JP4505134B2 - ラスタ出力走査（ｒｏｓ）式像形成システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムの高さを低くすることにあり、一層詳しくは、本発明は、ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムにおいて多数の、より短い焦点距離のウォブル(Wobble)補正光学要素を使用してＲＯＳ高さを低くすることにある。
【０００２】
【従来の技術】
情報を再生するためにレーザを利用している印刷システムは、この技術分野では周知である。プリンタは、代表的には、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）を使用して光受容体の荷電部分を露光し、その上に静電気潜像を記録する。一般に、ＲＯＳは、モノクロ光の平行化された光ビームを発生するためのレーザを有する。このレーザ光ビームは、外部の音響光学変調器あるいは内部レーザ・ダイオード駆動の電子装置によって画像情報データ流と一致させて変調される。変調した光ビームは、レンズを通して走査要素、代表的には、多数のミラー面すなわちファセットを有する回転ポリゴン上へ送られる。
【０００３】
光ビームは、ファセットで反射され、感光性媒体上の「スポット」に合焦させられる。ポリゴンの回転は、スキャン方向（すなわち、ライン・スキャン（主走査）方向）において光受容体を横切ってスポットを走査させる。その間、光受容体は、スキャン方向に対して直角な低速クロススキャン（副走査）方向において走査速度よりも比較的ゆっくりと前進させられる。こうして、光ビームは、ラスタ走査パターンで光受容体記録媒体を走査する。光ビームは、入力画像情報シリアル・データ流に従って強度変調され、その結果、データ流によって表される画像の個々の画素（「ピクセル」）が光受容体上で露光され、潜像を形成する。次いで、この潜像が、紙のような適当な画像受領媒体に転写される。
【０００４】
ラスタ出力スキャナ・ベースの印刷システムは周知であるが、このような印刷システムを小さいスペースにまたはデスク上に据え付けるのは難しい。その１つの理由は、ラスタ出力スキャナの光学的横断面積にある。この光学的面積は、障害物がなく、荷電した光受容体を適切に照明することができなければならないので、印刷システムを小さくするのを妨げている。光学的横断面積を小さくするようにラスタ出力スキャナを設計できれば、非常に有効である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来技術タイプのＲＯＳシステムの走査用光学素子をコンパクトに設計して、できる限り機械そのものをコンパクトにし、同じＲＯＳ設計を多くのマシン・アーキテクチャに敷衍できると望ましい。
【０００６】
効率を向上させ、光路長を短縮し、できる限り少ない光学要素を使用してＲＯＳシステムのハードウェア、組み立て、位置合わせにかかるコストを低減できると望ましい。
【０００７】
図１の代表的な従来技術ラスタ出力式走査システム１０は、ポリゴンミラー前の光学セクション１２と、複数の反射性ファセット（ミラー面）１６を包含する回転ポリゴンミラー走査要素１４と、回転ポリゴンミラーのウォブル（Wobble：回転に伴う振動によるゆらぎ）を補正し、光受容体２０上に走査線に沿って光ビームを合焦させるポリゴンミラー後の光学セクション１８とからなる。
【０００８】
レーザ・ダイオードのような光源２２が、単一波長の変調したコヒ―レント光ビーム２４を放射する。光ビーム２４は、画像出力制御回路２６から光源２２まで送られるビデオ信号に含まれる画像情報データ流と一致させて変調される。
変調した光ビーム２４は、スキャン平面およびクロススキャン平面の両方においてコリメート用レンズ２８によって平行化される。
【０００９】
平行化された光ビーム２４は、クロススキャン円柱レンズ３０によって合焦される。レンズ３０は、クロススキャン平面において円柱状であり、スキャン平面において平らである。したがって、このレンズは、光ビーム２４のクロススキャン部分を収束して回転ポリゴンミラー１４の反射性ファセット１６に合焦させるが、光ビーム２４が反射性ファセット１４に入射したときに光ビーム２４のスキャン部分を平行化状態に留めることができる。
【００１０】
ポリゴンミラー前の光学セクション１２にある光学要素は、通常、コリメート用レンズ２８およびクロススキャン円柱レンズ３０だけである。
ポリゴンミラー１４は、当業者にとって公知の普通のモータ（図示せず）によって回転軸線まわりに回転させられる。
【００１１】
ファセット１６で反射された光ビーム２４は、スキャン平面においてはなお平行状態であるが、クロススキャン平面においては発散している。反射性ファセット１６で反射した後、次いで、光ビームは、ポリゴンミラー後の光学セクション１８を通過する。この光学セクション１８は、ｆ−θ走査レンズ３２とアナモルフィック・ウォブル補正レンズ４０からなる。
【００１２】
ｆ−θ走査レンズ３２は、負の平球形レンズ３４、正の平球形レンズ３６およびクロススキャン円柱レンズ３８からなる。ｆ−θ走査レンズのこの構成は、線形走査光ビームを生成するのに充分な負のひずみを有する。光ビームは一定の角速度で回転ミラーから偏向され、それをｆ−θ走査レンズが光学的に修正して一定の速度で表面を走査させる。
【００１３】
ｆ−θ走査レンズ３２は、スキャン平面における光ビーム２４を光受容体２０上の走査線４２上へ合焦させる。ｆ−θ走査レンズ３２は、スキャン平面においてのみ光学パワーを有し、したがって、ｆ−θ走査レンズ３２がクロススキャン平面における光ビーム２４の発散に影響することはない。
【００１４】
ｆ−θ走査レンズ３２を通過した後に、光ビーム２４は、ウォブル補正アナモルフィック・レンズ要素４０を通過する。このウォブル補正光学要素は、レンズまたはミラーであってよく、時に「運動補正光学素子」と呼ばれる。この光学要素４０の目的は、ポリゴンミラー／モータ組立体における精度の悪さによって発生する、走査線に沿ったウォブルを補正することにある。
【００１５】
ウォブル補正レンズ４０は、クロススキャン平面における光ビームを光受容体２０上の走査線４２上へ合焦させる。ウォブル補正レンズ４０はクロススキャン平面においてのみ光学パワーを有するので、このウォブル補正レンズ４０がｆ−θ走査レンズ３２からのスキャン平面における光ビーム２４の収束に影響することはない。
【００１６】
光路長、したがって、回転ポリゴンＲＯＳの全サイズは、ポリゴン上へ、それ故、走査線上へ光ビームを合焦させるのに使用されるレンズの焦点距離によって主として決まる。
【００１７】
図２に示すように、クロススキャン平面内の側面図において、光ビーム２４は、ポイント４４としてポリゴンミラー１４のファセット１６から反射される。光ビーム２４は、次に、ｆ−θ走査レンズ３２を通って光路４８に沿って発散角度４６で発散することになる。ｆ−θ走査レンズ３２はスキャン平面においてのみ光学パワーを有するので、ｆ−θ走査レンズ３２がクロススキャン平面における光ビーム２４の発散に影響を与えることはない。光ビーム２４は、ウォブル補正レンズ４０まで発散し、次に、ウォブル補正レンズ４０が、光受容体２０上の走査線４２上のポイント５２に、クロススキャン平面において収束角度５０で光ビーム２４を合焦させる。光受容体２０のところのポイント５２は、ウォブル補正光学要素４０からの焦点距離５４、すなわち、光学要素４０からポイント５２までの距離のところにある。光ビーム２４は、ウォブル補正光学要素４０において光路４８に沿ったその最大発散状態でポリゴンミラー後の光学素子１８においてその最大高さ５６にある。
【００１８】
ＲＯＳ光学系１０の全高要件は、代表的には、ウォブル補正光学要素の解像度および焦点距離次第である。換言すれば、光受容体２０上のスポット４８から後方に作用するとき、光ビーム２４は、ウォブル補正光学要素４０に到達するまではスポット・サイズに従って収束する。この収束角度およびウォブル補正光学要素に出会うまで光ビームが移動する距離は、ウォブル補正光学要素での光ビームの高さを決定する。光ビームは、ポリゴンミラーからウォブル補正レンズまで発散し、次いで、ウォブル補正レンズから光受容体まで収束する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、２つの短焦点距離ウォブル補正光学要素は、ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムの高さを低くする。ウォブル補正光学要素は、２つのレンズまたは２つのミラーであるのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図３を参照して、ここには、本発明の一実施例として、ウォブル補正光学要素１００が示してある。
光ビーム１０２は、ポイント１０８としてポリゴンミラー１０６のミラー面すなわちファセット１０４で反射される。ファセット１０４から反射した光ビーム１０２は、スキャン（主走査）平面において平行化され、クロススキャン（副走査）平面において、ウォブル補正光学要素１００の第１ウォブル補正レンズ１１４まで光路１１２に沿って発散角度１１０で発散する。
【００２１】
第１ウォブル補正レンズ１１４は、実質的にクロススキャン平面において光ビーム１０２を平行化する。第１ウォブル補正レンズ１１４は、クロススキャン平面においてのみ光学パワーを有するので、ウォブル補正レンズ１１４が、ポリゴンミラーファセット１０４からのスキャン平面における光ビーム１０２の平行化に影響することはない。
【００２２】
第１ウォブル補正レンズ１１４を通過した後、光ビーム１０２は、スキャン平面およびクロススキャン平面の両方において、ｆ−θ走査レンズ１１６までの光路１１２に沿って実質的に平行化される。
【００２３】
ｆ−θ走査レンズ１１６は、負の平球形レンズ１１８、正の平球形レンズ１２０およびクロススキャン円柱レンズ１２２からなる。ｆ−θ走査レンズのこの構成は、線形走査光ビームを生成するのに充分な負のひずみを有する。
【００２４】
ｆ−θ走査レンズ１１６は、スキャン平面において、光ビーム１０２を光受容体１２８上の走査線１２６上のポイント１２４に合焦させる。ｆ−θ走査レンズ１１６はスキャン平面においてのみ光学パワーを有するので、ｆ−θ走査レンズ１１６が、クロススキャン平面において光ビーム１０２の実質的な平行化に影響することはない。
【００２５】
ｆ−θ走査レンズ１１６を通過した後、光ビーム１０２は、ウォブル補正光学要素１００の第２ウォブル補正レンズ１３０を通過する。第２ウォブル補正レンズ１３０は、クロススキャン平面において光ビーム１０２を光受容体１２８上の走査線１２６上のポイント１２４に収束角度１３２で合焦させる。第２ウォブル補正レンズ１３０は、クロススキャン平面においてのみ光学パワーを有するので、ウォブル補正レンズ１３０が、ｆ−θ走査レンズ１１６からのスキャン平面における光ビーム１０２の収束に影響することはない。
【００２６】
第１ウォブル補正レンズ１１４および第２ウォブル補正レンズ１３０は、本発明のウォブル補正光学要素１００を形成する。ｆ−θ走査レンズ１１６およびポリゴンミラー１０６、光受容体１２８間のウォブル補正レンズ１００は、ポリゴンミラー後の光学素子１３４を形成する。
【００２７】
ポリゴンミラー１０６上のポイント１０８は、第１ウォブル補正レンズ１１４の焦点距離１３６のところ、すなわち、ポリゴンミラーから第１ウォブル補正レンズまでの距離のところにある。光受容体１２８のところにおけるポイント１２４は、第２ウォブル補正光学レンズ１３０からの焦点距離１３８、すなわち、第２ウォブル補正レンズから光受容体までの距離のところにある。
【００２８】
図３に示すように、光ビーム１０２は、その実質的に平行化された経路に沿った第１ウォブル補正レンズ１１４のところおよび第２ウォブル補正レンズ１３０のところにおける光路１１２に沿ったその最大発散状態でポリゴン後の光学素子１３４におけるその最大高さ１４０にある。２つのウォブル補正レンズでの光ビームの高さは、従来技術による単一のウォブル補正レンズでの光ビームの高さよりも、２〜４またはそれ以上の因数分だけかなり低い。２つのウォブル補正レンズの焦点距離１３０、１３２は、従来技術による単一のウォブル補正レンズの焦点距離よりも２〜４またはそれ以上の因数分だけかなり短い。
【００２９】
所与の解像度のＲＯＳ光学システムの高さは、単一のウォブル補正光学要素を２つの短焦点距離要素に分割することによってかなり低くされる。ｆ−θ走査レンズは、２つのウォブル補正レンズ間の光路内に位置する。
【００３０】
光源およびポリゴン前の光学素子は、わかりやすくするために図３に示していない。光源、ポリゴン前の光学素子および本発明の回転ポリゴンミラーは、図１の従来技術と同じである。本発明のｆ−θ走査レンズおよび光受容体も、また、図１の従来技術と同じである。これにより、異なったマシン・アーキテクチャにも本発明の機構を敷衍することが可能になり、そして、本発明を既存のマシン・アーキテクチャに置いて改良することが可能になる。
【００３１】
ウォブル補正光学要素は、２つのミラーであってもよく、ラスタ出力走査光学システムの高さを低くすることができる。
【００３２】
図４、５に示すように、高さを低くしたウォブル補正光学要素として２つの透過レンズと２つの反射ミラーとを使用することの主要な差異は、ＲＯＳ光学システムが本発明の高さ低減特徴を保持することになっている場合に、透過性光学要素が直線の光路を可能にするのに対して、反射性光学要素が角度を持った光路を必要とするという点である。
【００３３】
図４に示すように、光ビーム２００は、回転ポリゴンミラー２０４のファセット２０２から反射し、ウォブル補正光学要素２０８の第１ウォブル補正ミラー２０６で反射される。第１ウォブル補正ミラー２０６から反射した後、光ビーム２００は、ｆ−θ走査レンズ２１０を透過し、ウォブル補正光学要素２０８の第２ウォブル補正ミラー２１２で反射する。第２ウォブル補正ミラー２１２から反射した後、光ビーム２００は、光受容体２１８上の走査線２１６上のポイント２１４に合焦させられる。光受容体に対するポリゴンミラー、２つのウォブル補正ミラー間の光ビーム２００の光路２２０は、ジグザグ・パターンまたはＺパターンを形成する。
【００３４】
図４のウォブル補正光学要素２０８の第１ウォブル補正ミラー２０６は、透過するというよりもむしろ反射するという点を除いて、図３のウォブル補正光学要素１００の第１ウォブル補正レンズ１１４と同じ光学特性を有することになる。図４のウォブル補正光学要素２０８の第２ウォブル補正ミラー２１２は、透過するというよりはむしろ反射するという点を除いて、図３のウォブル補正光学要素１００の第２ウォブル補正レンズ１３０と同じ光学特性を有する。図４のｆ−θ走査レンズ２１０は、図３のｆ−θ走査レンズ１１６と同じ光学特性をもつことになる。
【００３５】
図５において、光ビーム３００は、回転ポリゴンミラー３０４のファセット３０２から反射し、ウォブル補正光学要素３０８の第１ウォブル補正ミラー３０６で反射することになる。第１ウォブル補正ミラー３０６で反射した後、光ビーム３００は、ｆ−θ走査レンズ３１０を通って透過し、ウォブル補正光学要素３０８の第２ウォブル補正ミラー３１２で反射する。第２ウォブル補正ミラー３１２から反射した後、光ビーム３００は、光受容体３１８上の走査線３１６上のポイント３１４に合焦する。光受容体形態に対するポリゴンミラー、２つのウォブル補正ミラー間の光ビーム３００の光路３２０、半円形パターンまたはＣ字形パターンとなる。
【００３６】
図５のウォブル補正光学要素３０８の第１ウォブル補正ミラー３０６は、透過するというよりもむしろ反射するという点を除いて、図３のウォブル補正光学要素１００の第１ウォブル補正レンズ１１４と同じ光学特性を有する。図５のウォブル補正光学要素３０８の第２ウォブル補正ミラー３１２は、透過するというよりもむしろ反射するという点を除いて、図３のウォブル補正光学要素１００の第２ウォブル補正レンズ１３０と同じ光学特性を有する。図５のｆ−θ走査レンズ３１０は、図３のｆ−θ走査レンズ１１６と同じ光学特性を有することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のラスタ出力走査（ＲＯＳ）光学システムの概略側面図である。
【図２】図１の従来技術ラスタ出力式走査システムのウォブル補正レンズを示す概略側面図である。
【図３】本発明のラスタ出力式走査システムのためのウォブル補正レンズの概略側面図である。
【図４】本発明のラスタ出力式走査システムのためのウォブル補正ミラーの第１実施例の概略頂面図である。
【図５】本発明のラスタ出力式走査システムのためのウォブル補正ミラーの第２実施例の概略頂面図である。
【符号の説明】
１００ ウォブル補正光学要素
１０２ 光ビーム
１０４ ファセット
１０６ ポリゴンミラー
１１２ 光路
１１４ 第１ウォブル補正レンズ
１１６ ｆ−θ走査レンズ
１１８ 負の平球形レンズ
１２０ 正の平球形レンズ
１２２ クロススキャン円柱レンズ
１２６ 走査線
１２８ 光受容体
１３０ 第２ウォブル補正レンズ
１３４ ポリゴンミラー後の光学素子
２００ 光ビーム
２０２ ファセット
２０４ 回転ポリゴンミラー
２０６ 第１ウォブル補正ミラー
２０８ ウォブル補正光学要素
２１０ ｆ−θ走査レンズ
２１２ 第２ウォブル補正ミラー
２１８ 光受容体
２２０ 光路
２０６ 第１ウォブル補正ミラー
２０８ ウォブル補正光学要素
２１０ ｆ−θ走査レンズ
２１２ 第２ウォブル補正ミラー
３００ 光ビーム
３０２ ファセット
３０４ 回転ポリゴンミラー
３０６ 第１ウォブル補正ミラー
３０８ ウォブル補正光学要素
３１０ ｆ−θ走査レンズ
３１２ 第２ウォブル補正ミラー
３１６ 走査線
３１８ 光受容体
３２０ 光路

Claims (1)

1. ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）像形成システムにおいて、
   光路に沿って平行化されたコヒ―レント光ビーム出力を発生する光源と、
   感光性像平面と、
   光源と前記感光性像平面との間で光路内に挿設した回転可能な多ファセット付きポリゴンであって、ファセット上に向けられた前記光ビームを反射し、前記感光性像平面上の走査線を横切るスキャン方向及びクロススキャン方向に前記光ビームを走査させるポリゴンと、
   前記光源と、前記ポリゴンの間で光路内に設置したポリゴン前の光学系であって、前記ポリゴン上へ前記スキャン方向で合焦された光ビームの平行状態を維持しながら前記ポリゴン上へ前記クロススキャン方向において前記光ビームを合焦するポリゴン前の光学系と、
   前記ポリゴンと前記感光性像平面との間で光路内に設置したポリゴン後の光学系とを包含し、
   該ポリゴン後の光学系が、
   前記ポリゴンから前記感光性像平面上の或るポイントまで前記クロススキャン方向において前記発散している光ビームを合焦させるための第１ウォブル補正光学要素および第２ウォブル補正光学要素であって、さらに、前記感光性像平面上の前記走査線のところで前記光ビームのウォブルを補正する第１ウォブル補正光学要素および第２ウォブル補正光学要素と、
   前記第１ウォブル補正光学要素と前記第２ウォブル補正光学要素の間の光路内に位置し、前記感光性像平面上の或るポイントへ前記スキャン方向において前記実質的に平行化された光ビームを合焦させるｆ−θ走査レンズであって、さらに、前記感光性像平面上の前記走査線のところで前記光ビームについての線形走査を行うｆ−θ走査レンズとを包含し、該ｆ−θ走査レンズは、前記第１ウォブル補正光学要素から前記第２ウォブル補正光学要素へ向かう方向において、負の平球形レンズ、正の平球形レンズおよびクロススキャン円柱レンズをこの順番で有しており、
   前記第１ウォブル補正光学要素が、前記ポリゴンから前記クロススキャン方向において前記発散する光ビームを実質的に平行にし、
   前記第２ウォブル補正光学要素が、前記第１ウォブル補正光学要素から前記感光性像平面の或るポイントまで前記クロススキャン方向において前記実質的に平行化された光ビームを合焦する
   ことを特徴とするラスタ出力スキャナ像形成システム。

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