JP6546868B2 - VCSEL-based variable image beam generator - Google Patents

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Description

本発明は、結像システムに関し、特に高速画像生成のために高エネルギ光源を利用するシングルパス結像システムに関する。   The present invention relates to imaging systems, and more particularly to single pass imaging systems that utilize high energy light sources for high speed imaging.

レーザ結像システムは、電子写真印刷、マスク及びマスクレスリソグラフィパターニング、表面のレーザテクスチャ加工及びレーザ加工装置などの用途において画像を生成するために広く使用される。レーザプリンタは、大抵の場合、切断用途については、レーザ結像システムはフラットベッドx−yベクトルスキャンを使用するのに対して、ポリゴン又はガルボスキャナを利用することによって処理方向に垂直なレーザを掃引するラスタ光学スキャナ(ROS)を使用する。   Laser imaging systems are widely used to generate images in applications such as electrophotographic printing, mask and maskless lithographic patterning, laser texturing of surfaces and laser processing equipment. Laser printers often use a flatbed x-y vector scan for cutting applications, whereas laser imaging systems use a flatbed x-y vector scan while sweeping the laser perpendicular to the process direction by utilizing a polygon or galvo scanner Use a raster optical scanner (ROS).

レーザROSアプローチの制限の1つは、画像解像度と走査線の横方向範囲との間の設計上のトレードオフがあるということである。これらのトレードオフは、像面湾曲などの走査線の極において光学性能の制限から生じる。実際には、単一のガルバノメータ又はポリゴンスキャナによって20’’の結像領域にわたって1200dpiの解像度を達成することは極めて困難である。さらにまた、x−yフラットベッドアーキテクチャで電動駆動される大面積のカバレッジのために理想的な単一のレーザヘッドは、最高速印刷処理のためには遅すぎる。   One of the limitations of the laser ROS approach is that there is a design trade-off between image resolution and the lateral extent of the scan line. These tradeoffs result from optical performance limitations at scan line poles such as field curvature. In practice, it is extremely difficult to achieve a resolution of 1200 dpi over a 20 '' imaging area with a single galvanometer or polygon scanner. Furthermore, a single laser head ideal for large area coverage driven motorized in x-y flatbed architecture is too slow for the fastest printing process.

この理由のために、幅が最大20’’のモノリシック発光ダイオード(LED)アレイは、幅広の電子写真について結像の利点を有する。あいにく、現在のLEDアレイは、画素あたり10ミリワットの電力レベルを提供することができるのみであり、したがって、例えば電子写真などのいくつかの非熱的結像用途についてのみ有用である。さらに、LEDバーは、差がある経年劣化及び性能のばらつきを有する。単一のLEDが故障した場合、LEDバー全体の交換が必要である。他の多くの結像又はマーキング用途は、はるかに高い電力を必要とする。例えば、レーザテクスチャ加工又は切断用途は、10W〜100Wの範囲の電力レベルを必要とすることができる。それゆえに、LEDバーは、これらの高電力用途には使用することができない。また、千鳥ヘッドの2つ以上の列を使用することなく、より高速又は1200dpi超の解像度にLEDを拡張することは困難である。   For this reason, monolithic light emitting diode (LED) arrays up to 20 '' wide have imaging advantages for wide electrophotography. Unfortunately, current LED arrays can only provide power levels of 10 milliwatts per pixel, and thus are useful only for some non-thermal imaging applications such as, for example, electrophotography. In addition, LED bars have differential aging and performance variations. If a single LED fails, the entire LED bar needs to be replaced. Many other imaging or marking applications require much higher power. For example, laser texturing or cutting applications may require power levels in the range of 10W to 100W. Therefore, LED bars can not be used for these high power applications. Also, it is difficult to extend the LED to higher speeds or resolutions above 1200 dpi without using two or more rows of staggered heads.

100mW〜100ワットの範囲の高出力半導体レーザアレイが存在する。ほとんどの場合、それらは、大抵の場合に全幅で約1cmのレーザダイオードバー上などの1Dアレイ形式で存在する。他の種類の高出力指向光源は、2D面の発光VCSELアレイである。しかしながら、これらの高出力レーザ技術は、いずれも最近傍間のレーザピッチが600dpi以上の結像解像度と互換性があるのを可能としない。さらに、これらの技術のいずれも、各レーザの個々の高速制御を可能とする。それゆえに、高出力オーバーヘッド投影結像システムなどの高出力用途は、大抵の場合、テキサスインスツルメンツ社製のDLP(商標)チップや液晶アレイなどの空間光変調器と組み合わせたレーザなどの高出力電源を使用する。   There are high power semiconductor laser arrays in the range of 100 mW to 100 watts. In most cases they are present in the form of a 1D array, such as on a laser diode bar of about 1 cm in full width in most cases. Another type of high power directional light source is a 2D surface emitting VCSEL array. However, none of these high power laser technologies allow the closest laser pitch to be compatible with imaging resolutions of 600 dpi or higher. In addition, any of these techniques allow for fast individual control of each laser. Therefore, high-power applications, such as high-power overhead projection imaging systems, often use high-power power supplies such as lasers combined with spatial light modulators such as Texas Instruments DLPTM chips or liquid crystal arrays. use.

DLPベースのアプローチは、多くの点で魅力があるが、いくつかの欠点がある。まず、高出力レーザは、レーザエネルギのごく一部のみを必要とする低彩度画像であっても形成するために完全にオンでなければならない。ほとんどのレーザエネルギは、ビームダンプに分流して無駄になり、エネルギ効率の低下及びレーザ寿命の低減につながる。第2に、マイクロミラーは、レーザエネルギの一部を吸収し、それらが変形して故障する前に制限された量の光出力を扱うことができるのみである。この制限は、結像システムの印刷速度及び長期信頼性を制限する。第3に、マイクロミラーは、光学系の残りの部分に慎重に整列させる必要がある機械的部品である。そのような機械的スイッチング部品は、複雑さ及びコストを追加する。   DLP-based approaches are attractive in many respects, but have some drawbacks. First, high power lasers must be fully on to form even low saturation images that require only a fraction of the laser energy. Most of the laser energy is diverted to the beam dump and wasted, leading to reduced energy efficiency and reduced laser life. Second, micromirrors can only absorb some of the laser energy and handle only a limited amount of light output before they deform and fail. This limitation limits the printing speed and long-term reliability of the imaging system. Third, micro mirrors are mechanical parts that need to be carefully aligned with the rest of the optical system. Such mechanical switching components add complexity and cost.

必要とされるものは、1200dpiよりも大きい達成可能な解像度を有し且つシングルパスでの高分解能高速結像を可能とするとともに、20’’を超える大規模な処理幅にわたってスケーラブルな1ワットのレベルよりもかなり高い全光出力のレーザベースの結像アプローチである。   What is needed is a 1 watt scalable with over 20 '' wide processing width while having an achievable resolution greater than 1200 dpi and enabling high resolution high speed imaging in a single pass It is a laser based imaging approach with full light output much higher than the level.

本発明は、所定の走査線画像データに応じて2次元変調光照射野を生成するために2次元光照射野発生装置(例えば、1つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)装置)と、狭い走査線画像を形成するために変調光照射野をフォーカスするアナモフィック縮小光学系とを利用するシングルパス結像システムに関する。ここで、用語アナモフィック光学系は、光学レンズ、ミラー、又は、VCSEL装置によって形成された光のパターンなどの物体面からの光を直交する方向に沿って異なる倍率で最終像面に投影する他の要素からなる任意のシステムを指す。それゆえに、例えば、VCSELレーザ素子の2Dアレイによって形成された正方形状の結像パターンは、その幅を拡大すると同時にその高さを縮小する(又は集光焦点にもたらす)ようにアナモフィックに投影されることができ、それによって正方形を最終像面における非常に薄い細長矩形状の画像に成形する。変調光を集中させるようにアナモフィック光学系を利用することにより、高い全光強度(束密度)(すなわち、ワット/cmの数百のオーダー)が高強度光源を必要とすることなく走査線画像の任意の点で発生されることができ、それにより、シングルパスの高解像度高速印刷用途又は産業用途において高エネルギのレーザ線を必要とする使用可能な信頼性のあるさらに高出力の結像システムを容易とする。さらにまた、光照射野発生装置が、所定の走査線画像データによって指示されたときに、2次元光照射野の少なくとも1次元にわたって略均一な光強度を提供するように、1つ以上の不均一な光源からの光を整形する光パイプ又はマイクロレンズアレイなどの複数の光学素子を含むことができることを明確にすべきである。 The invention relates to a two-dimensional light field generator (e.g. one or more vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) devices) for generating a two-dimensional modulated light field according to predetermined scan line image data; A single pass imaging system that utilizes anamorphic reduction optics to focus the modulated light field to form a narrow scan line image. Here, the term anamorphic optical system may be an optical lens, a mirror or other projection of light from an object plane, such as a pattern of light formed by a VCSEL device, onto the final image plane at different magnifications along orthogonal directions. Refers to any system of elements. Thus, for example, the square shaped imaging pattern formed by a 2D array of VCSEL laser elements is anamorphically projected to expand its width and at the same time reduce its height (or bring it into focus) Can form a square into a very thin elongated rectangular image in the final image plane. By utilizing anamorphic optics to focus the modulated light, scan line image without the need for a high intensity light source (ie, hundreds of orders of watt / cm 2 ) of high total light intensity (flux density) Available reliable high-power imaging system requiring high energy laser lines in single pass high resolution high speed printing applications or industrial applications. Make it easy. Furthermore, one or more non-uniformities such that the light field generator provides substantially uniform light intensity across at least one dimension of the two-dimensional light field as directed by the predetermined scan line image data It should be clear that it can include multiple optical elements such as light pipes or microlens arrays that shape the light from various light sources.

本発明の態様によれば、光照射野発生装置は、2次元アレイ状に基板上に配置された複数の発光素子(例えば、発光ダイオード)と、各発光素子の光発生構造(例えば、レーザダイオード)が、比較的高い強度を有する光が生成される第1の変調状態(例えば、完全オン)と比較的低い強度を有する光が生成される1つ以上の第2の変調状態(例えば、部分的にオンの素子によって生成される低い強度又は素子が完全オフであるときのゼロ強度)との間で調整可能であるように、所定の走査線画像データに応じて発光素子を個々に制御するコントローラとを含む。発光素子の1つが第1の変調状態又は部分的オンの第2の変調状態である場合、発光素子は、対応する所定方向に関連する変調光の一部を向ける(例えば、素子は、並列に沿ってアナモフィック光学系に向けてそれらの関連する光の一部を伝達する)。アナモフィックに投影されて集光される前にこのようにして変調光を生成することにより、本発明は、任意の与えられた瞬間に走査線の1点に高出力を印加するのみであるラスタシステムに比べて、結像領域全体に沿って高出力走査線を同時に生成することができる。このアプローチはまた、DLPベースのアプローチに必要な機械的ステアリングの必要性を回避する。さらに、結像システムは、複数の発光素子から出射される比較的低出力の変調光の一部を利用することから、本発明は、市販のVCSEL装置などの低コストの市販のレーザアレイ装置を使用して製造することができる。さらに、各画素位置において異なる数の発光素子を集光することにより、結像システムは、例えば、高速印刷システムを生成するように(すなわち、比較的少数の変調光部を集光することによって)より低強度の走査線を生成するか又は広い範囲の工業用途において有用であることができるレーザ切断システムを生成するように(すなわち、比較的多数の変調光部を集光することによって)より高強度の走査線を生成することができる。   According to the aspect of the present invention, the light irradiation field generating device includes a plurality of light emitting elements (for example, light emitting diodes) arranged on the substrate in a two-dimensional array and a light generating structure (for example, laser diode) of each light emitting element But one or more second modulation states (e.g., portions) in which light having a relatively low intensity is generated. Control the light emitting elements individually according to predetermined scan line image data so that they can be adjusted between low intensity generated by the elements which are on (or zero intensity when the elements are completely off) And controller. If one of the light emitting elements is in a first modulation state or a partially modulated second modulation state, the light emitting elements direct a portion of the modulated light associated in the corresponding predetermined direction (e.g., elements in parallel) Transmit some of their associated light along anamorphic optics). By generating modulated light in this manner before being anamorphically projected and collected, the invention only applies a high power to one point of the scan line at any given moment. In contrast to the above, high power scan lines can be generated simultaneously along the entire imaging area. This approach also avoids the need for mechanical steering required for DLP based approaches. Furthermore, since the imaging system utilizes a portion of the relatively low power modulated light emitted from the plurality of light emitting elements, the present invention provides a low cost commercially available laser array device such as a commercially available VCSEL device. It can be manufactured using. Furthermore, by focusing a different number of light emitting elements at each pixel location, the imaging system may, for example, produce a high speed printing system (ie by focusing a relatively small number of modulated light portions) Higher to produce a lower intensity scan line or to produce a laser cutting system that can be useful in a wide range of industrial applications (ie by focusing a relatively large number of modulated light portions) An intensity scan line can be generated.

本発明の他の態様によれば、光照射野発生装置のアレイ状の発光素子は、行及び列に配置されており、アナモフィック光学系は、細長い走査線画像の関連する結像領域(「画素」)上における各列から受光した光部を集光するように配置されている。すなわち、各列の発光素子の全ては、関連する画素群を形成し、各画素群から受光した集光された変調光部は、得られた結像「画素」が「オン」状態(すなわち、完全オン又は部分的オン)にある所定の列の全ての発光素子からの合成光であるように、走査線画像の同じ対応する結像領域上にアナモフィック光学系によって導かれる。本発明の重要な態様は、走査線画像を構成する各結像「画素」の輝度が「オン」状態にある関連する列における素子の数によって制御されるように、各発光素子によって出射される光部がアナモフィック光学系によって走査線に供給されるバイナリデータの1画素の一部のみを表すという理解にある。したがって、各列に配置された複数の発光素子を個々に制御することにより、且つ、対応する結像領域上に各列によって通過した光を集光することにより、本発明は、各列の要素の「オン」変調状態の数及び/又は程度(すなわち、完全に又は部分的に)を制御することによってグレースケール能力を有する結像システムを提供する。   According to another aspect of the invention, the array of light-emitting elements of the light-field generator is arranged in rows and columns, and the anamorphic optics system ) Are arranged so as to condense the light portions received from the respective rows above. That is, all of the light emitting elements in each column form an associated pixel group, and the collected modulated light portion received from each pixel group has the resulting imaged "pixels" in an "on" state (ie, The light is directed by anamorphic optics onto the same corresponding imaging area of the scan line image so that it is the combined light from all the light emitting elements of a given row that is fully on or partially on). An important aspect of the present invention is emitted by each light emitting element such that the brightness of each imaging "pixel" making up the scan line image is controlled by the number of elements in the associated column in the "on" state. It is understood that the light portion represents only a portion of one pixel of binary data supplied to the scan line by anamorphic optics. Therefore, by individually controlling a plurality of light emitting elements disposed in each row, and focusing the light passed by each row on the corresponding imaging region, the present invention provides the elements of each row An imaging system with gray scale capability is provided by controlling the number and / or degree (i.e. completely or partially) of the "on" modulation states of.

本発明の他の実施形態によれば、2次元光照射野発生装置は、アレイ状に配置され且つ所望の光エネルギをまとめて生成する複数の光発生/発光素子(VCSELレーザ素子)を含む1つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)装置を用いて実現される。他の実施形態において、VCSEL装置は、シングルモード又はマルチモード装置のいずれかである。マルチモードVCSEL装置の発光素子は、シングルモード装置のものよりも大きい開口サイズを有し、より高い最大光出力を生成することができる。しかしながら、シングルモード装置は、より良好なビーム品質を有する。本発明のディジタルオフセット印刷用途について、好ましい実施形態は、マルチモード装置である。   According to another embodiment of the present invention, a two-dimensional light field generator includes a plurality of light generating / emitting elements (VCSEL laser elements) arranged in an array and collectively generating desired light energy 1 It is implemented using one or more vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) devices. In other embodiments, the VCSEL device is either a single mode or a multi mode device. The light emitting elements of multi-mode VCSEL devices can have a larger aperture size than that of single mode devices and produce higher maximum light output. However, single mode devices have better beam quality. For the digital offset printing application of the present invention, the preferred embodiment is a multi-mode device.

他の実施形態によれば、VCSELレーザ(発光)素子は、独立に又はコントローラによって生成された共通の駆動電流を使用して扱われる。独立して発光素子を扱うことは、各発光素子のための別個の制御信号を生成して送信することを含み、ビーム整形を容易とするが、多くの制御ライン及び関連する費用を必要とする。現在好ましい実施形態において、VCSEL装置は、各駆動電流が画素画像データ値に関連する複数の駆動電流をコントローラが生成して送信するように製造され、各駆動電流は、所定の列の全ての発光素子に供給される。各列に共有(共通)の駆動電流の使用は、多くの費用及び複雑さを省き、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。他の実施形態において、各列内の全ての発光素子に共有電流を伝達するために並列配線又は直列配線が利用される。直列配線構成を生成することは、並列配線よりも多くの処理工程を必要とするが、より高い電圧の低電流駆動源が使用されるのを可能とする。   According to another embodiment, the VCSEL laser (light emitting) elements are handled using a common drive current generated independently or by a controller. Handling the light emitting elements independently involves generating and transmitting a separate control signal for each light emitting element, facilitating beam shaping but requiring many control lines and associated costs . In a presently preferred embodiment, the VCSEL device is fabricated such that the controller generates and transmits a plurality of drive currents, each drive current being associated with a pixel image data value, each drive current comprising all light emissions of a given column. It is supplied to the element. The use of a common (common) drive current for each column saves a lot of cost and complexity and gray scale control is further achieved by controlling the amount of current transferred to a given column in an analog manner Can. In another embodiment, parallel or series wiring is used to transfer the shared current to all the light emitting elements in each column. Generating a series wiring configuration requires more processing steps than parallel wiring, but allows higher voltage low current drive sources to be used.

他の代替的実施形態によれば、改良された光学スループット及びコリメーションは、VCSELアレイの各発光素子上にマイクロレンズを配置することによって達成される。代替の特定の実施形態において、マイクロレンズは、VCSEL装置上にハイブリッド方式で搭載された基板上にアレイ状に配置される(すなわち、VCSEL素子が製造された後)、又は、マイクロレンズは、VCSELアレイ製造プロセスの一部として各VCSEL素子上にモノリシックに集積されて形成される(すなわち、一体的に配置される)。いずれの場合においても、各マイクロレンズは、関連するVCSEL(発光)素子によって生成された光が通過して関連するマイクロレンズによってコリメートされるように配置される。   According to another alternative embodiment, improved optical throughput and collimation are achieved by placing a microlens on each light emitting element of the VCSEL array. In an alternative specific embodiment, the microlenses are arranged in an array on a substrate mounted in a hybrid manner on the VCSEL device (ie after the VCSEL elements have been manufactured), or the microlenses are It is monolithically integrated (ie, integrally disposed) on each VCSEL element as part of the array fabrication process. In either case, each microlens is arranged such that light generated by the associated VCSEL (light emitting) element passes through and is collimated by the associated microlens.

本発明のさらに他の実施形態によれば、VCSEL(光照射野発生装置)の各列の発光素子は、アナモフィック光学系の交差処理及び処理垂直方向に対して(すなわち、走査線画像に対して)小さな斜めの角度で整列され、これにより、アナモフィック光学系は、走査線画像の関連するサブ結像領域上に各変調光部をフォーカスする。この平行四辺形構成(傾斜配向)の利点は、画像化システムがより高いサブ画素の空間的アドレス可能な空間を生成し、X軸及びY軸方向の双方において小数精度で画像「画素」を位置決めするソフトウェアを利用する機会を提供するということである。VCSEL(光照射野発生装置)の発光素子は、必要に応じて、アレイの異なる列に配置された複数の素子による各結像領域の整列を生成する傾斜角度に設定され、それによって可変解像度及び可変強度を容易とする。この配置はまた、隣接する結像サブユニット間をシームレスにステッチするソフトウェア調整を容易とする。   According to yet another embodiment of the present invention, the light emitting elements of each column of VCSELs (light field generators) are in the cross-processed and processed vertical direction of the anamorphic optical system (ie, relative to the scan line image ) Aligned at a small oblique angle, this causes the anamorphic optics to focus each modulated light spot on the relevant sub-imaging area of the scanline image. The advantage of this parallelogram configuration (tilted orientation) is that the imaging system creates a spatially addressable space of higher sub-pixels and locates the image "pixels" with decimal precision in both the X and Y axis directions Provide an opportunity to use the software. The light emitting elements of the VCSEL (light field generating device) are optionally set to a tilt angle that produces an alignment of each imaging area by a plurality of elements arranged in different columns of the array, thereby varying the resolution and Make variable strength easy. This arrangement also facilitates software adjustment to stitch seamlessly between adjacent imaging subunits.

他の代替の実施形態によれば、ライン及び交差ライン方向において改良されたビーム発散特性は、円形や矩形などの異なるVCSEL素子の形状を使用して達成される。アナモフィック円筒状光学系に結合されたものは、解像度の損失なしに画素への集光を最適化することができる。   According to another alternative embodiment, improved beam divergence characteristics in the line and cross line directions are achieved using different VCSEL element shapes, such as circular or rectangular. Those coupled to anamorphic cylindrical optics can optimize the collection of light to the pixel without loss of resolution.

本発明の他の実施形態によれば、アナモフィック光学系全体は、集光した変調光が略1次元走査線画像を形成するように光照射野発生装置から受光した変調光部を集光する交差処理の光学サブシステム及び処理方向の光学サブシステムを含み、走査線画像における集光された変調光は、均質化された光よりも高い光強度(すなわち、より高い束密度)を有する。高エネルギの細長い走査線を形成するように2次元変調光パターンをアナモフィックに集光する(フォーカスする)ことにより、本発明の結像システムは、より高い強度の走査線を出力する。走査線は、その焦点付近の結像面の移動にわたって通常向けられて掃引される。これは、画像化システムがプリンタなどに形成されるのを可能とする。表面掃引の方向は、通常は走査線の方向に対して垂直であり、通例では処理方向と称される。さらに、走査線に平行な方向は、通例では交差処理方向と称される。形成された走査線画像は、処理方向に沿った走査線画像の収束及び厳しいフォーカス並びに交差処理方向に沿った走査線画像の投影倍率に対処する異なる対の円筒状又は非円筒状レンズを有することができる。1つの特定の実施形態において、交差処理の光学サブシステムは、交差処理方向において細長い走査線上に変調光を投影して拡大するように配置された第1及び第2の円筒状又は非円筒状レンズを含み、処理方向の光学サブシステムは、処理方向に対して平行な方向において走査線上の変調光を集光して縮小するように配置された第3の円筒状又は非円筒状のフォーカスレンズを含む。この構成は、実質的に無制限の長さの走査線を有するアセンブリを製造するために、隣接する光学系と組み合わせる(重複の領域と「ステッチ」又はブレンドされる)ことができる広い走査線を生成することを容易とする。1つの実施形態において、光照射野発生装置上に配置された整列されたマイクロレンズは、改良された光学スループットを提供するために利用される。あるいは、任意のコリメートフィールドレンズはまた、処理及び交差処理方向の双方において光照射野発生装置と円筒状又は非円筒状フォーカスレンズとの間に配置されてもよい。光学系全体は、光学収差又は歪みを補償するのに役立つためにいくつかの複数の要素を有することができ、そのような光学素子は、ビーム経路の複数の折り畳みを有する透過レンズ又は反射鏡レンズとすることができることが理解されるべきである。本発明の他の実施形態によれば、様々な結像システム及び関連する装置/システムは、アレイ状に配置された複数のVCSEL装置を含む2次元光照射野発生装置を含む。例示的な実施形態において、走査/印刷装置は、単一行のVCSEL装置と、細長い走査線を生成するように配置された関連する細長いアナモフィック光学系とを含む2次元光照射野発生装置と、アナモフィック光学系からの集光された変調光を受光するように配置された走査構造(例えば、結像ドラムシリンダ)とを有するシングルパス結像システムを含む。行において十分な数のVCSEL装置を利用することにより、結像システムは、20’’を超える大規模な処理幅にわたってスケーラブルに形成される。特定の実施形態によれば、結像面は、可変データリソグラフィ印刷に使用されるものなどの湿し(注入)溶液を保持するものとすることができる。他の例示的な実施形態において、2つ以上のVCSEL装置は、処理方向に整列されている(すなわち、各列又は関連する画素群が2つ以上のVCSEL装置上に配置された発光素子の整列セットを含むように)。この配置は、広い範囲の産業用途において有用であることができる非常に高エネルギの(すなわち、1ワットのレベルよりかなり高い全光出力を有する)レーザラインを生成することを容易とする。   According to another embodiment of the present invention, the entire anamorphic optical system intersects to condense the modulated light portion received from the light field generator such that the collected modulated light forms a substantially one-dimensional scanning line image. The modulated optical light in the scan line image has a higher light intensity (i.e., higher flux density) than the homogenized light, including the optical subsystem of the process and the optical subsystem of the process direction. By anamorphically focusing the two-dimensional modulated light pattern to form a high energy elongated scan line, the imaging system of the present invention outputs a higher intensity scan line. The scan line is normally directed and swept across the movement of the imaging plane near its focal point. This allows the imaging system to be formed into a printer or the like. The direction of the surface sweep is usually perpendicular to the direction of the scan line and is commonly referred to as the process direction. Furthermore, the direction parallel to the scan line is commonly referred to as the cross process direction. The formed scanline image has different pairs of cylindrical or non-cylindrical lenses that address the convergence and tight focus of the scanline image along the process direction and the projection magnification of the scanline image along the cross process direction. Can. In one particular embodiment, the cross-processed optical subsystem comprises first and second cylindrical or non-cylindrical lenses arranged to project and expand modulated light onto the elongated scan line in the cross-process direction The optical subsystem in the processing direction includes a third cylindrical or non-cylindrical focusing lens arranged to collect and reduce modulated light on the scan line in a direction parallel to the processing direction. Including. This configuration produces a wide scan line that can be combined ("stitched" or blended with the area of overlap) with adjacent optics to produce an assembly having scan lines of substantially unlimited length. Make it easy to do. In one embodiment, aligned microlenses disposed on a light field generator are utilized to provide improved optical throughput. Alternatively, any collimated field lens may also be disposed between the light field generator and the cylindrical or non-cylindrical focus lens in both the process and cross process directions. The entire optical system may have several elements to help compensate for optical aberrations or distortions, such optical elements may be transmissive lenses or mirror lenses having multiple folds of the beam path It should be understood that it can be According to another embodiment of the present invention, various imaging systems and associated devices / systems include two-dimensional light field generators including a plurality of VCSEL devices arranged in an array. In an exemplary embodiment, a scanning / printing device includes a two-dimensional light field generator including a single row of VCSEL devices and associated elongated anamorphic optics arranged to produce elongated scan lines; A single pass imaging system having a scanning structure (e.g., an imaging drum cylinder) positioned to receive the collected modulated light from the optical system. By utilizing a sufficient number of VCSEL devices in a row, the imaging system is scalablely formed over a large processing width of over 20 ''. According to a particular embodiment, the imaging surface may hold a dampening (injection) solution such as that used for variable data lithographic printing. In another exemplary embodiment, two or more VCSEL devices are aligned in the process direction (ie, alignment of light emitting elements in which each column or associated pixel group is disposed on two or more VCSEL devices) To include the set). This arrangement facilitates producing a very high energy (ie, having a much higher light output than 1 watt level) laser line that can be useful in a wide range of industrial applications.

本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付図面に関して良好に理解されるであろう。   These and other features, aspects and advantages of the present invention will be better understood with regard to the following description, appended claims and accompanying drawings.

図1は、本発明の例示的な実施形態にしたがって利用される簡略化された結像システムを示す平面斜視図である。FIG. 1 is a top perspective view of a simplified imaging system utilized in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. 図2は、本発明の特定の実施形態にかかる個々に扱われるVSCELレーザダイオードを利用する部分結像システムを示す平面斜視図である。FIG. 2 is a top perspective view of a partial imaging system utilizing individually addressed VSCEL laser diodes in accordance with a specific embodiment of the present invention. 図2(A)は、本発明の実施形態にかかる結像動作中における図2の結像システムを示す概略側面図である。FIG. 2A is a schematic side view showing the imaging system of FIG. 2 during an imaging operation according to an embodiment of the present invention. 図2(B)は、本発明の実施形態にかかる結像動作中における図2の結像システムを示す概略側面図である。FIG. 2 (B) is a schematic side view showing the imaging system of FIG. 2 during an imaging operation according to an embodiment of the present invention. 図2(C)は、本発明の実施形態にかかる結像動作中における図2の結像システムを示す概略側面図である。FIG. 2C is a schematic side view showing the imaging system of FIG. 2 during an imaging operation according to an embodiment of the present invention. 図3(A)は、本発明の代替の実施形態にかかる共有駆動電流によって制御されるVSCELレーザダイオードを利用する部分結像システムを示す簡略化された斜視図である。FIG. 3A is a simplified perspective view showing a partial imaging system utilizing a VSCEL laser diode controlled by a shared drive current according to an alternative embodiment of the present invention. 図3(B)は、本発明の代替の実施形態にかかる共有駆動電流によって制御されるVSCELレーザダイオードを利用する部分結像システムを示す簡略化された斜視図である。FIG. 3B is a simplified perspective view of a partial imaging system utilizing a VSCEL laser diode controlled by a shared drive current according to an alternative embodiment of the present invention. 図4(A)は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図1の結像システムによって利用されるマイクロレンズの配置を示す簡略化された平面図である。FIG. 4A is a simplified top view illustrating the placement of microlenses utilized by the imaging system of FIG. 1 in accordance with another specific embodiment of the present invention. 図4(B)は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図1の結像システムによって利用されるマイクロレンズの配置を示す簡略化された側面図である。FIG. 4 (B) is a simplified side view illustrating the placement of microlenses utilized by the imaging system of FIG. 1 in accordance with another specific embodiment of the present invention. 図5(A)は、本発明の他の実施形態にかかる、様々な形状の発光素子を有し且つ平行四辺形の配置で配置されたVCSELタイプの光照射野発生装置である。FIG. 5A is a VCSEL type light field generator having light emitting elements of various shapes and arranged in a parallelogram arrangement according to another embodiment of the present invention. 図5(B)は、本発明の他の実施形態にかかる、様々な形状の発光素子を有し且つ平行四辺形の配置で配置されたVCSELタイプの光照射野発生装置である。FIG. 5B is a VCSEL type light field generator having light emitting elements of various shapes and arranged in a parallelogram arrangement according to another embodiment of the present invention. 図6(A)は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図1の結像システムによって利用される簡略化されたマルチレンズアナモフィック光学系の配置を示す平面図である。FIG. 6A is a plan view illustrating the layout of a simplified multi-lens anamorphic optical system utilized by the imaging system of FIG. 1 in accordance with another specific embodiment of the present invention. 図6(B)は、本発明の他の特定の実施形態にかかる図1の結像システムによって利用される簡略化されたマルチレンズアナモフィック光学系の配置を示す側面図である。FIG. 6 (B) is a side view showing the layout of a simplified multi-lens anamorphic optical system utilized by the imaging system of FIG. 1 in accordance with another specific embodiment of the present invention. 図7は、図6(A)及び図6(B)のアナモフィック光学系の縮小特性を示す簡略図である。FIG. 7 is a simplified view showing the reduction characteristic of the anamorphic optical system of FIGS. 6 (A) and 6 (B). 図8は、本発明の他の実施形態にかかる複数のVCSELタイプの光照射野発生装置を利用する結像システムを示す簡略化された斜視図である。FIG. 8 is a simplified perspective view of an imaging system utilizing multiple VCSEL type light field generators according to another embodiment of the present invention. 図9は、本発明の他の特定の実施形態にかかる折り畳まれた構成におけるVCSELタイプの光照射野発生装置を利用する結像システムを含む印刷システムを示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of a printing system including an imaging system utilizing a VCSEL type light field generator in a folded configuration according to another particular embodiment of the present invention. 図10(A)は、結像動作中における図9の結像システムを示す簡略化された側面図である。FIG. 10A is a simplified side view of the imaging system of FIG. 9 during an imaging operation. 図10(B)は、結像動作中における図9の結像システムを示す簡略化された側面図である。FIG. 10 (B) is a simplified side view showing the imaging system of FIG. 9 during an imaging operation. 図10(C)は、結像動作中における図9の結像システムを示す簡略化された側面図である。FIG. 10C is a simplified side view of the imaging system of FIG. 9 during an imaging operation. 図10(D)は、結像動作中における図9の結像システムを示す簡略化された側面図である。FIG. 10 (D) is a simplified side view of the imaging system of FIG. 9 during an imaging operation. 図11は、本発明の他の実施形態にかかるアレイ状に配置された複数のVCSEL装置を含む高エネルギ結像システムを示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view of a high energy imaging system including a plurality of VCSEL devices arranged in an array according to another embodiment of the present invention.

本発明は、結像システム及び関連する装置(例えば、スキャナ及びプリンタ)の改良に関する。以下の説明は、当業者が特定の用途及びその要件の文脈において提供される本発明を作製して使用するのを可能とするために提示される。本願明細書において使用されるように、「上部」、「最上部」、「下部」、「垂直」及び「水平」などの方向の用語は、説明の目的のために相対位置を提供するように意図されており、基準の絶対的フレームを指定することは意図されていない。好ましい実施形態に対する様々な変更は、当業者にとって明らかであり、本願明細書において定義される一般的な原理は、他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明は、示された及び説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に開示された原理及び新規な特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。   The present invention relates to improvements in imaging systems and related devices (eg, scanners and printers). The following description is presented to enable a person skilled in the art to make and use the present invention provided in the context of a particular application and its requirements. As used herein, directional terms such as "top", "top", "bottom", "vertical" and "horizontal" are intended to provide relative positions for purposes of illustration. It is intended and not intended to specify an absolute frame of reference. Various modifications to the preferred embodiment will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments. Thus, the present invention is not intended to be limited to the particular embodiments shown and described, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

図1は、本発明の簡略化された実施形態にかかる結像面162上の2次元画像上に実質的に1次元の走査線画像SLを生成するために利用される簡略化されたシングルパス結像システム100を示す斜視図である。簡略化された結像システム100は、一般に、システムコントローラ180から画像データIDを受信して所定の走査線画像データIDに応じて2次元変調光照射野119Bを生成する2次元光照射野発生装置120と、結像面162上に走査線画像SLを生成するために以下に記載されるように変調光118Bを結像して集光するアナモフィック光学系130とを含む。   FIG. 1 is a simplified single pass utilized to generate a substantially one-dimensional scanline image SL on a two-dimensional image on an imaging surface 162 in accordance with a simplified embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing an imaging system 100. The simplified imaging system 100 generally generates a two-dimensional light field generator that receives the image data ID from the system controller 180 and generates a two-dimensional modulated light field 119B according to the predetermined scan line image data ID. 120 and anamorphic optics 130 to image and focus the modulated light 118 B as described below to produce a scanline image SL on the imaging surface 162.

本願明細書に記載された結像処理は、公知の技術にしたがって記憶され且つ本願明細書においては画像データファイルIDと称される任意の2次元画像に対応するディジタル画像データを処理することを含む。画像データファイルIDは、図1の下部に示されており、以下に記載されるように画像データファイルIDを処理し且つ光照射野発生装置120に対して一度に1行ずつ画像データファイルIDを送信するコントローラ180に送信される。すなわち、ほとんどの標準化された画像ファイル形式と一致する画像データファイルIDは、複数の走査線画像データ群LID1〜LIDnから構成され、各走査線画像データ群は、2次元画像の関連する1次元走査線画像をまとめて形成する複数の画素画像データ部を含む。例えば、図1に示される簡略化された例において、走査線画像データ群LID1は、4つの画素画像データ部PID1〜PID3を含む。各画素画像データ部(例えば、画素画像データ部PID1)は、2次元画像の対応する部分に関連付けられた対応する画素画像の色及び/又はグレースケール特性に対応する画像データの1つ以上のビットを含む。当業者は、実用的な実施形態において、本願明細書に記載される4、8又は24画素画像行のように各走査線画像データ群が非常に多くの画素画像データ部を含むことを認識するであろう。   The imaging process described herein includes processing digital image data corresponding to any two-dimensional image stored according to known techniques and referred to herein as an image data file ID. . The image data file ID is shown at the bottom of FIG. 1 and processes the image data file ID and writes the image data file ID one row at a time to the light field generator 120 as described below. It is transmitted to the controller 180 that transmits. That is, the image data file ID that matches most standardized image file formats consists of a plurality of scan line image data groups LID1 to LIDn, and each scan line image data group is associated with a one-dimensional scan associated with a two-dimensional image. It includes a plurality of pixel image data portions that collectively form line images. For example, in the simplified example shown in FIG. 1, scan line image data group LID1 includes four pixel image data portions PID1 to PID3. Each pixel image data portion (e.g., pixel image data portion PID1) is one or more bits of image data corresponding to color and / or grayscale characteristics of the corresponding pixel image associated with the corresponding portion of the two-dimensional image including. Those skilled in the art will recognize that in a practical embodiment, each scan line image data group includes a large number of pixel image data portions, such as the four, eight or twenty-four pixel image rows described herein. Will.

図1を参照すると、2次元光照射野発生装置120は、2次元変調光照射野119Bをまとめて形成する関連する変調光部118Bを生成するように、受信した画像データID(例えば、ライン画像データ群LID1)に応じて装置コントローラ126によって制御される発光素子125のアレイ122を含む。例示的な実施形態において、アレイ122は、変調光照射野119Bが結像面162の細長い結像領域167上にアナモフィック光学系130を介して投影されるように変調光照射野119Bを形成する光部118B−11〜118B−44をそれぞれ出射する矩形パターンで配置された発光素子125−11〜125−44を含む。実用的な実施形態において、2次元光照射野発生装置120は、多数のVCSEL(レーザダイオード)素子からなるアレイ122を含む。例示の目的のために、発光素子の小さなサブセットのみが図1及び本願明細書に記載された様々な図に示されている。   Referring to FIG. 1, the two-dimensional light field generator 120 receives the received image data ID (eg, line image, etc.) to generate the associated modulated light portion 118B that collectively forms the two-dimensional modulated light field 119B. It includes an array 122 of light emitting elements 125 controlled by the device controller 126 according to the data group LID1). In the exemplary embodiment, the array 122 forms light that is modulated light field 119 B such that the modulated light field 119 B is projected through the anamorphic optics 130 onto the elongated imaging region 167 of the imaging surface 162. The light emitting devices 125-11 to 125-44 are arranged in a rectangular pattern that emits the portions 118B-11 to 118B-44, respectively. In a practical embodiment, the two-dimensional light field generator 120 includes an array 122 of multiple VCSEL (laser diode) elements. For the purpose of illustration, only a small subset of light emitting elements are shown in FIG. 1 and the various figures described herein.

様々な代替の実用的な実施形態によれば、2次元光照射野発生装置120は、複数の光生成/発光素子(VCSELレーザ素子)を含む1つ以上の垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)装置を使用して実現される。代替の実施形態において、VCSEL装置は、シングルモード又はマルチモード装置のいずれかである。マルチモードVCSEL装置の発光素子は、シングルモード装置のものよりも大きい開口サイズを有し、より高い最大光出力を生成することができる。しかしながら、シングルモード装置は、より良好なビーム品質を有する。本発明のディジタルオフセット印刷用途について、好ましい実施形態は、マルチモード装置である。他の代替の実施形態において、VCSEL装置は、上部発光又は下部発光装置のいずれかである。下部発光構成は、通常、ヒートシンクに搭載されたフリップチップであり、そのため、良好な熱伝導率を有し、上部発光装置よりも高い出力動作に対応することができる。しかしながら、光は、基板を通過する必要があり、そのため、発光波長は、基板材料の吸収バンド端よりも短くすることができない。GaAs基板の場合、波長は、870nmよりも長く制限される。基板は、フリップチップボンディング後に除去することができるが、そのような処理は、コスト及び複雑さを増やす。上部発光構造は、製造及びパッケージするのに簡単であるが、それらは低下した熱特性を有する。ディジタルオフセット印刷用途についての現在好ましい実施形態は、下部発光フリップチップ化アーキテクチャを有し且つ980nmの波長で動作するVCSEL装置である。   According to various alternative practical embodiments, the two-dimensional light field generator 120 includes one or more vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) devices including a plurality of light generating / emitting elements (VCSEL laser elements) Is realized using. In alternative embodiments, the VCSEL device is either a single mode or multi mode device. The light emitting elements of multi-mode VCSEL devices can have a larger aperture size than that of single mode devices and produce higher maximum light output. However, single mode devices have better beam quality. For the digital offset printing application of the present invention, the preferred embodiment is a multi-mode device. In another alternative embodiment, the VCSEL device is either a top emitting or a bottom emitting device. The bottom emitting configuration is typically a flip chip mounted to a heat sink, so it has good thermal conductivity and can handle higher power operation than top emitting devices. However, the light needs to pass through the substrate, so the emission wavelength can not be shorter than the absorption band edge of the substrate material. In the case of a GaAs substrate, the wavelength is limited to longer than 870 nm. The substrate can be removed after flip chip bonding, but such processing adds cost and complexity. Although top emitting structures are simple to manufacture and package, they have reduced thermal properties. The presently preferred embodiment for digital offset printing applications is a VCSEL device having a bottom emitting flip chipped architecture and operating at a wavelength of 980 nm.

図1の右上領域を参照すると、変調素子125−11〜125−44は、半導体基板(チップ)124上に4つの水平行R1〜R4及び4つの垂直列C1〜C4で配置されている。変調素子125−11〜125−44は、アナモフィック光学系130に向かう所定の並列経路に沿ってそれらの関連する変調光部を向けるように配置されている。各発光素子125−11〜125−44は、2つ以上の変調状態間で装置コントローラ126によって生成される制御信号127を介して調整可能であり、各素子の変調状態は、その素子によって生成される光量によって定義される。例えば、アレイ122は、図1に示されるように、ライン画像データ群LID1に応じて制御され、発光素子125−11は、「完全オン」(第1の)変調状態に調整され、それにより、発光素子125−11は、最大/最高(第1)の強度を有する関連する変調光部118B−11を生成して送信する。あるいは、所定の発光素子が「部分的にオン」又は「オフ」(第2の)変調状態である場合、所定の発光素子は、低い(又はゼロの)強度を有する関連する光部を伝達する(又は伝達しない)。例えば、発光素子125−21は、「オフ」状態にあるものとして描かれており、それにより、関連する変調光部118B−21は黒色である(すなわち、光を含まない)。あるいは、発光素子125−41は、「部分的オン」状態にあるように描かれており、それにより、関連する変調光部118B−41は、変調光部118B−21よりも高いが、変調光部118B−11よりも低い強度を有する。したがって、アレイ122がライン画像データ群LID1によって制御される期間中において、素子125−11〜125−44は、図1に描かれるように2次元光照射野119Bを生成し、それにより、光照射野119Bの明るい及び暗い領域のパターンは、第2の変調状態に調整される発光素子(例えば、オフである素子125−21〜125−24、125−31及び125−34、及び、部分的オンである素子125−41〜125−44)に対する第1の変調状態に調整される発光素子(例えば、素子125−11〜125−14、125−32及び125−33)の相対位置によって決定される。後続の結像段階(図示しない)の間において、第2の走査線画像データ部は、制御回路126に書き込まれ(すなわち、走査線画像データ部LIN1は上書きされる)、対応する第2の走査線画像(図示しない)は、結像面162の他の細長い結像領域に生成される。この処理は、走査線画像SLが生成された後であって第2の走査線画像が生成される前に処理(Y軸)方向の結像面162の移動(並進)を必要とすることに留意されたい。当業者は、画像データファイルIDの各走査画像データ部LIN1〜LINnについてそのような結像段階を繰り返すことにより、関連する2次元画像が結像面162上に生成されることを認識するであろう。   Referring to the upper right area of FIG. 1, the modulation elements 125-11 to 125-44 are arranged on the semiconductor substrate (chip) 124 in four horizontal rows R1 to R4 and four vertical columns C1 to C4. The modulation elements 125-11 to 125-44 are arranged to direct their associated modulated light portions along a predetermined parallel path towards the anamorphic optics 130. Each light emitting element 125-11 to 125-44 is adjustable via control signal 127 generated by device controller 126 between two or more modulation states, the modulation state of each element being generated by that element Defined by the amount of light. For example, the array 122 is controlled in response to the line image data group LID1 as shown in FIG. 1, and the light emitting elements 125-11 are adjusted to a "full on" (first) modulation state, thereby The light emitting element 125-11 generates and transmits an associated modulated light portion 118B-11 having a maximum / maximum (first) intensity. Alternatively, if a given light emitting element is in a "partially on" or "off" (second) modulation state, then the given light emitting element transmits the associated light portion having a low (or zero) intensity. (Or not communicate). For example, light emitting element 125-21 is depicted as being in the "off" state, whereby the associated modulated light portion 118B-21 is black (i.e., does not include light). Alternatively, light emitting element 125-41 is depicted as being in the "partially on" state, so that the associated modulated light portion 118B-41 is higher than modulated light portion 118B-21, but modulated light It has a lower strength than the portion 118B-11. Thus, during the time the array 122 is controlled by the line image data group LID1, the elements 125-11 to 125-44 produce a two-dimensional light field 119B as depicted in FIG. The pattern of light and dark areas of field 119 B is a light emitting element adjusted to the second modulation state (eg, elements 125-21 to 125-24, 125-31 and 125-34 which are off, and partially on) Determined by the relative position of the light emitting elements (eg, elements 125-11 to 125-14, 125-32 and 125-33) to be adjusted to the first modulation state with respect to elements 125-41 to 125-44) . During a subsequent imaging phase (not shown), the second scanline image data portion is written to the control circuit 126 (i.e. the scanline image data portion LIN1 is overwritten) and the corresponding second scan Line images (not shown) are generated on other elongated imaging areas of the imaging surface 162. This processing requires the movement (translation) of the imaging surface 162 in the processing (Y axis) direction after the scanning line image SL is generated and before the second scanning line image is generated. Please keep in mind. Those skilled in the art will recognize that by repeating such an imaging step for each scanned image data portion LIN1 to LINn of the image data file ID, a related two-dimensional image is generated on the imaging surface 162. I will.

図1の左下部分を参照すると、アナモフィック光学系130は、結像面162の細長い結像領域167上に2次元変調光照射野119Bをアナモフィックに結像して集光(フォーカス)するように機能する。特に、アナモフィック光学系130は、変調光照射野119Bの2次元パターンを受光するように配置された1つ以上の光学素子(例えば、レンズ又はミラー)を含み、1つ以上の光学素子(例えば、レンズ又はミラー)は、交差処理(X軸)方向に沿うよりも処理(例えば、Y軸)方向に沿ったより大きい程度まで受光した光部を集光するように配置され、それにより、受光した光部は、交差処理/走査(X軸)方向に平行に延びる細長い走査線画像SLを形成するようにアナモフィックにフォーカスされる。アナモフィック光学系130を通過したが、まだ結像面162に到達していない変調光部は、集光された変調光部と称されることに留意されたい(例えば、変調光部118B−11は、アナモフィック光学系130と結像面162との間において集光された変調光部118C−11になる)。アナモフィックシステム130は、単一の一般的なアナモフィック投影レンズによって図1において簡略化のために示されている。実際には、アナモフィックシステム130は、通常、図6(A)及び図6(B)を参照して以下に記載されるように、複数の別個の円筒状又は非円筒状レンズから構成されるが、一般的なレンズ又は本願明細書に記載された具体的なレンズシステムに限定されるものではない。   Referring to the lower left portion of FIG. 1, the anamorphic optical system 130 functions to anamorphically focus (focus) the two-dimensional modulated light irradiation field 119B on the elongated imaging region 167 of the imaging surface 162. Do. In particular, the anamorphic optical system 130 includes one or more optical elements (e.g., lenses or mirrors) arranged to receive a two-dimensional pattern of the modulated light field 119B, e.g. The lens or mirror is arranged to focus the light received to a greater degree along the processing (eg Y-axis) direction than along the cross-processing (X-axis) direction, whereby the received light The sections are anamorphically focused to form an elongated scanline image SL extending parallel to the cross-process / scan (X-axis) direction. It should be noted that the modulated light portion that has passed through the anamorphic optical system 130 but has not yet reached the imaging plane 162 is referred to as a collected modulated light portion (e.g. And modulated light portion 118C-11 collected between the anamorphic optical system 130 and the imaging surface 162). The anamorphic system 130 is shown for simplicity in FIG. 1 by a single general anamorphic projection lens. In practice, the anamorphic system 130 is usually composed of a plurality of separate cylindrical or non-cylindrical lenses, as described below with reference to FIGS. 6 (A) and 6 (B). It is not limited to general lenses or the specific lens systems described herein.

本発明の他の態様によれば、アナモフィック光学系130は、細長い走査線画像SLの関連する結像領域(結像画素)P1〜P4上に発光素子125−11〜125−44の各列から受光した光部(すなわち、完全オン又は部分的オンの変調状態のいずれかのもの)を集光するように配置されている。図1に示されるように、列C1の4つ全ての発光素子125−11〜125−14は、対応する画素群G1を形成し、発光素子125−11〜125−14によって生成された関連する変調光部118B−11〜118B−14は、対応する結像領域P1上に光部118C−11〜118C−14としてアナモフィック光学系130によって集光されて導かれ、それにより、結像領域P1に生成された得られた結像画素は、この例では完全オン状態にある列C1における全ての発光素子、すなわち125−11〜125−14から受光した合成変調光である。同様に、列C2における発光素子125−21〜125−24は、関連する画素群G2を形成し、列C3における発光素子125−31〜125−34は、関連する画素群G3を形成し、列C4における発光素子125−41〜125−44は、関連する画素群G4を形成する。   According to another aspect of the present invention, the anamorphic optical system 130 is configured to receive each row of light emitting elements 125-11 to 125-44 on the associated imaging area (imaging pixel) P1 to P4 of the elongated scanning line image SL It is arranged to collect the light part received (ie either fully on or partially on modulated state). As shown in FIG. 1, all four light emitting elements 125-11 to 125-14 of column C1 form a corresponding pixel group G1 and the associated generated by the light emitting elements 125-11 to 125-14. The modulated light portions 118B-11 to 118B-14 are condensed and guided by the anamorphic optical system 130 as the light portions 118C-11 to 118C-14 on the corresponding imaging area P1, and thereby, are focused on the imaging area P1. The resulting imaged pixels produced are the synthetically modulated light received from all the light emitting elements in column C1 which is fully on in this example, namely 125-11 to 125-14. Similarly, the light emitting elements 125-21 to 125-24 in column C2 form the associated pixel group G2, and the light emitting elements 125-31 to 125-34 in column C3 form the associated pixel group G3 and the column The light emitting elements 125-41 to 125-44 at C4 form the associated pixel group G4.

本発明の重要な態様は、走査線画像を構成する各結像「画素」の明るさが「オン」状態にある関連する列の要素の数によって制御されるように、各発光素子によって出射される光部がアナモフィック光学系によって走査線に供給されるバイナリデータの1画素の一部のみを表すということの理解にある。したがって、各列に配置された複数の発光素子を個々に制御することにより、且つ、対応する結像領域上を各列で通過した光を集光することにより、本発明は、各列の素子の「オン」変調状態の数及び/又は程度(すなわち、完全に又は部分的に)を制御することによるグレースケール能力を有する結像システムを提供する。上述したように、列C1における素子125−11〜125−14の全て(群G1)が完全オンであることから、結像画素P1は最大輝度を有する。逆に、全ての素子125−21〜125−24は、描かれた例においては完全オフであることから、関連する変調光部は、最小輝度(最大暗さ)を有する結像領域P2において得られた結像画素を生成する。グレースケーリングは、完全オフ変調状態に素子125−31及び125−34を調整し且つ素子125−32及び125−33を完全オン状態に調整することによって列C3の素子(群G3)によって達成され、それにより、結像領域P3において得られた結像画素は、明るい部分118B−32及び118B−33によってのみ生成され、それゆえに、中間輝度を有する。グレースケーリングを達成するための他の方法は、列C4の素子(群G4)によって描かれており、素子125−41及び125−44の全ては、部分的オン変調状態に調整され、それにより、結像領域P4において得られた結像画素は、半分明るい部分118B−41〜118B−44によって生成され、それゆえに中間輝度を有する。   An important aspect of the present invention is emitted by each light emitting element such that the brightness of each imaging "pixel" making up the scan line image is controlled by the number of elements of the associated row in the "on" state. It is understood that the light portion represents only a portion of one pixel of binary data supplied to the scan line by anamorphic optics. Therefore, according to the present invention, the device according to the present invention is configured by individually controlling a plurality of light emitting elements arranged in each row and condensing the light passing in each row over the corresponding imaging region. An imaging system having gray scale capability by controlling the number and / or degree (i.e. completely or partially) of the "on" modulation states of. As described above, since all of the elements 125-11 to 125-14 in the column C1 (group G1) are completely on, the imaging pixel P1 has the maximum luminance. Conversely, since all elements 125-21 to 125-24 are completely off in the depicted example, the associated modulated light portion is obtained in the imaging area P2 with minimum brightness (maximum darkness) To generate an imaged pixel. Grayscaling is achieved by the elements of column C3 (group G3) by adjusting elements 125-31 and 125-34 to fully off modulation states and adjusting elements 125-32 and 125-33 to fully on states, Thereby, the imaging pixels obtained in the imaging area P3 are generated only by the bright portions 118B-32 and 118B-33 and therefore have an intermediate luminance. Another way to achieve grayscaling is depicted by the elements of column C4 (group G4), all of the elements 125-41 and 125-44 being adjusted to a partial on modulation state, whereby The imaging pixels obtained in the imaging area P4 are produced by half-bright portions 118B-41 to 118B-44 and therefore have an intermediate luminance.

図2、図3(A)及び図3(B)を参照しながら記載される特定の実施形態によれば、様々な代替の2次元光照射野発生装置は、独立して又は共通の駆動電流を使用して扱われる発光素子を含む。具体的には、図2は、装置コントローラ126Aが各発光素子についての個別の制御信号を生成する光照射野発生装置120Aを示している。以下に記載されるように、発光素子を扱うことは、各発光素子についての別個の制御信号を生成して送信することを独立して含み、ビーム整形を容易とするが、多くの制御ライン及び関連する費用を必要とする。図3(A)及び図3(B)は、それぞれ、各列(群)内の全ての発光素子が単一の(共通の)駆動電流(又は電圧)によって制御される光照射野発生装置120B及び120Cを示している。各列の共有(共通)の駆動電流の使用は、多くの費用と複雑さを省き、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。   According to the particular embodiments described with reference to FIGS. 2, 3A and 3B, various alternative two-dimensional light field generators may be operated independently or in common with the drive current. Containing light emitting elements that are treated using In particular, FIG. 2 shows a light field generator 120A in which the device controller 126A generates separate control signals for each light emitting element. As described below, handling the light emitting elements independently includes generating and transmitting a separate control signal for each light emitting element, facilitating beam shaping, but many control lines and Need related costs. In FIG. 3A and FIG. 3B, the light irradiation field generator 120B in which all the light emitting elements in each column (group) are controlled by a single (common) drive current (or voltage) And 120C. The use of shared (common) drive current for each column saves a lot of cost and complexity, and gray scale control is further achieved by controlling the amount of current transferred to a given column in an analog manner Can.

図2を参照すると、結像システム100Aは、発光素子124−11〜125−34のアレイ122Aと、制御ユニット126Aとを有する2次元光照射野発生装置120Aを含み、制御回路126Aは、結像動作の各結像段階中において1つの走査線画像データ部(例えば、走査線画像データ部LIN1)を記憶する制御(メモリ)セル128−11〜128−34のアレイを含む。例えば、所定の時間に、走査線画像データ部LIN1は、公知の技術を使用してシステムコントローラ(図示しない)から装置コントローラ126Aに対して送信される(書き込まれる)。この例において、装置コントローラ126Aは、関連する各画素データ値PID1〜PID3を解釈し、その後に制御(メモリ)セル128−11〜128−34に書き込まれる対応するビット値を生成する。例えば、画素データ値PID1は、最大強度画素値として解釈され、そのため、装置コントローラ126Aは、制御セル128−11〜128−14に論理「1」ビット値を書き込む。同様に、画素データ値PID2は最小強度画素値と解釈され、PID3は中強度画素値と解釈され、そのため、装置コントローラ126Aは、制御セル128−21〜128−24、128−31及び128−34に論理「0」ビット値を書き込み、メモリセル128−32及び128−33に論理「1」ビット値を書き込む。以下に記載されるように、各発光素子125−11〜125−34は、それぞれ、完全オン(第1の)変調状態と完全オフ(第2の)変調状態との間で切り替えるために、関連するメモリセル128−11〜128−34に記憶されたデータビットを介して(例えば、制御信号127Aを介して)個別に制御可能である。このように画像データIDに応じて発光素子125−11〜125−34を選択的に個別に制御することにより、変調光発生装置120Aは、供給された画像データに応じて変調光照射野119Bを生成するのを可能とする。   Referring to FIG. 2, the imaging system 100A includes a two-dimensional light field generator 120A having an array 122A of light emitting elements 124-11 to 125-34 and a control unit 126A, and the control circuit 126A performs imaging It comprises an array of control (memory) cells 128-11 to 128-34 storing one scanline image data portion (e.g. scanline image data portion LIN1) during each imaging stage of the operation. For example, at a predetermined time, the scan line image data unit LIN1 is transmitted (written) from a system controller (not shown) to the device controller 126A using a known technique. In this example, device controller 126A interprets each associated pixel data value PID1-PID3 and generates a corresponding bit value that is subsequently written to control (memory) cells 128-11-128-34. For example, pixel data value PID1 is interpreted as a maximum intensity pixel value, so device controller 126A writes a logical "1" bit value to control cells 128-11 to 128-14. Similarly, pixel data value PID2 is interpreted as a minimum intensity pixel value, and PID3 is interpreted as a medium intensity pixel value, so that device controller 126A controls control cells 128-21 through 128-24, 128-31 and 128-34. Write a logical "0" bit value to and write logical "1" bit values to memory cells 128-32 and 128-33. As described below, each light emitting element 125-11 to 125-34 is associated to switch between a fully on (first) modulation state and a completely off (second) modulation state, respectively. Are individually controllable (e.g., via control signal 127A) via data bits stored in memory cells 128-11 to 128-34. By selectively controlling the light emitting elements 125-11 to 125-34 individually according to the image data ID as described above, the modulated light generator 120A generates the modulated light irradiation field 119B according to the supplied image data. Make it possible to generate.

図2(A)〜図2(C)は、上述したビット値がコントロール回路126Aのメモリセル128−11〜128−34に書き込まれた後の結像システム100A(図2)の発光素子の単一列を示す簡略化された側面図であり、発光素子の各列(群)が図2の変調光照射野119Bを生成するように個別に制御される方法を例示している。図2(A)は、図2の列C1(群G1)を示しており、特に、メモリセル128−11〜128−14が、それぞれ、集光部118C−11〜118C−14が結像面162上の領域SL1に画素P1を生成するようにアナモフィック光学系130Aによってアナモフィックに集光される発光素子125−11〜125−14のそれぞれをオンさせる(例えば、発光素子125−11に光118B−11を出射させる)、記憶された論理「1」データ値に応じて設定された値を有する制御信号127A−11〜127A−14を送信することを示している。図2(B)は、図2の列C2(群G2)を示しており、特に、メモリセル128−11〜128−14が、それぞれ、発光素子125−21〜125−24をオフさせる、記憶された論理「0」データ値に応じて設定された値を有する制御信号127A−21〜127A−24を送信し、それにより、アナモフィック光学系130Aを光が通過せず、結像面162上の領域SL2における画素P2が暗いままであることを示している。図2(C)は、図2の列C3(群G3)を示しており、メモリセル128−31及び128−34が発光素子125−31及び125−34をオフさせる制御信号127A−31及び127A−34を生成し、メモリセル128−32及び128−33が発光素子125−32及び125−33をオンさせる制御信号127A−32及び127A−33をそれぞれ送信し、それにより、集光部118C−32及び118C−33が結像面162上の領域SL3における画素P3を生成するように、その後にアナモフィック光学系130Aによってアナモフィックに集光される変調光部118B−32及び118B−33を生成する。   FIGS. 2A to 2C show singles of light emitting elements of the imaging system 100A (FIG. 2) after the above-mentioned bit values are written to the memory cells 128-11 to 128-34 of the control circuit 126A. FIG. 7 is a simplified side view showing a row, illustrating how each row (group) of light emitting elements is individually controlled to produce the modulated light field 119 B of FIG. 2; FIG. 2A shows the column C1 (group G1) of FIG. 2, and in particular, the memory cells 128-11 to 128-14 have the light focusing portions 118C-11 to 118C-14 the imaging plane, respectively. Each of the light emitting elements 125-11 to 125-14 focused anamorphicly by the anamorphic optical system 130A is turned on to generate the pixel P1 in the region SL1 on the 162 (for example, the light 118B to the light emitting element 125-11). 11, and emitting control signals 127A-11 to 127A-14 having values set according to the stored logical "1" data values. FIG. 2B shows column C2 (group G2) of FIG. 2, and in particular, the memory cells 128-11 to 128-14 turn off the light emitting elements 125-21 to 125-24, respectively. Control signals 127A-21 to 127A-24 having values set according to the determined logic "0" data value, whereby light does not pass through the anamorphic optical system 130A and It indicates that the pixel P2 in the region SL2 remains dark. FIG. 2C shows column C3 (group G3) of FIG. 2 in which control signals 127A-31 and 127A cause memory cells 128-31 and 128-34 to turn off light emitting elements 125-31 and 125-34. -34, and the memory cells 128-32 and 128-33 transmit control signals 127A-32 and 127A-33 to turn on the light emitting elements 125-32 and 125-33, respectively, whereby the light collecting portion 118C- is generated. Modulated light portions 118B-32 and 118B-33 to be anamorphically condensed by the anamorphic optical system 130A are generated so that the pixels 32 and 118C-33 generate the pixel P3 in the region SL3 on the imaging surface 162.

図3(A)及び図3(B)は、それぞれ、発光素子124−11〜125−44のアレイを有する2次元光照射野発生装置をそれぞれ含み且つライン画像データLIDの関連する画素画像データ値PID1〜PID4に応じて共有駆動電流を生成するように構成された関連する制御ユニットをそれぞれ含む結像システム100B及び100Cを示しており、関連する画素群G1〜G4を形成する前記各列C1〜C4における全ての発光素子は、共有駆動電流の1つを受信する。所定の列における全ての発光装置の共通駆動は、発光装置を駆動する際に多くの費用及び複雑さを省き、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。例えば、図3(A)を参照すると、光照射野発生装置120Bは、アレイ122B及び制御ユニット126Bを含み、制御ユニット126Bは、それぞれ、関連する画素画像データ値PID1〜PID4に応じて駆動電流127B−1〜127B−4を生成するように構成されており、アレイ122Bは、列C1(すなわち、群G1)の素子125−11〜125−14が駆動電流127B−1を受信し、列C2(すなわち、群G2)の素子125−21〜125−24が駆動電流127B−2を受信し、列C3(すなわち、群G3)の素子125−31〜125−34が駆動電流127B−3を受信し、列C4(すなわち、群G4)の素子125−41〜125−44が駆動電流127B−4を受信するようにコントローラ126Bに連結されている。図3(A)に示された実施形態において、グレースケール制御は、アナログ的に所定の列に伝達される電流量を制御することによってさらに達成されることができる。例えば、コントローラ126Bは、さらに、変調光照射野119Bにおける対応する変調光部118B−11〜118B−44の異なるシェーディング及び走査線SLを形成する異なる濃淡の画像画素P1〜P4によって示されている、最大電流が群G1に供給され、ゼロ電流が群G2に供給され、2つの異なる中間電流が群G3及びG4に供給されるように、(例えば、トランジスタによって示される電流制御回路を介して)各画素列に印加される電流を制御するように使用されるアナログ制御値CB1〜CB4に対応する生成方法により、関連する画素画像データ値PID1〜PID4に応じて各駆動電流127B−1〜127B−4のアナログ値を変化させるように構成されている。図3(B)は、アナログ制御値CC1〜CC4を介してそれぞれ関連する画素画像データ値PID1〜PID4に応じて駆動電流127C−1〜127B−4を生成するように同様に構成された制御ユニット126Cを含む第2の光照射野発生装置120Cを示しており、アレイ122Cの素子125−11〜125−14は、駆動電流127C−1を受信し、素子125−21〜125−24は、駆動電流127C−2を受信し、素子125−31〜125−34は、駆動電流127C−3を受信し、素子125−41〜125−44は、駆動電流127C−4を受信する。図3(A)及び図3(B)に示されている実施形態は、光照射野発生装置120Bがそれらの関連する画素群に対して並列に駆動電流127B−1〜127B−4を供給するように構成されている(図3(A))のに対して、光照射野発生装置120Cが直列に駆動電流127C−1〜127C−4を供給するように構成されている(図3(B))点で異なる。光照射野発生装置120Cの直列配置は、より多くの工程を必要とするが、より高い電圧の低電流駆動源が使用されるのを可能とする。 FIGS. 3A and 3B respectively include a two-dimensional light irradiation field generator having an array of light emitting elements 124-11 to 125-44, respectively, and associated pixel image data values of line image data LID. The imaging systems 100B and 100C respectively including associated control units configured to generate a shared drive current according to PID1 to PID4 are shown, said columns C1 to C4 forming associated pixel groups G1 to G4. All light emitting elements in C4 receive one of the shared drive current. The common drive of all the light emitting devices in a given row saves much expense and complexity in driving the light emitting devices, and the grayscale control controls the amount of current transferred to a given row in an analog manner Can be further achieved. For example, referring to FIG. 3A, the light field generator 120B includes an array 122B and a control unit 126B, and the control unit 126B is responsive to the associated pixel image data values PID1 to PID4, respectively, to drive current 127B. -1 to 127B-4, the array 122B is such that the elements 125-11 to 125-14 of column C1 (i.e. group G1) receive the drive current 127B-1 and the array C2 That is, elements 125-21 through 125-24 of group G2) receive drive current 127B-2 and elements 125-31 through 125-34 of column C3 (i.e., group G3) receive drive current 127B-3. Connected to controller 126B such that elements 125-41 to 125-44 of column C4 (i.e., group G4) receive drive current 127B-4. It has been. In the embodiment shown in FIG. 3 (A), gray scale control can be further achieved by controlling the amount of current transferred to a given column in an analog manner. For example, controller 126B is further illustrated by different shading of image pixels P1-P4 forming different shading and scan lines SL of corresponding modulated light portions 118B-11-118B-44 in modulated light field 119B. Maximum current is supplied to group G1, zero current is supplied to group G2, and two different intermediate currents are supplied to groups G3 and G4, each (eg, via a current control circuit indicated by a transistor) the generation method corresponding to the analog control value C B1 -C B4 used to control the current applied to the pixel columns, each driven in accordance with the relevant pixel image data values PID1~PID4 current 127B-1~127B It is configured to change the analog value of -4. FIG. 3 (B), were similarly configured generate a driving current 127C-1~127B-4 in accordance with the pixel image data values PID1~PID4 associated respectively via an analog control value C C1 -C C4 The second light field generator 120C including the control unit 126C is shown, wherein the elements 125-11 to 125-14 of the array 122C receive the drive current 127C-1 and the elements 125-21 to 125-24 are , Drive current 127C-2, elements 125-31 through 125-34 receive drive current 127C-3, and elements 125-41 through 125-44 receive drive current 127C-4. In the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, the light field generator 120B supplies drive currents 127B-1 to 127B-4 in parallel to their associated pixel groups. While the light irradiation field generation device 120C is configured to supply drive currents 127C-1 to 127C-4 in series (FIG. 3 (B)). It differs in the point)). The series arrangement of the light field generator 120C requires more steps but allows a higher voltage low current drive source to be used.

図4(A)及び図4(B)は、改良された光学スループット及びコリメーションが各発光素子の前方にマイクロレンズを配置することによって達成される代替的な実施形態にかかる光照射野発生装置を示す簡略化された図である。図4(A)は、発光素子125Dが形成されている(第1の)基板121Dと、マイクロレンズ145Dのアレイを含む(第2の)基板140Dとを含む光照射野発生装置120Dを示しており、基板140Dは、図4(A)の右側のバブルに示されるように、各発光素子によって生成/送信された光部(例えば、素子125D−18によって生成された光部118B−18)が関連するマイクロレンズ(例えば、マイクロレンズ145D−18)を通過するように生成中に基板121D上にハイブリッド方式で配置される。あるいは、図4(B)は、各発光素子(例えば、素子125E−18)によって送信された関連する光部(例えば、光部118E−18)が関連するマイクロレンズ(例えば、マイクロレンズ145E−18)を通過するように、VCSEL素子125Eが基板121E上に配置され且つマイクロレンズ145Eが基板121E上に一体に配置された光照射野発生装置120Eを示している。図4(A)及び図4(B)に示されるいずれの場合にも、マイクロレンズの使用は、光学スループットを大幅に向上させることが見出された(すなわち、結像面におけるスループット比は、0.55〜0.79に改善するように測定された)。   Figures 4 (A) and 4 (B) illustrate a light field generator according to an alternative embodiment in which improved optical throughput and collimation are achieved by placing a microlens in front of each light emitting element It is a simplified diagram shown. FIG. 4A shows a light irradiation field generator 120D including a (first) substrate 121D on which the light emitting element 125D is formed, and a (second) substrate 140D including an array of microlenses 145D. In the substrate 140D, as shown by the bubbles on the right side of FIG. 4A, the light portion generated / transmitted by each light emitting element (eg, the light portion 118B-18 generated by the element 125D-18) is It is arranged in a hybrid fashion on substrate 121D during production to pass through the associated microlenses (e.g. microlenses 145D-18). Alternatively, FIG. 4B shows a microlens (eg, microlens 145E-18) to which the associated light portion (eg, light portion 118E-18) transmitted by each light emitting element (eg, device 125E-18) is associated. And the micro-lenses 145E are integrally disposed on the substrate 121E so as to pass through the light emitting field generator 120E. In any of the cases shown in FIGS. 4A and 4B, the use of microlenses was found to significantly improve the optical throughput (ie, the throughput ratio at the imaging plane is Measured to improve from 0.55 to 0.79).

図5(A)及び図5(B)は、それぞれ、各列の発光素子(すなわち、各画素群)が平行四辺形構成に配置された代替的な実施形態にかかる光照射野発生装置120F及び120Gを示している。例えば、図5(A)は、各列/群における発光素子(例えば、列C1/群G1における素子125−11〜125−13)が処理(Y軸)方向に対して斜めの角度βで整列されるように、発光素子125−11〜125−43が平行四辺形配置で配置された光照射野発生装置120Fを示している。この配置により、集光変調光部は、細長い走査線画像SLの関連するサブ結像領域に向けられ、サブ結像領域は、交差処理(X軸)方向に若干オフセットされる。例えば、列C4/群G4の素子125−41〜125−43は、集光部118C−41〜118C−43が画素形成走査線画像SL上に導かれるように本願明細書に記載された方法でアナモフィック光学系130Fによって結像されて集光される変調光部118B−41〜118B−43を出射する。素子125−41〜125−43が斜めの角度βに沿って整列されることから、変調光部118B−41〜118B−43は、交差処理方向において若干オフセットされ、それにより、集光部118B−41〜118B−43は、処理(Y軸)及び交差処理(X軸)方向に互いに若干オフセットされた画素画像領域P4の関連するサブ結像領域SL−41〜SL−43上に導かれる。斜めの角度βに沿って発光素子群を整列させることにより、本発明は、(すなわち、X軸及びY軸方向の双方において小数精度で画像「画素」を位置決めするソフトウェアを利用することによって)平行四辺形配置に関連するより高いサブ画素間隔及び多値画像露光方法によって提供される優れた画素画像の生成の双方を提供する結像システムの形成を容易とする。すなわち、図5(A)及び図5(B)に示されたものと同様の平行四辺形構成の使用は、所定の列からの加算された出射が走査線画像SLの関連する結像された画素領域を満たすのを可能とする。単一発光装置の画像が画素ピッチよりも小さい場合には、強度変調は、名目上完全に強いラインに沿って発生するであろう(全画素オン)。若干オフセットされた出射をともに追加することにより、完全な結像された画素を満たすことができる。   FIGS. 5A and 5B respectively show a light irradiation field generator 120F according to an alternative embodiment in which the light emitting elements in each row (ie, each pixel group) are arranged in a parallelogram configuration. It shows 120G. For example, FIG. 5A shows that the light emitting elements in each row / group (for example, the elements 125-11 to 125-13 in row C1 / group G1) are aligned at an oblique angle β with respect to the processing (Y axis) direction As shown, the light irradiation field generator 120F is shown in which the light emitting elements 125-11 to 125-43 are arranged in a parallelogram arrangement. By this arrangement, the collection modulated light portion is directed to the associated sub-imaging area of the elongated scan line image SL, and the sub-imaging area is slightly offset in the cross-process (X-axis) direction. For example, the elements 125-41 to 125-43 of the column C4 / group G4 are arranged in the manner described herein such that the light collectors 118C-41 to 118C-43 are led onto the pixel forming scan line image SL The modulated light portions 118B-41 to 118B-43 to be imaged and condensed by the anamorphic optical system 130F are emitted. Because the elements 125-41 to 125-43 are aligned along the oblique angle β, the modulated light portions 118B-41 to 118B-43 are slightly offset in the cross-process direction, thereby allowing the light collecting portion 118B- to 41-118B-43 are directed onto the associated sub-imaging areas SL-41 to SL-43 of the pixel image area P4 slightly offset from one another in the processing (Y-axis) and cross processing (X-axis) directions. By aligning the light emitters along an oblique angle β, the invention parallels (ie by utilizing software to position the image “pixels” with decimal accuracy in both the X and Y directions). It facilitates the formation of an imaging system that provides both the higher sub-pixel spacing associated with the quadrilateral arrangement and the superior pixel image generation provided by the multi-valued image exposure method. That is, the use of a parallelogram configuration similar to that shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B) results in the summed emission from a given row being imaged relative to the scan line image SL It is possible to fill the pixel area. If the image of a single light emitting device is smaller than the pixel pitch, intensity modulation will occur along a line that is nominally perfectly strong (all pixels on). By adding together a slightly offset emission, it is possible to fill the complete imaged pixel.

図5(A)及び図5(B)に示される代替の例示的な実施形態の他の態様によれば、処理及び交差処理方向における改良されたビーム発散特性は、解像度を損なうことなく画像画素への集光を最適化するように発光素子の形状を調整することによって達成されることができる。例えば、光照射野発生装置120Fの発光素子125F(図5(A))は、特定のビーム発散を生成する矩形形状を有する。図5(B)における光照射野発生装置120Gによって示されるように、場合によっては、処理及び交差処理方向における改良されたビーム発散特性は、円形又は楕円形を有する発光素子125Gを形成することによって達成されることができる。   According to another aspect of the alternative exemplary embodiments shown in FIGS. 5A and 5B, the improved beam divergence characteristics in the processing and cross-processing directions can be used as image pixels without loss of resolution. This can be achieved by adjusting the shape of the light emitting element so as to optimize the concentration of light. For example, the light emitting element 125F (FIG. 5A) of the light irradiation field generator 120F has a rectangular shape that generates a specific beam divergence. In some cases, as shown by light field generator 120G in FIG. 5 (B), the improved beam divergence characteristics in the processing and cross-processing direction may be by forming a light emitting element 125G having a circular or elliptical shape. It can be achieved.

図6(A)及び図6(B)は、本発明の例示的な実施形態にかかる一般的なアナモフィック光学系130Hを含む結像システム100Hの一部を示す簡略化された図である。図6(A)を参照すると、アナモフィック光学系130Hは、本発明の例示的な具体的な実施形態にかかる、任意のコリメート光学サブシステム131Hと、交差処理方向光学サブシステム133Hと、処理方向光学サブシステム137Hとを含む。図6(A)及び図6(B)における光線トレースによって示されるように、光学サブシステム131H、133H及び137Hは、光照射野発生装置120Hと結像システム100Hの出力において生成された走査線SLとの間の光路中に配置される。図6(A)は、X軸(すなわち、交差処理方向)に平行な走査線SL上に集光部118Cを形成するために光照射野発生装置120Hによって通過された変調光部118Bにコリメート光学サブシステム131H及び交差処理方向光学サブシステム133Hが作用することを示す平面図であり、図6(B)は、コリメート光学サブシステム131H及び処理方向光学サブシステム137Hが変調光部118Bに作用し、Y軸(すなわち、処理方向)に直交する方向における走査線SL上に集光部118Cを生成する方法を示す側面図である。任意のコリメート光学サブシステム131Hは、空間光変調器120Hの直後に位置しており、空間光変調器120Hの表面から若干発散された光部をコリメートするように配置される、公知の技術にしたがって形成されたコリメートフィールドレンズ132Hを含む。交差処理方向光学サブシステム133Hは、交差処理(走査)方向に(すなわち、X軸に沿って)光を拡大する2レンズの円筒状又は非円筒状投影システムであり、処理方向光学サブシステム137Hは、処理(交差走査)方向に(すなわち、Y軸に沿って)光をフォーカスする円筒状又は非円筒状の単一フォーカスレンズシステムである。この構成の利点は、シングルパス結像システム100Hの出力に位置する走査線SLに集光される光(例えば、レーザ)出力の強度を可能とするということである。2レンズの円筒状又は非円筒状投影システム133Hは、交差処理方向において結像面(例えば、円筒)上に光照射野発生装置120Hによって通過される変調光部(結像データ)118Bを投影して拡大するように配置された第1の円筒状又は非円筒状レンズ134H及び第2の円筒状又は非円筒状レンズ136H(及び任意のコリメート光学サブシステム131H)を含む。レンズサブシステム137Hは、走査線SL上の狭い高解像度のライン画像まで投影された結像データを集光する第3の円筒状又は非円筒状レンズ138Hを含む。レンズ138Hのフォーカス力が増加することから、空間光変調器120H上の光の強度は、走査線SLにおいて生成されるライン画像の強度に比べて低減される。しかしながら、これは、円筒状又は非円筒状レンズ138Hがレンズ138Hのまさにエッジに延在する明確な開口を有する処理面(例えば、結像ドラム)の近くに配置されなければならないことを意味する。   6A and 6B are simplified diagrams illustrating portions of an imaging system 100H including generic anamorphic optics 130H in accordance with an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 (A), the anamorphic optical system 130H comprises an optional collimating optical subsystem 131H, a cross processing direction optical subsystem 133H, and a processing direction optical optical according to an exemplary embodiment of the present invention. And subsystem 137H. As shown by the light ray traces in FIGS. 6A and 6B, the optical subsystems 131H, 133H and 137H are scan lines SL generated at the output of the light field generator 120H and the imaging system 100H. In the light path between FIG. 6A shows collimated optics of the modulated light portion 118B passed by the light irradiation field generator 120H to form the light collecting portion 118C on the scanning line SL parallel to the X axis (that is, the cross processing direction). FIG. 6B is a plan view showing that the subsystem 131H and the cross processing direction optical subsystem 133H act, and in FIG. 6B, the collimating optical subsystem 131H and the process direction optical subsystem 137H operate on the modulated light portion 118B; FIG. 18 is a side view showing a method of generating the light collecting unit 118C on the scanning line SL in the direction orthogonal to the Y axis (that is, the processing direction). The optional collimating optical subsystem 131H is located immediately after the spatial light modulator 120H and is arranged to collimate the light slightly diverged from the surface of the spatial light modulator 120H according to known techniques. It includes a formed collimating field lens 132H. Cross-processing directional optical subsystem 133H is a two-lens cylindrical or non-cylindrical projection system that magnifies light in the cross-processing (scan) direction (ie, along the X-axis); A cylindrical or non-cylindrical single focus lens system that focuses light in the process (cross-scan) direction (ie, along the Y axis). An advantage of this arrangement is that it enables the intensity of the light (e.g. laser) output focused on scan line SL located at the output of single pass imaging system 100H. A bi-lens cylindrical or non-cylindrical projection system 133H projects the modulated light portion (imaging data) 118B passed by the light field generator 120H onto an imaging plane (eg, a cylinder) in the cross-process direction And includes a first cylindrical or non-cylindrical lens 134H and a second cylindrical or non-cylindrical lens 136H (and optional collimating optics subsystem 131H) arranged to expand. The lens subsystem 137H includes a third cylindrical or non-cylindrical lens 138H that collects imaging data projected to a narrow high resolution line image on scan line SL. Since the focusing power of the lens 138H is increased, the light intensity on the spatial light modulator 120H is reduced as compared to the intensity of the line image generated on the scanning line SL. However, this means that a cylindrical or non-cylindrical lens 138H must be placed near the processing surface (eg, imaging drum) with a clear aperture extending to the very edge of the lens 138H.

この好ましい実施形態によれば、所望のライン幅、及び、所望のライン長さを提供するために選択された交差処理方向光学倍率に応じて、アナモフィック光学系130Hが、1未満(縮小)の処理方向光学倍率で形成される。実用的な実施形態においては、アナモフィック光学系130Hは、交差処理方向で−1.96及び処理方向で−0.14の倍率で製造される。マルチモードVCSELは、所定の解像度のために、より高い開口数の投影光学系を必要とするであろう。これにより、光学解像度又は処理方向における縮小量が制限され得る。結像品質も劣り得るが、特定用途によっては許容可能かもしれない。   According to this preferred embodiment, the anamorphic optical system 130H processes less than 1 (reduction), depending on the desired line width and the cross process direction optical power selected to provide the desired line length. Formed with directional optical power. In a practical embodiment, the anamorphic optics 130H are manufactured with a magnification of −1.96 in the cross-process direction and −0.14 in the process direction. Multimode VCSELs will require higher numerical aperture projection optics for a given resolution. This may limit the amount of reduction in optical resolution or processing direction. The imaging quality may also be inferior but may be acceptable depending on the particular application.

図7は、集光されたスポット上にVCSELアレイの統合光出力を結合するための縮小光学系を使用する概念を示している。このように、複数のVCSELによって提供される強化された光出力は、小さい画素に供給されることができる。そして、複数の画素は、VCSEL素子の対応するセットをオン又はオフすることによって扱われる各画素によってライン上に配置されることができる。図7の例は、15mmだけ分離されたF1=20mmレンズ及びF2=3mmレンズからなる2レンズの球面光学系を使用して概念を示している。第1のレンズからd01=3mm離れてVCSELアレイを配置することにより、5倍縮小が像面di2で達成される。217μm×108μmの32素子VCSELアレイを使用した例において、図5に記載された光学系を使用した実験は、600dpiのライン発生装置について適切な42μm×21μm画素まで5倍だけ縮小された画像を生成した。この表示システムは、画素を形成するために2次元VCSELアレイを結像しているが、同じ概念は、列方向に縮小して行方向に拡大することができる円筒状アナモフィック光学系を有する画素を形成する際の実際の状況に適用される。   FIG. 7 illustrates the concept of using reduction optics to combine the integrated light output of a VCSEL array onto a collected spot. Thus, the enhanced light output provided by the plurality of VCSELs can be provided to small pixels. A plurality of pixels can then be placed on the line by each pixel being addressed by turning on or off the corresponding set of VCSEL elements. The example of FIG. 7 illustrates the concept using a two-lens spherical optical system consisting of an F1 = 20 mm lens and an F2 = 3 mm lens separated by 15 mm. By arranging the VCSEL array at a distance d01 = 3 mm from the first lens, a 5 × reduction is achieved at the image plane di2. In the example using a 217 μm × 108 μm 32-element VCSEL array, an experiment using the optical system described in FIG. 5 produces an image reduced by 5 times to a suitable 42 μm × 21 μm pixel for a 600 dpi line generator. did. Although this display system images a two-dimensional VCSEL array to form pixels, the same concept applies to pixels with cylindrical anamorphic optics that can be scaled down in the column direction and expanded in the row direction. It applies to the actual situation in which it is formed.

様々な実用的な実施形態によれば、本発明にしたがって生成される結像システムは、n×mアレイに配置された複数のVCSEL装置を備える2次元光照射野発生装置を含み、n及びmは整数であり、n及びmの少なくとも一方は1超である。図8は、2次元光照射野発生装置120Jが、1×3のアレイに配置されたVCSEL装置120J−1〜120J−3と、交差処理(X軸)方向に整列されたVCSEL装置120J−1、120J−2及び120J−3とを含む結像システム100Jを示している。上述した方法でVCSEL装置を動作させることにより(すなわち、画素画像のラインを生成するために各列の発光素子125Jによって生成された変調光部118Bを結像及び濃縮することにより)、且つ、適切に広いアナモフィック光学系を提供することにより、この装置は、単一のVCSEL装置を使用して達成されることができるよりも長い走査線画像SLを生成するのを容易とし、走査線SLの長さは、整列されたVCSEL装置の数を増やす(及び光学系に対して適切な変更を行う)ことによって容易に長くすることができる。基本的な概念は、VCSEL装置の長いチェーンを形成し、結像面内の単一の画素上に発光装置の列のコリメートされた出力をマッピングすることであり、それにより、以下に記載された走査/印刷装置などの様々な装置/システムを容易とする。   According to various practical embodiments, the imaging system produced according to the invention comprises a two-dimensional light field generator comprising a plurality of VCSEL devices arranged in an n × m array, n and m Is an integer, and at least one of n and m is more than one. FIG. 8 shows a VCSEL device 120J-1 in which the two-dimensional light irradiation field generator 120J is aligned in the cross process (X-axis) direction with the VCSEL devices 120J-1 to 120J-3 arranged in a 1 × 3 array. , 120J-2 and 120J-3. By operating the VCSEL device in the manner described above (ie by imaging and concentrating the modulated light portion 118B generated by the light emitting elements 125J in each column to generate a line of pixel images), and appropriately By providing a wide anamorphic optical system, this device facilitates generating a longer scan line image SL than can be achieved using a single VCSEL device, and The length can be easily made longer by increasing the number of VCSEL devices aligned (and making appropriate changes to the optics). The basic idea is to form a long chain of VCSEL devices and map the collimated output of a row of light emitting devices onto a single pixel in the imaging plane, as described below Facilitate various devices / systems such as scanning / printing devices.

図9は、図8を参照して上述したように構成されたVCSEL装置の単一行を含む2次元光照射野発生装置120Mと、本発明の他の特定の実施形態にしたがって細長い走査ラインを生成するように配置された関連する細長いアナモフィック光学系130Mとを有するシングルパス結像システム100Mを含む走査/印刷装置400Mを示す斜視図である。結像システム100Mはまた、光照射野発生装置120Mの各VCSEL装置に対して走査線画像データ部(例えば、部分LIN11)を送信するコントローラを含む。図8の実施形態と同様に、光照射野発生装置120Mは、アナモフィック光学系130Mの交差処理方向光学サブシステム133M及び処理方向光学サブシステム137Mによって結像されて集光された変調光照射野119Bを外側(結像)面162M上に生成し、この場合、ドラムシリンダ160Mによって実現される。この実施形態において、アナモフィック光学系130Mは、処理及び交差処理方向の双方においてドラムシリンダ160M上に生成された2つの走査線画像の位置及び左から右への順序が効果的に「反転」されるように、処理及び交差処理方向の双方において変調光照射野119Bを反転させる。上述した態様に一致して、多値画像露光は、グレースケール画素画像が関連するMEMSミラー機構群の中央領域に配置された隣接する発光素子を活性化するか又は上述した方法でアナログ駆動電流を利用することによって実現されるように、実質的に処理(Y軸)方向に整列された光照射野発生装置120Mを形成するVCSEL装置の発光素子の群を構成することによって結像システム100Mを使用して達成される。   FIG. 9 illustrates a two-dimensional light field generator 120M including a single row of VCSEL devices configured as described above with reference to FIG. 8 and generating elongated scan lines according to another particular embodiment of the present invention FIG. 10A is a perspective view showing a scanning / printing apparatus 400M including a single pass imaging system 100M with associated elongated anamorphic optics 130M positioned to: The imaging system 100M also includes a controller that transmits a scanline image data portion (eg, partial LIN 11) to each VCSEL device of the light field generator 120M. Similar to the embodiment of FIG. 8, the light irradiation field generator 120M is a modulated light irradiation field 119B imaged and collected by the cross processing direction optical subsystem 133M of the anamorphic optical system 130M and the processing direction optical subsystem 137M. Is generated on the outer (imaging) surface 162M, which in this case is realized by the drum cylinder 160M. In this embodiment, the anamorphic optical system 130M is effectively "reversed" the position and the order from left to right of the two scan line images generated on the drum cylinder 160M in both the process and cross process directions. As such, the modulated light field 119B is reversed in both the process and cross process directions. Consistent with the above-described aspects, multi-level image exposure activates adjacent light emitting elements disposed in the central region of the MEMS mirror feature group to which the gray scale pixel image is associated, or an analog drive current in the manner described above. Use imaging system 100M by configuring groups of light emitting elements of a VCSEL device to form light field generator 120M substantially aligned in the process (Y-axis) direction as realized by utilizing To be achieved.

図10(A)〜図10(D)は、例示的な結像動作中における図9の走査/印刷装置400Mを示す簡略化された側面図である。簡略化された側面図は、処理方向における反転を無視し、そのためアナモフィック光学系130Mが単一の交差処理レンズによって描かれていることに留意されたい。   10A-10D are simplified side views illustrating the scanning / printing device 400M of FIG. 9 during an exemplary imaging operation. It should be noted that the simplified side view ignores the inversion in the process direction so that the anamorphic optics 130M are depicted by a single cross-processed lens.

図10(A)は、空間光変調器120Mの例示的な変調素子群G2が図9を参照しながら上述した方法で走査線画像データ群PID12に応じてそれぞれ構成されている場合の結像システム100M(T1)(すなわち、結像動作の第1の期間T1の間における結像システム100M)を示している。特に、図10(A)は、素子125M−22〜125M−27が活性化され(完全オン)且つ素子125M−21及び125M−28が非活性化(完全オフ)されるように、画素画像データ部PID12を使用した発光素子125M−21〜125M−28の構成を示している。   FIG. 10A shows an imaging system in which the exemplary modulation element group G2 of the spatial light modulator 120M is configured in accordance with the scanning line image data group PID12 in the manner described above with reference to FIG. 100M (T1) (i.e. the imaging system 100M during the first period T1 of the imaging operation) is shown. In particular, FIG. 10A shows pixel image data such that elements 125M-22 to 125M-27 are activated (full on) and elements 125M-21 and 125M-28 are inactive (full off). The structure of the light emitting element 125M-21-125M-28 which used part PID12 is shown.

図10(A)の右側を参照すると、画像転写動作を実現するために、結像システム100Mは、さらに、結像領域の上流点において結像面162M上に湿し溶液192を塗布する液体供給源190と、結像領域の下流点においてインク材料197を塗布するインク供給源195とを含む。さらに、ターゲット印刷媒体にインク材料197を転写するために搬送機構(図示しない)が設けられ、次の露光サイクルのために結像面162Mを準備するためにクリーニング機構198が設けられている。画像転写動作は、さらに、図10(B)〜図10(D)を参照して以下に記載される。   Referring to the right side of FIG. 10A, in order to realize the image transfer operation, the imaging system 100M further supplies a dampening solution 192 to the imaging surface 162M at a point upstream of the imaging area. A source 190 and an ink supply 195 for applying ink material 197 at a point downstream of the imaging area. In addition, a transport mechanism (not shown) is provided to transfer the ink material 197 to the target print media, and a cleaning mechanism 198 is provided to prepare the imaging surface 162M for the next exposure cycle. The image transfer operation is further described below with reference to FIGS. 10 (B) -10 (D).

図10(A)を再度参照すると、それらの変調(オン/オフ)状態のために、発光素子125M−22〜125M−27は、アナモフィック光学系130Mを介して導かれる変調光照射野119Bを形成する変調光部118B−21〜118B−27を生成する。アナモフィック光学系130Mは、変調光照射野119Bを結像して集光することにより、結像面162M上の細長い表面領域162M−1において走査線画像SL1の一部を形成する画素画像P12を生成する集光された変調光照射野119Cを生成する。特に、変調光部118B−21〜118B−27によって形成された関連する集光された光は、(すなわち、画素画像P21における表面領域162M−1が露光されるように)細長い表面領域162M−1から湿し溶液192を除去(蒸発)する。画素画像P21のサイズ(すなわち、結像面162Mから除去される湿し溶液の量)は、活性化された発光素子の数によって決定されることに留意されたい。   Referring again to FIG. 10A, because of their modulation (on / off) state, the light emitting elements 125M-22 to 125M-27 form the modulated light irradiation field 119B guided through the anamorphic optical system 130M. Modulation light portions 118B-21 to 118B-27. The anamorphic optical system 130M forms a pixel image P12 which forms a part of the scanning line image SL1 in the elongated surface region 162M-1 on the imaging surface 162M by imaging and condensing the modulated light irradiation field 119B. To generate a focused modulated light irradiation field 119C. In particular, the associated collected light formed by the modulated light portions 118B-21 to 118B-27 is elongated surface area 162M-1 (ie, so that surface area 162M-1 in pixel image P21 is exposed). The dampening solution 192 is removed (evaporated). It should be noted that the size of the pixel image P21 (ie the amount of dampening solution removed from the imaging surface 162M) is determined by the number of activated light emitting elements.

図10(B)、図10(C)及び図10(D)は、時間T1に続く時点における結像システム100Mを示しており、空間光変調器120Mは、表面特徴P12(図10(A)を参照)が、結像システム100Mの画像転写動作に応じてその後に利用される方法のために非活性化される。図10(B)を参照すると、時点T2において、ドラムシリンダ160Mは、表面領域162M−1がインク供給源195の下方を通過するように回転している。図10(A)に示された湿し溶液の除去に起因して、インク材料197は、インク特徴TFを形成するように露光された表面領域162M−1に付着する。図10(C)を参照すると、時点T3において、インク特徴TFが転写ポイントを通過している間に、インク材料と表面領域162M−1との間の弱い付着及び印刷媒体(図示しない)へのインク材料の強い引力は、印刷媒体へのインク特徴TFの転写を生じさせ、印刷媒体上に印刷されたインクの「ドット」をもたらす。続くT4において、図10(D)に示されるように、表面領域162M−1は、後の露光/印刷サイクルのために表面領域162M−1を調製するために任意の残留インク及び湿し溶液材料を除去するクリーニング機構198の下方で回転される。上述した画像転写動作によれば、インク材料は、上述した結像プロセスによって露光された結像面162Mの一部のみに転写し(すなわち、インク材料は、湿し溶液192に付着しない)、それにより、インク材料は、本願明細書に記載されたように集光にさらされるドラムローラ160Hの部分から印刷媒体に転写されるにすぎない。それゆえに、従来のシステムにおけるように版からの固定データの代わりに、湿し溶液が除去された可変データが転写される。この処理について、ラスタ光源(すなわち、走査線の前後にわたってラスタされた光源)を使用して動作するように、単一の非常に高出力の光源(例えば、レーザ)は、リアルタイムで湿し溶液を十分に除去するために必要とされるであろう。本発明の結像動作の利点は、液体が同時に走査線全体から除去されることから、オフセット印刷機の構成が複数の比較的低出力の光源を使用して高速に提供されるということである。   10 (B), 10 (C) and 10 (D) show the imaging system 100M at the time point following time T1, and the spatial light modulator 120M has the surface feature P12 (FIG. 10 (A)). ) Are deactivated for the method to be used later in response to the image transfer operation of the imaging system 100M. Referring to FIG. 10B, at time T2, the drum cylinder 160M rotates such that the surface area 162M-1 passes below the ink supply source 195. Due to the removal of the dampening solution shown in FIG. 10A, the ink material 197 adheres to the exposed surface area 162M-1 to form the ink features TF. Referring to FIG. 10C, weak adhesion between the ink material and the surface area 162M-1 and the printing medium (not shown) while the ink feature TF passes through the transfer point at time T3. The strong attraction of the ink material results in the transfer of the ink features TF to the print medium, resulting in "dots" of ink printed on the print medium. At subsequent T4, as shown in FIG. 10D, surface area 162M-1 is an optional residual ink and dampening solution material to prepare surface area 162M-1 for later exposure / printing cycles. Below the cleaning mechanism 198 to remove the According to the image transfer operation described above, the ink material is transferred onto only a portion of the imaging surface 162M exposed by the imaging process described above (ie, the ink material does not adhere to the dampening solution 192), Thus, the ink material is only transferred to the print medium from the portion of drum roller 160H that is exposed to light collection as described herein. Therefore, instead of fixed data from the plate as in conventional systems, variable data from which the dampening solution has been removed is transferred. For this process, a single very high power light source (e.g., a laser) operates the dampening solution in real time so that it operates using a raster light source (i.e., a light source rastered across the scan line) It will be needed to get rid of enough. An advantage of the imaging operation of the present invention is that because the liquid is simultaneously removed from the entire scan line, the configuration of the offset press can be provided at high speed using multiple relatively low power light sources. .

図11は、2次元光照射野発生装置120Nが2×3アレイに配置された6つのVCSEL装置120N−1〜120N−6を含む他の例示的な実施形態にかかる結像システム100Nを示しており、VCSEL装置120N−1、120N−2及び120N−3は上行を形成し、VCSEL装置120N−4、120N−5及び120N−6は下行を形成する。この構成において、2つ以上のVCSEL装置は、各列(すなわち、それぞれの関連する画素群)が2つ以上のVCSEL装置上に配置された発光素子の整列されたセットを含むように処理(Y軸)方向に整列される。例えば、図11の右側におけるバブルに示されるように、光照射野発生装置120Nの列C21は、VCSEL装置120N−1の発光素子125−181〜125−187と、VCSEL装置120N−4の発光素子125−481〜125−487とを含む画素群G21を備える。図11の左側に示されているように、アナモフィック光学系130Nが単一の画像画素領域P21上に画素群G21からの全ての光を結像して集光することから、この構成は、本発明が広い範囲の産業用途において有用であることができる非常に高エネルギのレーザ線を生成するのを容易とするために利用されることができる方法を示している。

FIG. 11 illustrates an imaging system 100N according to another exemplary embodiment including six VCSEL devices 120N-1 through 120N-6 in which a two-dimensional light field generator 120N is arranged in a 2 × 3 array. The VCSEL devices 120N-1, 120N-2 and 120N-3 form the upper row, and the VCSEL devices 120N-4, 120N-5 and 120N-6 form the lower row. In this configuration, two or more VCSEL devices are processed such that each column (ie, each associated pixel group) includes an aligned set of light emitting elements disposed on the two or more VCSEL devices (Y Aligned in the axis) direction. For example, as shown by the bubbles on the right side of FIG. 11, the column C21 of the light irradiation field generation device 120N includes the light emitting elements 125-181 to 125-187 of the VCSEL device 120N-1 and the light emitting elements of the VCSEL device 120N-4. A pixel group G21 including 125-481 to 125-487 is provided. As shown in the left side of FIG. 11, since the anamorphic optical system 130N images and condenses all the light from the pixel group G21 on a single image pixel area P21, this configuration is Fig. 6 illustrates a method that can be utilized to facilitate the generation of very high energy laser lines that the invention can be useful in a wide range of industrial applications.

Claims (8)

シングルパス結像システムにおいて、
2次元アレイ状に配置された複数の発光素子であって、各発光素子が第1の変調状態にある場合に前記各発光素子が第1の強度を有する関連する変調光部を伝達し、前記各発光素子が第2の変調状態にある場合に前記各発光素子が前記第1の強度よりも低い第2の強度を有する前記関連する光部を伝達し、前記各発光要素が対応する所定方向に前記関連する光の一部を向けるように配置され、それによって前記複数の発光素子が変調された2次元光照射野を生成するように前記各発光素子が2つ以上の変調状態間で調整可能である、前記複数の発光素子と、
受信した画像データに応じて前記複数の発光素子を制御するように構成されたコントローラと
を含む2次元光照射野発生装置と、
前記2次元光照射野発生装置から前記変調された2次元光照射野を受光するように配置され、前記集光された変調光部が細長い走査線画像を生成するように前記各発光素子から伝達された前記関連する光部を集光するように配置されたアナモフィック光学系と、を備え、
前記複数の発光素子が複数の行及び複数の列に配置され、前記各列における前記発光素子の全てが関連する画素群を形成し、
前記アナモフィック光学系が、前記細長い走査線画像の関連する前記走査線部上に前記複数の発光素子の各関連する画素群から受光した変調光部を集光するように配置され、
前記アナモフィック光学系が交差処理光学サブシステム及び処理方向光学サブシステムを含み、
前記交差処理光学サブシステムが交差処理方向にのみ前記変調光部を投影及び拡大するように配置された第1及び第2のフォーカスレンズを含み、
前記処理方向光学サブシステムが処理方向に平行に前記細長い走査線画像上で前記変調光部を集光するように配置されている第3のフォーカスレンズを含み、
前記第1、第2及び第3のフォーカスレンズのそれぞれが円筒状レンズ及び非円筒状レンズを含む、結像システム。
In a single pass imaging system
A plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional array, wherein each light emitting element transmits an associated modulated light portion having a first intensity when each light emitting element is in a first modulation state; Each light emitting element transmits the associated light portion having a second intensity lower than the first intensity when each light emitting element is in the second modulation state, and each light emitting element corresponds to a predetermined direction Each light emitting element being adjusted between two or more modulation states such that the plurality of light emitting elements are modulated to generate a modulated two-dimensional light field. Said plurality of light emitting elements being possible;
A two-dimensional light irradiation field generator including a controller configured to control the plurality of light emitting elements according to the received image data;
The light emitting device is disposed to receive the modulated two-dimensional light irradiation field from the two-dimensional light irradiation field generator, and transmitted from the respective light emitting elements such that the collected modulated light beam part generates an elongated scanning line image And anamorphic optics arranged to collect the associated light portion.
The plurality of light emitting elements are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, all of the light emitting elements in each of the columns forming an associated pixel group;
Said anamorphic optical system is arranged to focus the modulated light portion received from each associated pixel group of said plurality of light emitting elements onto said associated scan line portion of said elongated scan line image;
The anamorphic optical system includes a cross processing optical subsystem and a process direction optical subsystem,
The cross processing optical subsystem includes first and second focus lenses arranged to project and magnify the modulated light portion only in the cross processing direction,
The processing direction optical subsystem includes a third focusing lens arranged to focus the modulated light portion on the elongated scan line image parallel to the processing direction;
An imaging system , wherein each of the first, second and third focus lenses comprises a cylindrical lens and a non-cylindrical lens .
前記アナモフィック光学系が、さらに、前記2次元光照射野発生装置及び複数の前記フォーカスレンズの間に配置されたコリメートレンズを備える、請求項1に記載の結像システム。  The imaging system according to claim 1, wherein said anamorphic optical system further comprises a collimating lens disposed between said two-dimensional light field generator and a plurality of said focusing lenses. 前記2次元光照射野発生装置がアレイに配置された複数の垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)装置を備える、請求項1に記載の結像システム。  The imaging system of claim 1, wherein the two-dimensional light field generator comprises a plurality of vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) devices arranged in an array. 前記関連する画素群それぞれが2又はそれ以上のVCSEL装置上に配置された前記発光素子のセットを配置して備える、請求項3に記載の結像システム。  4. The imaging system of claim 3, wherein each of the associated groups of pixels comprises the set of light emitting elements disposed on two or more VCSEL devices. シングルパス結像システムにおいて、  In a single pass imaging system
2次元アレイ状に配置された複数の発光素子であって、各発光素子が第1の変調状態にある場合に前記各発光素子が第1の強度を有する関連する変調光部を伝達し、前記各発光素子が第2の変調状態にある場合に前記各発光素子が前記第1の強度よりも低い第2の強度を有する前記関連する光部を伝達し、前記各発光要素が対応する所定方向に前記関連する光の一部を向けるように配置され、それによって前記複数の発光素子が変調された2次元光照射野を生成するように前記各発光素子が2つ以上の変調状態間で調整可能である、前記複数の発光素子と、  A plurality of light emitting elements arranged in a two-dimensional array, wherein each light emitting element transmits an associated modulated light portion having a first intensity when each light emitting element is in a first modulation state; Each light emitting element transmits the associated light portion having a second intensity lower than the first intensity when each light emitting element is in the second modulation state, and each light emitting element corresponds to a predetermined direction Each light emitting element being adjusted between two or more modulation states such that the plurality of light emitting elements are modulated to generate a modulated two-dimensional light field. Said plurality of light emitting elements being possible;
受信した画像データに応じて前記複数の発光素子を制御するように構成されたコントローラと  A controller configured to control the plurality of light emitting elements according to received image data;
を含む2次元光照射野発生装置と、A two-dimensional light field generator including:
前記2次元光照射野発生装置から前記変調された2次元光照射野を受光するように配置され、前記集光された変調光部が細長い走査線画像を生成するように前記各発光素子から伝達された前記関連する光部を集光するように配置されたアナモフィック光学系と、を備え、  The light emitting device is disposed to receive the modulated two-dimensional light irradiation field from the two-dimensional light irradiation field generator, and transmitted from the respective light emitting elements such that the collected modulated light beam part generates an elongated scanning line image. And anamorphic optics arranged to collect the associated light portion.
前記アナモフィック光学系が交差処理光学サブシステム及び処理方向光学サブシステムを含み、  The anamorphic optical system includes a cross processing optical subsystem and a process direction optical subsystem,
前記交差処理光学サブシステムが交差処理方向にのみ前記変調光部を投影及び拡大するように配置された第1及び第2のフォーカスレンズを含み、  The cross processing optical subsystem includes first and second focus lenses arranged to project and magnify the modulated light portion only in the cross processing direction,
前記処理方向光学サブシステムが処理方向に平行に前記細長い走査線画像上で前記変調光部を集光するように配置されている第3のフォーカスレンズを含み、  The processing direction optical subsystem includes a third focusing lens arranged to focus the modulated light portion on the elongated scan line image parallel to the processing direction;
前記第1、第2及び第3のフォーカスレンズのそれぞれが円筒状レンズ及び非円筒状レンズを含む、結像システム。  An imaging system, wherein each of the first, second and third focus lenses comprises a cylindrical lens and a non-cylindrical lens.
前記2次元光照射野発生装置が、マルチモード垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)装置及びシングルモードVCSEL装置のうちの少なくとも一方を備える、請求項5に記載の結像システム。  6. The imaging system of claim 5, wherein the two-dimensional light field generator comprises at least one of a multimode vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) device and a single mode VCSEL device. 前記コントローラが、複数の駆動電流を生成するように構成され、各駆動電流が関連する画素画像データ値に対応し、  The controller is configured to generate a plurality of drive currents, each drive current corresponding to an associated pixel image data value;
前記関連する画素群を形成する前記各列の前記発光素子の全てが、前記コントローラから前記発光素子の全てに送信される関連する前記駆動電流を受ける、請求項6に記載の結像システム。  7. The imaging system of claim 6, wherein all of the light emitting elements of each row forming the associated pixel group receive the associated drive current transmitted from the controller to all of the light emitting elements.
前記アナモフィック光学系が、さらに、前記2次元光照射野発生装置及び複数の前記フォーカスレンズの間に配置されたコリメートレンズを備える、請求項5に記載の結像システム。  6. The imaging system of claim 5, wherein the anamorphic optical system further comprises a collimating lens disposed between the two-dimensional light field generator and the plurality of focus lenses.
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