, and an image is printed in response to a small amount of light received on the writing surface. You. As a result, the second light source must be at a different wavelength than the wavelength of the first light source to prevent the second light source from forming any image on the writing surface. Also, any unwanted light (or noise) may be received by the photodetector. This means that any reflection of the second light at the optical lens of the optical assembly is reflected back to the photodetector along the path of the second light. It will be. Since the second light source produces a relatively small amount of light, any such reflections may adversely affect the autofocusing assembly, especially if the first light source is relatively high power. I don't know. Also, a photodetector that responds only to power provides an indication of the correction distance, but does not provide an indication of the corrective direction.
本発明の目的は自動焦点合わせを効率的で精確にもたらす光学的組立体を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an optical assembly that provides efficient and accurate autofocusing.
本発明のもう1つの目的は高出力画像形成システムで使用するための自動焦点合わせ光学的組立体を提供することである。 It is another object of the present invention to provide a self-focusing optical assembly for use in a high power imaging system.
本発明のもう1つの目的は感熱性媒体(thermally sensitive media)に画像形成するための感熱画像形成システム(thermal imaging system)の自動焦点合わせ光学的組立体を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a self-focusing optical assembly of a thermal imaging system for imaging thermally sensitive media.
本発明のもう1つの目的は出力には応じない焦点合わせセンサーを使用する自動焦点合わせ光学的組立体を提供することである。 It is another object of the present invention to provide an auto-focusing optical assembly that uses a focus sensor that is insensitive to output.
本発明のもう1つの目的は該焦点合わせセンサーに現れる望ましくない光(又はノイズ)が最小の自動焦点合わせ光学的組立体を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an auto-focusing optical assembly with minimal unwanted light (or noise) appearing on the focusing sensor.
本発明のもう1つの目的は修正距離のみならず修正方向の指示も供給する焦点合わせセンサーを有する自動焦点合わせ光学的組立体を提供することである。
実施例に依れば、本発明は、第1照明場(first illumination field)を作るための第1照明源(first illumination source)と、該第1照明場を変調するための変調システムと、そして該変調された照明場を画像形成面に導く光学的画像形成システムとを有する画像形成用システムと方法とを提供する。該光学的画像形成システムは実施例では第2照明場(second illumination field)を作るための第2照明源(second illumination source)を有する。又該光学的画像形成システムは該第2照明場が該画像形成面の1部で反射された後該第2照明場の拡散反射を受けるための、そしてセンサー出力信号を作るための、センサー組立体を有する。又該光学的画像形成システムは該センサーの出力信号に応じて少なくとも1つの光学レンズの位置を調節するための制御組立体(control assembly)を有する。更に進んだ実施例に依れば、本発明は、該第2照明場からの拡散(diffuse)(鏡面反射の反対の)照明の検出のみならず、モジュール式で独立に移動可能なビームスプリッター(modular and independently movable beam splitter)及びレンズ/クワッドセルセンサー部分的組立体(lens/quad cell sensor sub−assemblies)の使用、を提供する。 According to an embodiment, the present invention provides a first illumination source for creating a first illumination field, a modulation system for modulating the first illumination field, and An optical imaging system for directing the modulated illumination field to an imaging surface. The optical imaging system has a second illumination source for creating a second illumination field in embodiments. The optical imaging system also includes a sensor set for receiving the diffuse reflection of the second illumination field after the second illumination field is reflected off a portion of the imaging surface and for producing a sensor output signal. It has three dimensions. The optical imaging system also has a control assembly for adjusting the position of at least one optical lens in response to the output signal of the sensor. According to a further embodiment, the present invention is directed not only to the detection of diffuse (as opposed to specular) illumination from the second illumination field, but also to a modular, independently movable beam splitter ( The use of a modular and independent movable beam splitter and a lens / quad cell sensor sub-assembly is provided.
下記説明は付属する図面を参照すれば更に理解される。 The following description is better understood with reference to the accompanying drawings.
図1に示す様に、本発明の実施例に依る画像形成システムは赤外線{アイアール(IR)}レーザーエミッターの配列及び付随光学機器の様な比較的高出力の照明源10、1つ以上の対物レンズ(field lens)を有する対物レンズシステム12、光変調器14,画像形成用光学的組立体16,そして感熱性記録用媒体(thermally sensitive recording medium)を支持するための画像形成用ドラム(imaging drum)18を備える。一般に、照明場は望ましい画像を作るために該感熱性記録用媒体上に選択的に焦点合わせされる。該記録用媒体は、光に露光された時フイルムが画像形成されるのを防止する保護コーテイング(protective coating)を有する。該光から保護された記録用媒体(light protected recording medium)は感熱画像形成技術に依り画像形成用のしきい値出力レベルで選択的に感熱式に融除(ablated)される。
As shown in FIG. 1, an imaging system according to an embodiment of the present invention includes a relatively high
該照明源10は好ましい実施例では連続波エネルギーのライン(line of continuous wave energy)を発生し放射するレーザーダイオードエミッターの配列(array of laser diode emitters)を有する。該光変調器14は本実施例では反射型(reflective)で、反射格子光バルブ(reflective grating light valve){ジーエルブイ(GLV)}を含む。該ジーエルブイからの照明場の0次の回折(zero order diffraction)は画像形成光学機器16により該感熱記録用媒体上に画像形成される。より高次の回折画像(higher order diffraction images)は適当な光学的デバイス(示されてない)により阻止され、該画像形成照明場は該画像を該ジーエルブイから該画像形成光学的組立体を経由して該記録用媒体へ転送する。
The
第2光源からの照明場{焦点合わせ用照明場(focusing illumination field)}が、望ましくない誤りの信号の最小量の付随的発生のみで、自動焦点合わせ用組立体に経済的、効率的に使用されることが見出された。特に、もし該焦点合わせ用照明場が、該レンズの表面に対し法線となる(すなわち直角の)方向から該光学レンズ素子へ近づかないならば、該レンズ面からの何等かの反射光は、該焦点合わせ用照明が来る同じ光路に沿って戻るよう反射しないことが見出された。同様に、該焦点合わせ用照明場のみならず、該画像形成用照明場(imaging illumination field)も、該書き込み面(writing surface)に対し法線となる方向から該記録用媒体の書き込み面に近づかないよう設計されてもよい。もし該焦点合わせ用照明場が軸外れ方向から(from an off−axis direction)該レンズ素子及び該記録用媒体の書き込み面18に近づくなら、望ましくない反射信号23は該焦点合わせ用照明の光路と一致せず、従って、何等かの実質的量となって該センサーに達することはない。軸外れ画像形成場(off axis imaging field)を使うことは又該画像形成照明光路に沿う望ましくない反射信号25の存在を減じる。更に、該第1照明場の光路内に何等かのビームスプリッターを置かないことにより改良された結果が得られることが見出された。
An illumination field from a second light source {focusing illumination field} is used economically and efficiently in an autofocusing assembly with only minimal incidental generation of unwanted error signals. It was found to be done. In particular, if the focusing illumination field does not approach the optical lens element from a direction normal to (ie, perpendicular to) the surface of the lens, any reflected light from the lens surface will be: It has been found that the focusing illumination does not reflect back along the same optical path that comes. Similarly, not only the illumination field for focusing but also the illumination field for image formation (imaging illumination field) may approach the writing surface of the recording medium from a direction normal to the writing surface. It may not be designed. If the focusing illumination field approaches the lens element and the
本発明の実施例に依る軸外れ自動焦点合わせシステム(off axis automatic focusing system)が図1に示される。図1の該光学的組立体16で、画像形成照明場は、1対のレンズ20及び22の光路のみならず該レンズ20と22の間に位置付けられたピューピル(pupil)24をも通過する。該レンズ20及び22の各々は該画像形成照明場が通過するカーブした第1面を有する。焦点合わせ用照明場は第2光源26により作られ、コリメート用レンズ(collimating lens)28とビームスプリッター(beam splitter)30を通過する。該焦点合わせ用照明場は次いでミラー(mirrors)32と34により軸外れ方向から光学レンズ20の外縁(outer edge)の方へ導かれる。該レンズ20は該焦点合わせ用照明場を該ピューピル24を通らせ軸外れ方向から光学レンズ22の外縁の方へ導く。従ってレンズ20か22の何れかによるこの焦点合わせ用場の何等かの反射は、該焦点合わせ用照明場が来た光路に沿って戻るよう導かれることはない。又該レンズ22を戻るよう通過する何等かの反射光がレンズ20の方へ戻ることを防止するためにアイアール阻止空間フイルター(IR blocking spatial filter)21が使われてもよい。
An off-axis automatic focusing system according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. In the optical assembly 16 of FIG. 1, the imaging illumination field passes not only through the optical path of a pair of
該焦点合わせ用照明場の鏡面反射(specular reflection)は、該焦点合わせ用照明場の該書き込み面上への軸外れでの接近のために23で示す様に入射焦点合わせ用照明場から離れるよう導かれる。 The specular reflection of the focusing illumination field moves away from the incident focusing illumination field as shown at 23 for off-axis access of the focusing illumination field onto the writing surface. Be guided.
該焦点合わせ用照明場からの拡散光(diffuse light)が該画像形成面から発し、該拡散場(diffuse field)の1部は戻ってレンズ22,ピューピル24そしてレンズ20の方へ導かれる。該両レンズは該拡散場の戻り部分を捕捉し、該戻り部分はミラー34と32によりビームスプリッター30の方へ導かれ、そこで該戻り部分は波長フイルター(wavelength filter)36(例えば、アイアール阻止フイルター)の方へ向け直される。該戻り拡散場は、示される様に、発散のために、該第2光源26により作られた元の焦点合わせ用場より広くなっている。
Diffuse light from the focusing illumination field emanates from the imaging surface and a portion of the diffuse field is directed back toward
該波長フイルター36は該第2照明源26の予め規定された波長を有する光だけが該フイルター36を通過出来るようにする。該戻り拡散焦点合わせ用照明場は次いで円筒レンズ(cylindrical lens)38を通過し、クワッドセルレシーバー(quad cell receiver)40で受けられる。該円筒レンズ38は円いスポットを2つの直交楕円に変換する非点収差を導入する(introduces an astigmatism that transforms a round spot into two orthogonal ellipses)。該クワッドセルレシーバーは、図2に示す様に、該非点収差レンズの光軸に対し45度回転して位置付けられる。該クワッドセルレシーバー40は該戻り拡散焦点合わせ用照明場の位相に対応する(responsive to the phase of the returned diffuse focusing illumination field)。このため、該システムは、自動焦点合わせを達成するために該可動焦点合わせレンズが動かねばならない距離のみならず方向も決定する。
The
使用中、該センサー40に於ける該戻り拡散焦点合わせ用場の形状は、”A”で示す様に該レンズ22の位置と共に変化する。該クワッドセルレシーバー40のセンサーS1,S2,S3,そしてS4により受けられる該反射された焦点合わせ場の形状(shape of the reflected focus field)が図3で示されている。この形状は該画像形成システムの焦点距離が変化すると39A−39Cで示す様に変化し、特に、該焦点距離が、該焦点レンズ(focal lens)を該画像形成媒体の方へ又はそれから離れる方へ動かすことにより修正される必要があるかどうかにより異なる仕方で変化する。例えば、画像39Aは該焦点レンズが媒体の方へ動かされる必要があることを示し;画像39Bは該焦点レンズが媒体から離れるよう動かされる必要があることを示し;画像39Cは該システムが焦点に合っていることを示す。
In use, the shape of the return diffuse focusing field at the
特に、該システムは特定のアルゴリズムに従って該4つのセンサー出力信号を組み合わせる。図4はセンサー出力信号S1とS2の和について受信センサー信号(received sensor signal)(ボルトでの)対自動焦点合わせ位置(autofocus position)(ミリメートルでの)を示す。図5はセンサー出力信号S3とS4の和について受信センサー信号対自動焦点合わせ位置を示す。該システムはクワッドセルレシーバー出力信号S0をS0=[(S1+S2)−(S3+S4)]/[S1+S2+S3+S4]となるよう決める。該クワッドセルは該2つの楕円(39Aと39B)の間で、z方向で、丁度、該クワッドセルをヒット(hitting the quad−cell)する光円錐(light cone)の断面が円形(39C)となる場所に位置付けられる。x及びy方向でも該クワッドセルを丁度中央に置く(exactly centering)ことにより、各象限(quadrant)は同量の光を受け(バランスされた検出器)、該アルゴリズムに従うクワッドセルの出力はゼロとなる。もし該ドラムが焦点外れするなら、該クワッドセルは楕円により照明され、それはアンバランスの象限に帰着し、ゼロより大きいか又はゼロより小さい出力信号へ導く。その時制御器は、該焦点を該ドラム面上に戻すために該画像形成器(imager)内のレンズを動かす電圧を発生する。該クワッドセル検出器(quad−cell detector)の正規化された出力(normalized output)(S)は−1(例えば、水平の楕円)から1(例えば、垂直の楕円)まで及ぶ。グラフのSカーブ(s−curve)はドラムの焦点外れ(defocus)と正規化されたS型のクワッドセル信号の間の関係を提供し、−1から+1に及び、ドラムが焦点に合った時ゼロをクロスする。 In particular, the system combines the four sensor output signals according to a specific algorithm. Figure 4 illustrates the sensor output signals S 1 and the received sensor signals for the sum of S 2 (in volts) (received The: sensor Signal) versus autofocus position (autofocus position) (in millimeters). Figure 5 shows the received sensor signal to automatically focus position for the sum of the sensor output signal S 3 and S 4. The system determines the quad cell receiver output signal S 0 such that S 0 = [(S 1 + S 2 ) − (S 3 + S 4 )] / [S 1 + S 2 + S 3 + S 4 ]. The quad cell has a circular (39C) cross section of the light cone that hits the quad-cell between the two ellipses (39A and 39B) in the z-direction. Become a place. By exactly centering the quad cell in the x and y directions, each quadrant receives the same amount of light (balanced detector) and the output of the quad cell according to the algorithm is zero. Become. If the drum goes out of focus, the quad cell is illuminated by an ellipse, which results in an unbalanced quadrant, leading to an output signal greater than or less than zero. A controller then generates a voltage that moves a lens in the imager to return the focus on the drum surface. The normalized output (S) of the quad-cell detector ranges from -1 (eg, a horizontal ellipse) to 1 (eg, a vertical ellipse). The s-curve of the graph provides the relationship between drum defocus and the normalized S-shaped quad cell signal, ranging from -1 to +1 and when the drum is in focus Cross zero.
例えば、図6は出力信号S0について受信センサー信号対自動焦点合わせ位置(autofocus position)を示す。該Sカーブについての重要な要求はそれが特定範囲の焦点外れに対し妥当な量の線形性(reasonable amount of linearity)を示すことである。該自動焦点合わせビームが該画像形成面に該面の未露光領域で接触することを確実にするために、該形状(geometry)は、該画像形成ビームが該画像形成プレートに接触する前に該自動焦点合わせビームが該画像形成プレートに接触するよう選ばれるべきである。これは、該ドラムのスピン方向を斟酌して、該自動焦点合わせビームを、それが該画像形成ビームの下で該ドラムに接触するよう、位置付けることにより達成される。ドラム回転速度、閉ループシステムの応答時間他に基づくと、ドラム上の画像形成及び自動焦点合わせビーム間の空間的間隔、高さ(y次元)での約2ミリメートル、は従って妥当である。ヘッドは画像形成場焦点が丁度ドラム面上にあるように設置される。カーブしたドラム面のために、ドラム赤道に対する高さでの、該画像形成及び自動焦点合わせビーム間のオフセットも又、該画像形成及び自動焦点合わせビーム間の該z方向での軸方向シフトへ導く。 For example, Figure 6 shows the received sensor signal to the autofocus position (autofocus position) for the output signal S 0. An important requirement for the S-curve is that it exhibit a reasonable amount of linearity for a particular range of defocus. To ensure that the autofocusing beam contacts the imaging surface in an unexposed area of the surface, the geometry is adjusted before the imaging beam contacts the imaging plate. An autofocusing beam should be chosen to contact the imaging plate. This is achieved by taking into account the spin direction of the drum and positioning the autofocusing beam such that it contacts the drum below the imaging beam. Based on the drum rotation speed, the response time of the closed loop system, etc., the spatial spacing between the imaging and autofocusing beams on the drum, about 2 millimeters in height (y-dimension), is therefore reasonable. The head is installed such that the image forming field focus is exactly on the drum surface. Due to the curved drum surface, the offset between the imaging and autofocusing beam at a height relative to the drum equator also leads to an axial shift in the z-direction between the imaging and autofocusing beam. .
光学レンズ20はコリメート用レンズ(collimating lens)であり、それは該画像形成システムがテレセントリシテイ(telecentricity)を示すことをもたらす。テレセントリシテイは光線が入射面に対し法線となる時起こる。2重のテレセントリシテイ(dual telecentricity)を有する画像形成システムを備える利点は、焦点合わせ調整から回折次数(diffractive orders)を分離し、拡大率調整を分離することである。2重のテレセントリックな配置(dual telecentric arrangement)を用いると、該システムの拡大率(magnification)は、光変調器14,レンズ20か又は22のどちらか、或いは画像形成媒体18の動きに無感応である。従って、拡大率か焦点合わせか何れかは相互から独立に調整されてもよい。例えば、図1の”B”で示す様に、レンズ22の位置を調整することは該画像形成システムの焦点面の変化に帰着するが、拡大率の変化にはならない。
Optical lens 20 is a collimating lens, which results in the imaging system exhibiting telecentricity. Telecentricity occurs when light rays are normal to the plane of incidence. An advantage of having an imaging system with dual telecentricity is that it separates the diffractive orders from the focusing adjustment and separates the magnification adjustment. With a dual telecentric arrangement, the magnification of the system is insensitive to movement of the
該焦点合わせ用照明場が画像形成照明場に対し軸外れしているので、該センサーにより受光される該焦点合わせ用照明場の望ましくない反射量(例えば該レンズ及び書き込み面からの)は最小化される。更に、感熱性媒体は画像形成場の出力がしきい値を越える時のみ画像を記録するので、欲しない画像が該媒体上に記録されそうにはならない。これらの理由で、該焦点合わせ用照明場は、本発明の実施例では画像形成照明場の波長と同じの波長を有してもよい。 Because the focusing illumination field is off-axis with respect to the imaging illumination field, undesired reflections of the focusing illumination field received by the sensor (eg, from the lens and writing surface) are minimized. Is done. Further, since the thermosensitive medium records an image only when the output of the image forming field exceeds a threshold value, an unwanted image is unlikely to be recorded on the medium. For these reasons, the focusing illumination field may have the same wavelength as the wavelength of the imaging illumination field in embodiments of the present invention.
更に進んだ実施例では、該光学レンズ20及び22は各々がレンズ組立体を有してもよい。例えば、本発明のもう1つの実施例に依り、図7に示す様に、光学的画像形成システム50は固定又は可動レンズ56及び58のみならず可動レンズ組立体52及び/又は54を含んでもよい。レンズ組立体52はコリメート用レンズ組立体であり、レンズ組立体52又は54の何れかが上記で論じた様にセンサーの出力に応じて動かされることを可能にする。焦点合わせ用照明場は上記で論じた様に第2照明源により発生され、ピューピル62を通過する軸外れ光路(off−axis optical path)60に沿って画像形成媒体18の方へ導かれる。
In a further embodiment, the
図8に示す様に、本発明の更に進んだ実施例では、光学的画像形成システム70は可動レンズ組立体72のみならず、固定又は可動レンズ74−86を有してもよい。レンズ組立体80はコリメート用レンズ組立体であり、レンズ組立体72及び/又は80の何れかが上記で論じた様にセンサーの出力に応じて動かされることを可能にする。焦点合わせ用照明場は上記で論じた様に第2照明源により発生され、ピューピル90を通過する軸外れ光路88に沿って該画像形成媒体18の方へ導かれる。図8に示す実施例では、該画像形成照明場は光フアイバーケーブル92の束を経由して光学的システム70に提供され、その1つからの照明が図解目的で示されている。
As shown in FIG. 8, in a further embodiment of the present invention, the
本発明の自動焦点合わせシステムを使う画像形成システムの実施例では、画像形成ヘッドの書き込み面94に対する位置は、該画像形成場98の焦点96と該自動焦点合わせ場102の焦点100との間で、図9Aで示すz方向のオフセットCを提供する。該オフセットCは、例えば、−0.48mmであってもよい。本発明の自動焦点合わせシステムを使う画像形成システムのもう1つの実施例に依れば、該ドラム中心線に対し上記説明のシステム用とは異なる高さに配置された画像形成ヘッドを使うことが望ましいかも知れない。図9Bに示す様に、この様なシステムは画像形成面112上の自動焦点合わせ場110の焦点108から、例えば、0.41mmであってもよいDのオフセットだけオフセットされた画像形成場106の焦点104を使うかも知れない。
In an embodiment of the imaging system using the autofocus system of the present invention, the position of the imaging head relative to the writing
従って、該2つの画像形成システム間で切り替える時、該自動焦点合わせシステムは、C−D、例えば、約0.9mm、の可変オフセットを用立てるよう求められる。この0.9mmの軸方向の焦点シフトは自動焦点合わせリレー光学機器(autofocus relay optics)によりz方向で25倍に拡大され(リレー光学機器の長手方向拡大率)、この結果該クワッドセル検出器により有用な信号は作られない。この理由は、該2つの楕円とそれら間の有用な対称円スポット(two ellipses and the useful symmetrical round spot between them)は合計約0.90mm×25=22mmだけ該円筒レンズへより近くシフトされることである。もし第1画像形成システムからの該クワッドセル位置が第2画像形成システムで使われるなら、該クワッドセルは非常にぼやけた楕円を受光し、ドラムのランアウト(drum run−out)に敏感でなくなるが、何故ならば該クワッドセルを照明する円錐の形状がドラムのランアウトと共に著しくは変化しないからである。 Thus, when switching between the two imaging systems, the autofocus system is required to utilize a variable offset of CD, eg, about 0.9 mm. This 0.9 mm axial focus shift is magnified 25 times in the z-direction (longitudinal magnification of the relay optics) by autofocus relay optics, which results in the quad-cell detector. No useful signal is made. The reason for this is that the two ellipses and the useful symmetric circular spot between the two ellipses are shifted closer to the cylindrical lens by a total of about 0.90 mm × 25 = 22 mm. It is. If the quad cell location from the first imaging system is used in the second imaging system, the quad cell will receive a very blurred ellipse and will not be sensitive to drum run-out. Because the shape of the cone illuminating the quad cell does not change significantly with drum runout.
或る状況では種々の画像形成システムで同じ自動焦点合わせシステムを使うことが望ましいが、残念ながら該クワッドセルか又は該円筒レンズか何れかを動かすことが出来ないか又は望ましくないかも知れない。該クワッドセルだけを該2つの直交楕円が現れる範囲内へと該円筒レンズの方へ約22mmだけより近く動かすことはその問題を解決せず、何故ならば、(1)該楕円は余りに小さくなり整合により該クワッドセルをバランスさせることは非常に難しいか又は不可能になる;(2)該2つの直交楕円間のz方向範囲は余りに小さくなり(非常に圧縮されたSカーブ、余りに急峻な傾斜)、適当に作動する閉ループシステムを可能にしない;(3)上記で説明した該”Sカーブ”についての線形性要求は充たされない、からである。 In some situations it is desirable to use the same autofocusing system in various imaging systems, but unfortunately either the quad cell or the cylindrical lens may not be movable or desirable. Moving the quad cell only closer to the cylindrical lens by about 22 mm into the area where the two orthogonal ellipses appear does not solve the problem because (1) the ellipse is too small Matching makes it very difficult or impossible to balance the quad cell; (2) the z-direction extent between the two orthogonal ellipses is too small (very compressed S-curve, too steep slope) ), Does not allow for a properly operating closed loop system, since (3) the linearity requirements for the "S-curve" described above are not met.
本発明の更に進んだ実施例に依ると、図10に示す自動焦点合わせモジュールシステム(autofocus module system)が使用されてもよい。該モジュールシステムは同じ電子機器(例えば、レーザードライバー)と検出機構(例えば、クワッドセル)が種々の画像形成システムで使用されることを可能にし、両システム用のSカーブは傾斜と線形性範囲の意味で同じであるはずであり、該システムが互換性があることを可能にする。該自動焦点合わせモジュールシステムは、図10に示す様に、ビームスプリッターキューブ(beam splitter cube)122,その外面上にアイアール阻止フイルター126を有する平凸レンズ124、そして平凹レンズ128を備える第1部分組立体(first sub−assembly)120を具備する。又該自動焦点合わせモジュールシステムは図10に示す様にクワッドセル検出器134にセメント接合される円筒レンズ132を有する第2部分組立体(second sub−assembly)130を備える。光源136(オプションではレンズを含む)は、第1部分組立体120の方へ導かれる焦点合わせ用照明場を提供する。該円筒レンズ132は本発明の前の実施例に関連して上記で論じた様に光学的検出路内の非点収差を導入する。再び、2つの直交楕円間の変化が該クワッドセルにより検出され、上記で論じた数学的アルゴリズムを使用してSカーブが発生される。
According to a further embodiment of the invention, an autofocus module system as shown in FIG. 10 may be used. The modular system allows the same electronics (eg, a laser driver) and detection mechanism (eg, a quad cell) to be used in various imaging systems, and the S-curves for both systems have a slope and linearity range. Should be the same in a sense, allowing the system to be compatible. The autofocus module system comprises a first subassembly comprising a
該2つの部分組立体の使用は該自動焦点合わせシステムがコンパクトであるのみならず、種々の画像形成システムでの使用に好適なことで融通性があることも可能にする。本実施例では、該モジュールシステムはセメント接合されたビームスプリッター部分組立体と円筒レンズ/クワッドセル組立体とを有する。これらの部分組立体を種々のシステムの画像形成ヘッド内へ填らせるように、動作距離を短縮するためにビーム圧縮器(beam compressor)が使用されてもよい。ビーム圧縮器は、収束及び発散レンズ素子(positive and negative lens element)を含み、これら2つのレンズを、照明を検出路から分離する、必要なビームスプリッターと、一緒にセメント接合することにより実現される。このセメント接合は該モジュールを非常にコンパクトに、そして整合誤差に無感応に、する。ビームを折り畳むためのミラーは不要となり、該整合は、遙かに容易に、そして許容差(tolerances)に対してより鈍感に、する。 The use of the two subassemblies not only allows the autofocus system to be compact, but also allows it to be flexible and suitable for use in various imaging systems. In this embodiment, the module system includes a cemented beam splitter subassembly and a cylindrical lens / quad cell assembly. A beam compressor may be used to reduce the working distance so that these subassemblies can be loaded into the imaging head of various systems. The beam compressor comprises a positive and a negative lens element and is realized by cementing these two lenses together with the required beam splitter, which separates the illumination from the detection path. . This cementing makes the module very compact and insensitive to alignment errors. No mirrors are needed to fold the beam, making the alignment much easier and less sensitive to tolerances.
アイアール阻止フイルターの様な別の光学素子を使用する代わりに該セメント接合されたビームスプリッター部分組立体120の第1面上のアイアールコーテイング(IR coating)126を使用することは、1つの完全な部品が避けられるので該モジュールがよりコンパクトで、より低廉でそして整合に対しより鈍感になることを提供する。又この面上のアイアールコーテイングは該ドラムから後方散乱される有害な光から該クワッドセルを保護するのみならず、自動焦点合わせ照明ダイオード(autofocus illumination diode)の保護も行う。
Using an
又本発明の自動焦点合わせシステムは該自動焦点合わせ検出路から減結合(decoupled)された簡単化された自動焦点合わせ照明路を提供する。該自動焦点合わせ照明路は非常に直接的で、図11A及び11Bに示す様に該自動焦点合わせ光を光学的リレーシステム内に結合するためにミラーが使用されることを要しない。又該新システムはコリメート用レンズの使用も要せず、中間焦点合わせ(intermediate focus)の必要もないが、それは整合を遙かに容易にし、許容差に対しより鈍感にする。更に、該モジュールは作るのがより低廉であるが、部分的にはそれはより少ない光学素子しか含まないからである。 Also, the autofocus system of the present invention provides a simplified autofocus illumination path that is decoupled from the autofocus detection path. The autofocus illumination path is very direct and does not require that a mirror be used to couple the autofocus light into an optical relay system as shown in FIGS. 11A and 11B. Also, the new system does not require the use of collimating lenses and no need for intermediate focus, which makes alignment much easier and less sensitive to tolerances. Moreover, the module is cheaper to make, in part because it contains fewer optical elements.
特に、本発明の自動焦点合わせシステムを使う画像形成システムの実施例に依れば、自動焦点合わせ用照明場102の焦点100は図11Aに示す様に画像形成ドラムのドラム中心線140上の画像形成面94上にある。鏡面反射された自動焦点合わせ用照明場は142で示す様にドラムからの反射時該自動焦点合わせ照明路から離れるよう導かれる。該画像形成及び自動焦点合わせ場は水平のドラム中心線に平行である。該システムは又上記で論じたものと同様の画像形成場リレー光学機器144を有する。図11Bに示す様に、本発明の更に進んだ実施例に依る自動焦点合わせシステムを使う画像形成システムは該自動焦点合わせ用照明場110の焦点108が該画像形成ドラムのドラム中心線140の下の画像形成面112上にあることをもたらす。再び鏡面反射された自動焦点合わせ照明場は、146で示す様にドラムからの反射時該自動焦点合わせ照明路から離れるよう導かれる。
In particular, according to an embodiment of the imaging system using the autofocus system of the present invention, the
図11A及び11Bで示すシステムの何れに於いても該自動焦点合わせ検出路の方へ戻るよう反射される鏡面反射光(specular reflected light)142,146は存在せず、それは該自動焦点合わせ照明ビームが両方の場合に該ドラム中心線の遙か上又は下で該ドラムと接触するからである。急峻な入射角のために、直接反射された光はその開口数のリレー光学機器によっては集められ得ない(cannot be collected by the numerical aperture of the relay optics)。従って、該リレー光学機器により集められ、該クワッドセル上に焦点合わせされる光は該ドラム表面から純粋に散乱された光(purely scattered light){拡散され反射された光(diffused reflected light)}から成る。該ドラム内に発生されるスポットはランベルト源(Lambertian source)として光を放射する独立光源と考えられてもよい。これは該自動焦点合わせシステムの整合を遙かにより信頼性のあるものにするが、それは露光されるプレートのカラーが問題とならないからである。反射光と散乱光の間の比はプレートカラーと共に変化し該Sカーブに影響するかも知れない。 In any of the systems shown in FIGS. 11A and 11B, there is no specular reflected light 142, 146 reflected back toward the autofocus detection path, which is the autofocus illumination beam. In both cases contacts the drum well above or below the drum centerline. Due to the steep angle of incidence, directly reflected light cannot be collected by the relay optics of its numerical aperture (cannot be collected by the numerical aperture of the relay optics). Thus, light collected by the relay optics and focused on the quad cell is derived from purely scattered light {diffused reflected light} from the drum surface. Become. The spot generated in the drum may be considered as an independent light source that emits light as a Lambertian source. This makes the alignment of the autofocus system much more reliable, since the color of the exposed plate is not a problem. The ratio between reflected and scattered light varies with plate color and may affect the S-curve.
スペックル(speckle)は典型的に照明システム設計での障害を表す。スペックルは検出器のSN比を制限する望ましくない副作用であり、コヒーラント光(coherent light)が粗な面(rough surface)(少なくとも光の波長の尺度で粗な)により反射された時起こる干渉(interference)により作られる。該干渉パターンは該クワッドセル上に現れ、ドラムが焦点を通過時該検出器上を任意に(arbitrarily)移動する。この信号の寄与は非常に大きいのでそれは該システムの性能を完全に破壊し得る。該スペックルは赤の照明レーザーが焦点が合う時現れるので、それらは、例えば、閉ループシステムの追跡点(tracking point)が配置されるべき、丁度、最も急峻な傾斜と線形性の範囲の領域に、図12Aに示す様に、キング(kings)150として該Sカーブ148内に現れる。従ってこの領域内では追跡は不可能である。
Speckle typically represents an obstacle in lighting system design. Speckle is an undesired side effect that limits the signal-to-noise ratio of a detector, the interference that occurs when coherent light is reflected by a rough surface (at least coarse on a wavelength scale of the light). interference). The interference pattern appears on the quad cell and moves arbitrarily over the detector as the drum passes the focal point. Because the contribution of this signal is so large, it can completely destroy the performance of the system. Since the speckles appear when the red illumination laser is in focus, they are, for example, just in the region of the steepest slope and linearity range where the tracking point of the closed loop system is to be located. , As shown in FIG. 12A, as
この問題の可能な解決策は該ドラム上で該照明スポットを焦点外しする(defocus)ことである。これは該光の空間的コヒーランスを、該光が拡散的に後方散乱される時に、破壊する。その増大したスポットサイズを該ドラムから該クワッドセル上へリレーすることは該クワッドセル上での楕円のぼやけへ導き、性能(Sカーブの傾斜)の低下に帰着する。しかしこの影響は、該自動焦点合わせ光学機器が設計される時、該スポットサイズを、例えば、30−50マイクロメートルに調整することにより斟酌されてもよい。該スペックル152を該Sカーブ154の線形傾斜範囲(追跡点範囲)からそれらが無害な範囲内へ動かすために該照明レーザーを焦点外しすることは図12Bに示す様に自動焦点合わせシステムをセットアップする中での最後の整合過程であってもよい。或る自動焦点合わせシステムでは、該モジュラーが整合された後該照明レーザーを焦点外しすることが難しいかも知れず、それは該焦点外しを達成するためにコリメート用レンズが動かされねばならないからである。該照明路(前のモジュールについての検出路に於ける様に)での1:25の高い縮小比のために、スポットサイズの巨視的変化を達成するにはコリメート用レンズの大きな移動が必要であり、移動範囲外に出る可能性がある(possibly running out of travel)。
A possible solution to this problem is to defocus the illumination spot on the drum. This destroys the spatial coherence of the light as it is diffusely backscattered. Relaying the increased spot size from the drum onto the quad cell leads to blurring of the ellipse on the quad cell, resulting in reduced performance (slope of the S-curve). However, this effect may be accounted for when the autofocus optics is designed by adjusting the spot size to, for example, 30-50 micrometers. Defocusing the illumination laser to move the
本発明の実施例に依る自動焦点合わせシステムはz方向にレーザーダイオードを単に動かすことにより該ドラム上の照明スポットを焦点外しすることを可能にする。この理由は該照明光路と該検出光路とがセメント接合されたビームスプリッターキューブ組立体により減結合されているからである。該照明及び検出光路は平凸レンズとビームスプリッターキューブのみを共有するが、該検出光路のみの部分である該平凹レンズは共有しないのである。結果として、2つの異なる拡大率が存在するが、1つは該照明光路用であり、1つは検出光路用である。新照明光路での長手方向拡大率は1:1であり、該レーザーダイオードを動かす時該スポットサイズが妥当な仕方で変化することを保証するが、必要な検出感度(necessary detection sensitivity)(Sカーブ傾斜)を達成するために該検出光路での25:1の高拡大率は依然保持される。 An automatic focusing system according to an embodiment of the present invention makes it possible to defocus the illumination spot on the drum by simply moving the laser diode in the z-direction. This is because the illumination light path and the detection light path are decoupled by a cemented beam splitter cube assembly. The illumination and detection optical paths share only the plano-convex lens and the beam splitter cube, but do not share the plano-concave lens, which is the only part of the detection optical path. As a result, there are two different magnifications, one for the illumination light path and one for the detection light path. The longitudinal magnification in the new illumination light path is 1: 1 to ensure that the spot size changes in a reasonable way when the laser diode is moved, but with the required detection sensitivity (S-curve). The high magnification of 25: 1 in the detection beam path to achieve tilt) is still retained.
従って、本発明の実施例に依る、本発明の該自動焦点合わせシステムは、該円筒レンズ及び該クワッドセルに妥協した該部分組立体がz方向で別々に動くこと、をもたらしている。結果として、画像形成システム間で切り替える時、行われねばならない整合の変化は、該照明光路での下記変化と該検出光路での変化のみである。該照明光路で、該レーザーダイオードはz方向に約0.9mmだけ動かされるが、それは1つの画像形成システムでもう1つより約0.9mmだけ遠くにある該ドラム上の焦点を動かすためである(該照明光路での1:1の拡大率)。 Thus, according to an embodiment of the present invention, the autofocusing system of the present invention provides that the cylindrical lens and the quad cell compromised sub-assemblies move separately in the z-direction. As a result, when switching between imaging systems, the only alignment changes that must be made are the following changes in the illumination light path and changes in the detection light path. In the illumination beam path, the laser diode is moved in the z-direction by about 0.9 mm, because in one imaging system the focus on the drum is about 0.9 mm farther than the other. (1: 1 magnification in the illumination light path).
図13A及び13Bで示す様に、自動焦点合わせ検出システムの該円筒レンズとクワッドセルの部分組立体は、該自動焦点合わせシステムが種々の画像形成システムで使われるのを可能にするために、例えば、図13BでEで示される距離だけ、動かされてもよい。特に、図13Aに示す該検出システムは焦点100から拡散光160の戻り部分を受け、該受けた光を、リレー光学機器144と該ビームスプリッター部分組立体120とを経由して該レンズとクワッドセルの部分組立体130へ伝送する。図13Bで示す該検出システムは該焦点108から拡散光162の該戻り部分を受け、該受けた光をリレー光学機器144と該ビームスプリッター部分組立体120を経由して該レンズとクワッドセルの部分組立体130へ伝送する。種々の画像形成システムを用立てるために、該レンズとクワッドセルの部分組立体120は、図13Aに示す該ビームスプリッター部分組立体に対するその位置に対して図13Bに示す様に距離Eだけ動かされてもよい。従って、該検出光路では、該円筒レンズ及び該クワッドセルに妥協する該部分組立体は、0.9mmのドラムシフトの結果としての該クワッドセルでの焦点シフトを補償するために(ビーム圧縮器の縮小の寄与を斟酌して)、例えば、約14mmだけz方向に動かされねばならない。この配置は両画像形成システム用での同じ楕円サイズ及び距離へと導く。
As shown in FIGS. 13A and 13B, the cylindrical lens and quad cell subassembly of the autofocus detection system can be used to enable the autofocus system to be used in various imaging systems, for example. , May be moved a distance indicated by E in FIG. 13B. In particular, the detection system shown in FIG. 13A receives a return portion of diffused light 160 from the
本発明の光学的画像形成システムは好ましくは、画像がドラムの外面により支持される媒体上へ転送されるように、外部ドラムイメージセッター又はプレートセッター(external drum imagesetter or platesetter)で使用されるのがよい。又本発明の画像形成システムはプリンテイングプレスのプレートシリンダー(plate cylinder of printing press)上に照明ラインを直接投射するダイレクトツープレス画像形成(direct−to−press imaging)で使用されることも出来る。この場合、該画像形成システムは該プリンテイングプレスの各ステーションで繰り返される。更に、ヘッドは上記説明の応用品で最適に使用されるが、一方それは内部ドラム又はキャプスタン様式のイメージセッター又はプレートセッター(internal drum or capstan style imagesetter or platesetter)で使用されてもよい。 The optical imaging system of the present invention is preferably used on an external drum imagesetter or platesetter so that the image is transferred onto media supported by the outer surface of the drum. Good. The image forming system of the present invention can also be used in direct-to-press imaging, in which an illumination line is directly projected onto a plate cylinder of printing press. In this case, the image forming system is repeated at each station of the printing press. Further, while the head is optimally used in the applications described above, it may also be used with an internal drum or capstan style imagesetter or platesetter.
当業者は上記開示した実施例に多くの変型と変更が行われ得るがそれらは本発明の精神と範囲を離れるものでないことを評価するであろう。 Those skilled in the art will appreciate that many variations and modifications can be made to the embodiments disclosed above without departing from the spirit and scope of the invention.
上記図面は図解目的用としてのみ示されており、尺度合わせされてはいない。 The drawings are shown for illustrative purposes only and are not scaled.
10 照明源
12 対物レンズシステム
14 光変調器
16 画像形成用光学用組立体
18 画像形成用ドラム
20 レンズ
22 レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (20)
第2照明場を作るための第2照明源と、
前記第2照明場を、前記第1光路と異なり、かつ、前記第1光路と平行でない第2光路に沿って該画像形成面の方へ導くための第1部分組立体とを具備しており、前記第1部分組立体はビームスプリッターと少なくとも1つのレンズとを有するビームスプリッター部分組立体を備えており、そして前記画像形成システムは又、
該画像形成面からの前記第2照明場の部分を受けるための第2部分組立体を具備しており、前記第2部分組立体はレンズと、センサー出力信号を作るためのセンサーとを備えており、そして前記画像形成システムは更に、
前記センサー出力信号に応じて該光学的画像形成システムの焦点を調節するための制御組立体を具備することを特徴とする該画像形成システム。 A first illumination source for creating a first illumination field, a modulation system for modulating the first illumination field, and optics for guiding the modulated illumination field along a first optical path to an imaging surface. An image forming system having a dynamic image forming system,
A second illumination source for creating a second illumination field;
A first subassembly for directing the second illumination field along the second optical path different from the first optical path and not parallel to the first optical path toward the image forming surface. The first subassembly comprises a beam splitter subassembly having a beam splitter and at least one lens, and the imaging system also comprises:
A second subassembly for receiving a portion of the second illumination field from the imaging surface, the second subassembly including a lens and a sensor for producing a sensor output signal. And the image forming system further comprises:
The imaging system further comprising a control assembly for adjusting the focus of the optical imaging system in response to the sensor output signal.
第2照明場を作るための第2照明源と、
前記第2照明場を、前記第1光路と異なり、かつ、前記第1光路と平行でない第2光路に沿って該画像形成面の方へ導くための第1部分組立体と、を具備しており、前記第2照明場は該画像形成面に対し法線でない方向から該画像形成面に接触するよう配置されており、そして前記画像形成システムは又、
該画像形成面からの前記第2照明場の拡散反射された照明の部分を受けるための第2部分組立体を具備しており、前記第2部分組立体はレンズと、センサー出力信号を作るためのセンサーとを備えており、そして前記画像形成システムは更に、
前記センサー出力信号に応じて該光学的画像形成システムの焦点を調節するための制御組立体を具備することを特徴とする該画像形成システム。 A first illumination source for creating a first illumination field, a modulation system for modulating the first illumination field, and optics for guiding the modulated illumination field along a first optical path to an imaging surface. An image forming system having a dynamic image forming system,
A second illumination source for creating a second illumination field;
A first subassembly for guiding the second illumination field along the second optical path different from the first optical path and not parallel to the first optical path toward the image forming surface. The second illumination field is arranged to contact the imaging surface from a direction that is not normal to the imaging surface, and the imaging system also includes:
A second subassembly for receiving a diffusely reflected portion of the second illumination field from the imaging surface, the second subassembly for producing a lens and a sensor output signal. And the image forming system further comprises:
An imaging system comprising: a control assembly for adjusting a focus of the optical imaging system in response to the sensor output signal.
第2照明場を作るための第2照明源と、
前記第2照明場を、前記第1光路と異なり、かつ、前記第1光路と平行でない第2光路に沿って該画像形成面の方へ導くための光学的組立体と、を具備しており、前記第2照明場は該画像形成面に対し法線でない方向から該画像形成面に接触するよう配置されており、そして前記画像形成システムは又、
該画像形成面からの前記第2照明場の拡散反射された照明の部分を受けるためのセンサー組立体を具備しており、前記センサー組立体はセンサー出力信号を作るためのセンサーを備えており、そして前記画像形成システムは更に、
前記センサー出力信号に応じて該光学的画像形成システムの焦点を調節するための制御組立体を具備することを特徴とする該画像形成システム。 A first illumination source for creating a first illumination field, a modulation system for modulating the first illumination field, and the modulated illumination field along a first optical path to an imaging surface; An optical imaging system for directing an illumination field to contact the imaging surface from a direction that is not normal to the imaging surface, wherein the imaging system comprises:
A second illumination source for creating a second illumination field;
An optical assembly for guiding the second illumination field along the second optical path different from the first optical path and not parallel to the first optical path toward the image forming surface. The second illumination field is arranged to contact the imaging surface from a direction that is not normal to the imaging surface, and the imaging system also includes:
A sensor assembly for receiving a diffusely reflected portion of the second illumination field from the imaging surface, the sensor assembly including a sensor for producing a sensor output signal; And the image forming system further comprises:
An imaging system comprising: a control assembly for adjusting a focus of the optical imaging system in response to the sensor output signal.
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