JP2005208642A - ビームからビームへの並列均一性補正 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチ・ビーム走査システムにおける、ビームからビームへの強度の非均一性を調整する。
【解決手段】 光源のアレイであって、光源の各々が、対応する光ビームを生成するための校正された均一性値でプログラムされたプログラマブルなドライバを持つ、光源のアレイ、光検知器のアレイ、光ビームを、光検知器アレイの上に偏向するためのビーム・スプロリッタ、および、各々の光ビームに対して、プログラマブルなドライバを用いて高速／低速走査方向でのビーム出力強度を同時に調整するためのフィードバック・ループのアレイであって、プログラマブルなドライバの各々が、光検知器アレイを、参照ソースとして用いて、光源のアレイによって生成された、並列的なビームからビームへの出力補正を調整する、フィードバック・ループのアレイ、を備えるマルチ・ビーム走査システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は全体として、光画像形成の分野に関連する。より詳細には、本発明はゼログラフィー・プリンタに関連し、より詳細には、工程制御エレクトロニクスを用いることによってその出力がビーム強度変動によって補正される、面発光型半導体レーザー(ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting laser)アレイを持つゼログラフィー・プリンターに関連する。

ポリゴン・ラスタ出力スキャナ(ＲＯＳ)プリンタは一般的に、変調レーザ光源、ポリゴン走査ビーム・デフレクター、レンズとミラーの光学システム、ゼログラフィック・マーキング・エンジン、および、プリンタの作動を制御するためのエレクトロニクス、から成る。ＲＯＳは、画像を移動する光受容部表面の上に書き込むために、光学走査システム内に配置される。ＲＯＳシステムにおいて、変調されたビームは、回転するポリゴン・ミラーの面の上に向けられる。このポリゴン・ミラーは次に、反射されたビームを、光受容部表面に亘って掃引する。各々の掃引は、ラスタ・ラインを、ビデオ信号画像の線形なセグメントに露呈する。

しかし、回転するポリゴン・ミラーの使用は、いくつかの固有の問題を露呈する。光受容部表面に亘るビーム走査のバウとウォッブル(bow and wobble)は、ミラーの不完全性に起因し、或いは、ミラーのわずかなミス・アングリングさえにも起因し、或いは、ポリゴン・ミラーの回転の不安定性による。これらの問題は一般的に、光源と回転ポリゴン・ミラーの間に、及び、回転ポリゴン・ミラーと光受容部表面との間に、複雑で、正確で、高価な光要素を必要とする。更に、光学的に複雑な要素が、ＲＯＳの画像形成光学系の焦点距離の変化を引き起こす屈折率誤差(dispersion)を補償するためにも必要とされる。

変調レーザ光源は、面発光型半導体レーザー(ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting laser)アレイから成り立ち得る。ＶＣＳＥＬアレイは、個々のレーザ・ソースの、１次元アレイか、２次元アレイかのいずれかであり得る。ＶＣＳＥＬアレイ内の夫々の個々のレーザ・ソースは、ＶＣＳＥＬアレイの駆動回路に加えられた映像データ情報に応答して移動する光受容部上の対応するエリアを露光するためのビームを生成するために使用され得る、対応する素子回路を持つ。光受容部は、プロセス方向(process direction)に前進させられて、ＶＣＳＥＬアレイから渡された(delivered from)ビームからビームへの露光によって発生された順次走査線の形成によって所望の画像を提供する。

複数ビームＲＯＳシステムにおける、現在のビームからビームへの均一性補正は、全てのビームの間で１つの光検知器および１つのループ・バックシステムを多重する。これは、各ビームを順次選択して、そのビームについての光検知器の出力を、「参照」と比較して、選択されたビームの出力強度を増加させるか減少させるかを決定することによって実現される。この順次検知および出力調整工程には、ビームあたり数マイクロ秒かかる。高性能マルチ・ビームＲＯＳシステムにおいて、ビームからビームへの均一性補正は、走査線当りの各ビームに対して細かく調整される必要がある。複数のビームを生成するための２次元アレイを採用するＶＣＳＥＬ・ＲＯＳシステムにおいて、順次的なビームからビームへの均一性補正には、数百マイクロ秒だけかかり得る。この均一性補正スキームは、それが、ビームの順次的(sequential)多重を、高速／高性能プラットフォームに対して使用不可能にするだけの、印刷されるべき各ラインに対する遅延時間の総量を持つ。

マルチ・ビーム走査システムにおける、ビームからビームへの出力の非均一性を調整するための電子−光システムが開示される。電子−光システムは、光ビームのＮ×Ｍアレイと、光検知器のＮ×Ｍアレイからなり、光学手段が光ビームを、光検知器アレイの上に偏向させる。各光ビームについての均一性値についてプログラムされ、フィードバック・ループのＮ×Ｍアレイを持つ、プログラマブル・レーザ・ドライバのＮ×Ｍアレイからなる回路が用いられて、プログラマブル・レーザ・ドライバを通じて、各ビームの出力強度が調整される。ここで、各プログラマブル・レーザ・ドライバは、複数の非線形入力が加算された(summed with)光検知器アレイを用いて、ビームからビームへの出力均一性補正を調整する。

それぞれの光源がプログラマブルな参照メカニズム、または、光ビームの対応する出力強度を生成するために、対応する光ビームを生成するための均一性値(uniformity values)でプログラムされたドライバを持つ光源のアレイを備えるマルチ・ビーム走査システムが記載される。マルチ・ビーム走査システムは、光ビームを、光検知器アレイの上に偏向させるためのビーム・スプリッタを備え、フィードバック・ループのアレイは、プログラマブルな参照メカニズムまたはドライバを用いることによって、各光ビームに対する高速／低速走査方向の出力強度を同時に調整する。各プログラマブルなドライバは、光検知器アレイ上の光検知器を、光源のアレイから生成された、ビームからビームへの均一性の並列補正(parallel beam to beam uniformity correction)を調整するための参照ソースとして用いる。

図面は、スケーリングされておおらず、説明の目的のみに使用される。
ここで、図１に対して参照が為される。ここで、光源10を持つＲＯＳ印刷システムの概略図が示される。光源は、１次元アレイか、２次元アレイかの、光源のいずれかで有り得、各高源は、不揃いの出力強度の光ビームを生成する。ここに示される光源10は、面発光型半導体レーザー(ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting laser)の２次元Ｎ×Ｍレーザ・アレイ10であり、全ての放射は通常、同じ波長で、同じ偏波状態である。ＶＣＳＥＬのＮ×Ｍアレイ10内の個々のＶＣＳＥＬｓ12は、各走査平面方向において垂直および水平に配列され、個々のＶＣＳＥＬｓ12の間において、中心から中心への等しい間隔を持つ。ＶＣＳＥＬのＮ×Ｍアレイ10は、１つの実施例においてモノリシックでありうる。ここで、「Ｎ」および「Ｍ」は、２次元アレイを記述するための、ゼロより大きい整数値の何らかの組み合わせであり得る。

図１に示されるＲＯＳ印刷システムの線投射機構(line projection architecture)に戻る。ここで、ＶＣＳＥＬｓ12はそれぞれ、コリメータ・レンズ60を通じてビーム14を放射する。ここで、ビーム14は、ビーム・スプリッタまたはミラー16を通過し、次に、プリ・ポリゴン・レンズ・システム23を通過する。レンズ・システム23は、ビーム14の焦点を絞って、制御されたエネルギー分配ビーム25にする。これは、回転するポリゴン・スキャナ70の鏡状の面27から反射される。ポリゴン70の回転によって、光ビーム25は、各々の照射された面27から反射されて、一連のポスト・ポリゴンレンズ15および19のそれぞれを通過し、ビーム25を、光受容器20の表面に亘って走査する。

図２を参照する。ここには、ビームからビームへの均一性に対する順次補正を用いた遅延時間の総量を示す、先行技術のタイミング図が示される。マルチ・ビームＲＯＳシステムにおけるビームからビームへの均一性補正は、全てのビームの間で１つの光検知器と１つのループ・バック・システムを多重(multiplexes)する。これは、各ビーム32を順次的に選択し、そのビームに対して、光検知器の出力を「参照」と比較して、選択されたビーム32における出力強度を増加するか、減少するかを判断することによって実現され得る。図２に示されるように、順次的検知および出力調整の工程には、ライン同期(line synchronization)30中の、ビームからビームへの補正に対して１００マイクロ秒より多くの時間がかかり得る。望ましいことは、並列検知および出力調整スキームである。図３に示されるように、並列の、ビームからビームへの均一性補正を用いることで、時間40が、ライン同期作動30中に全てのビーム38について校正して調整するときに、個々のＶＣＳＥＬビーム14に対する出力補正を調整する時間に削減される。

図１に戻る。ここで、各々の個々のＶＣＳＥＬ12からの個々のビーム14は、ビーム・スプリッタ16によって分割されて、光検知器42を有する光検知器平面64の上に受容させるための画像形成レンズ62を通過させるためのビーム18を生成する。光検知器平面64は、ＶＣＳＥＬのＮ×Ｍアレイ10の上の対応するＶＣＳＥＬｓ12に調和(match)させるためにＮ×Ｍアレイに配列された光検知器42を持つ。Ｎ×Ｍアレイ10内の全てのＶＣＳＥＬｓはここで、並列して、同じ時間に、光検知器平面64の上でアドレス指定され得る。各光検知器42の出力はここで、ＶＣＳＥＬアレイ10からのビーム14に対応する各ビーム18に対して、所定の選択されたＶＣＳＥＬ12に対する出力強度を増加させるか、減少させるかを決定するための、「参照」として使用され得る。

図５は、図１に示される構成を用いた、Ｎ×Ｍアレイ・ビームのＶＣＳＥＬのＲＯＳに対して、並列に、ビームからビームへの均一性および出力補正を校正し、提供するための、単純化された回路図である。以下は、並列の、ビームからビームへの均一性補正(parallel beam to beam uniformity correction)について、マルチ・ビームのＶＣＳＥＬアレイ10を校正するために使用され得る実施例における１つの方法である。校正値を得るために用いられる１つの方法は、最初に、全てのビーム32を「ＯＮ」とし、図５に示されるスイッチＳ１（44）をクローズするものである。次に、光検知器平面64における各ビーム18の強度が、プログラマブルな均一性制御参照メカニズム(uniformity control reference mechanism)またはドライバの使用を通じて、光受容器20の表面の上のノミナルの値に対して、マニュアルで、或いは、自動的に校正される。プログラマブルな均一性制御参照メカニズムまたはドライバは、１つの実施例において、生成される、各対応する光ビームの強度を変化させるための、各光源への電流の総量を変化させる、「８」ビットのデジタルからアナログの(Ｄ to Ａ)変換器28であり得る。光検知器42が使用されて、対応するビーム14に対する各ビーム18の出力パワー強度が測定される。それ故、各ＶＣＳＥＬ12は、それらが全て等しい強度であるように、各ビーム14の強度を均一に調整するために用いられる、対応する校正されたＤ／Ａ変換器47を持つ。

各ビームに対応する、校正された均一性値(uniformity values)は、不揮発性のメモリ位置に記憶され得る。図４は、長期パワー補償のための補正係数曲線の１つの例を表すグラフを示し得る。ここで、均一性値は、所定の間隔(intervals)における、ＶＣＳＥＬｓ12の長期のエージングを補償するために修正され得る。これは、マシン・セットアップ時間中の周期テストを通じて、あるいは、長期パワー補償を補償するために、均一性値に時間で変動する経験的に／数学的に導かれた係数を乗算することによって、決定され得る。補正係数は、校正工程の一部分として、そして、下記に説明するような実時間作動のために、Ｄ／Ａ変換器内でも具体化され得る。

実時間作動のために図５を参照する。ここで、各ビームに対する校正された均一性参照値は、マシン・セットアップ時間中に、各ビームに対して、これらの値を、Ｄ／Ａ変換器28から47にロードすることによって設定される。次に、スイッチＳ１(44)が、各ＶＣＳＥＬ12に対して同時に閉じられ、ビームからビームへの均一性補正に対して閉ループを確立する。加算アンプ46は、光検知器42からの値を用いて、それを、Ｄ／Ａ変換器の各々に記憶された、異なった参照値と加算する。走査ライン当り、１サイクル期間≒２Ｕ秒以下、だけ専用とすることによって、並列のビームからビームへの均一性補正が実現される。より詳細には、このサイクル中に、全てのビームが「ＯＮ」にされ、閉ル−プが自動的に、各ビームの光強度を修正して、参照値の強度と調和(match)させる。これは、光ビームの出力調整に対する、存在する順次／シリアルのアプローチを、受け入れられない、ライン当り数百Ｕ秒のレベルから、ライン当り約２Ｕ秒(２Ｕsec)以下(これによって、非常に高いパフォマンスの画像形成アプリケーションにおける、管理可能なオーバヘッドが提供される)に、減少させる。

高速／低速の走査方向における、実時間の並列の、ビームからビームへの出力補正に対して、実施例における以下の方法が実施され得る。上述のように、各ビームに対する参照値は、マシン・セットアップ時間中に、均一性値をＤ／Ａ変換器28にロードすることによって設定される。次に、スイッチＳ１(44)を閉じて、走査ライン当り１つのサイクル期間(≒２Ｕ秒以下)を、並列のビームからビームへの静的出力補正に対する専用期間とすること(即ち、Smile52訂正値の新しい値を、対応する入力にロードすること)によって閉ループが再度確立される。

図５に示されるように、高速／低速の走査方向における実時間／ダイナミックの出力補正50は、他の入力を、加算アンプ48に駆動することによって具体化され得る。これらの入力は、ビーム強度を、静的或いはダイナミックに変調(modulating)することによって補正され得る、Droop54または他のシステムの非線形(一つあるいはそれ以上の)56に類する変動を表し得る。

面発光型半導体レーザー・アレイを用いたＲＯＳ印刷システムの概略図である。 ビームからビームへの均一性に対する順次的な補正を用いた遅延時間の総量を説明する、従来技術のタイミング図である。 ビームからビームへの並列均一性補正を用いた遅延時間の総量を示すタイミング図である。 長期出力補償について使用され得る補正係数曲線を示すグラフである。 図１に示されたＲＯＳ印刷システムでの面発光型半導体レーザー・アレイに対する並列的なビームからビームへの均一性および出力の補正を校正し、提供するための単純化された回路図である。

符号の説明

10 光源
12 ＶＣＳＥＬｓ
14 ビーム
15 ポスト・ポリゴンレンズ
16 ビーム・スプリッタまたはミラー
18 ビーム
19 ポスト・ポリゴンレンズ
20 光受容器
23 プリ・ポリゴン・レンズ・システム
25 制御されたエネルギー分配ビーム
27 鏡状の面
42 光検知器
60 コリメータ・レンズ
62 画像形成レンズ
64 光検知器平面
70 ポリゴン・スキャナ

Claims (8)

1. 光源のアレイであって、当該光源の各々が、対応する光ビームを生成するための校正された均一性値(calibrated uniformity values)でプログラムされたプログラマブルなドライバを持つ、光源のアレイ、
   光検知器のアレイ、
   前記光ビームを、前記光検知器アレイの上に偏向するためのビーム・スプロリッタ、
   および、
   各々の前記光ビームに対して、前記プログラマブルなドライバを用いて高速／低速走査方向でのビーム出力強度を同時に調整するためのフィードバック・ループのアレイであって、前記プログラマブルなドライバの各々が、前記光検知器アレイを、参照ソース(reference source)として用いて、光源の前記アレイによって生成された、並列的なビームからビームへの出力補正を調整する、フィードバック・ループのアレイ、
   を備えるマルチ・ビーム走査システム。
2. プログラマブルなドライバに記憶された所定の校正値を用いた光源のアレイから複数の光ビームを生成するステップ、
   光検知器のアレイを有する光検知器平面の上で受け取るために、ビーム・スプリッタを通じて前記複数の光ビームを分割するステップ、
   光検知器を用いて各光ビームに対する出力パワーを測定するステップ、そして、
   前記光ビームの各々に対する強度を、前記プログラマブルなドライバを用いるフィードバック・ループのアレイを通じて、高速／低速走査方向において同時に調整するステップであって、各プログラマブルなドライバが、前記光検知器アレイを参照ソースとして用いて、光源の前記アレイによって生成されたビームからビームへの出力補正を調整するものである、
   を含む方法。
3. スマイル入力(smile input)を用いた前記プログラマブルなドライバによって前記ビーム出力強度を調整するために、前記光源の各々に流入する電流の総量(amount)を変更するステップ、
   を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記フィードバック・ループのアレイが更に、
   ドゥループ入力(droop input)を用いて、前記プログラマブルなドライバによって、前記ビーム出力強度を調整するために、各々の前記光源に流入する電流の総量(amount)を変更すること、
   を含む、請求項３に記載の方法。
5. システム振動入力(system vibration input)を用いた前記プログラマブルなドライバによって、前記ビーム出力強度を調整するために、各々の前記光源に流入する電流の総量を変更するステップ
   を更に含む請求項３に記載の方法。
6. システムの非線形入力を用いた前記プログラマブルなドライバによって、前記ビーム出力強度を調整するために、各々の前記光源に流入する電流の総量を変更するステップ
   を更に含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記ビーム出力強度を静的に調整するために、各々の前記光源に流入する電流の総量を変調(modulating)するステップ、
   を更に含む、請求項３に記載の方法。
8. 前記ビーム出力強度を動的(dynamically)に調整するために、各々の前記光源に流入する電流の総量を変調(modulating)するステップ、
   を更に含む、請求項２に記載の方法。

Images