JPH04502371A - 光ビーム走査器のためのビーム位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ビーム　のためのビーム亡　センサ この発明は光ビーム走査器のためのビーム位置センサに、更に詳細には、レーザ プリンタにおける光ビーム走査器と共に使用されるように構成されたそのような センサに関係している。

レーザプリンタは写真術及びグラフィックアートにおいてフィルムのような受容 媒体上にプリントを行うために使用される。そのようなプリンタは、カラー画像 化のために使用されるときには、一般に原色のそれぞれに対して別個のチャネル を備えている０例えば、米国特許第４７２８９６５号においては、三つの光学的 チャネルを備えたレーザプリンタが開示されており、各チャネルは所定の波長の 強力なコヒーレント（可干渉性）光のビームを投射する気体レーザを備えている 。各チャネルにおける光ビームの強度は音響光学的変調器によって原色の一つに 対する画像情報を表す電気信号に従って変調される。光の三つのビームはビーム 組合せ器によって組合わされ−そして組合せ光ビームは回転多角形（多面鏡）に よって受容媒体上へと走査される。

近年、レーザプリンタにおいて気体レーザの代わりにダイオードレーザを使用す る試みが行われてきた。ダイオードレーザの使用はプリンタの原価を低減し且つ プリンタの大きさ及び複雑さにおける思い切った低減を可能にする。ダイオード レーザは単に駆動電流を変調することによって数百ＭＨ２のような高い周波数で 直接変調されることができる。更に、ダイオードレーザの低い真性雑音は気体レ ーザプリンタにおける雑音消去のために使用される高帯域幅サーボ制御器を除去 することを可能にする。しかしながら、グラフィックアートのためのプリンタに おいてダイオードレーザを使用する際に解決されなければならない問題がある。

問題の一つは利用可能なガリウム・アルミニウム・ひ素ダイオードレーザが赤外 線の光を放出することである。その結果として、赤外線に感じる特別の記録材料 が使用されなければならなず、又多レーザシステムにおけるダイオードレーザは レーザ間の最も広い可能なスペクトル離隔を得るように注意深く選択されなけれ ばならない。

多角形又はホロゴンのようなビーム偏向器を使用したレーザプリンタにおいて、 画像面における各ラスク線の開始を正確に位置決めするように構成された線開始 システムを使用することは普通である。線開始システムが使用されていない場合 には、偏向器回転速度における変化、又は小面間の変化のためにクロス走査線に おけるむらが生じることがある。多くの線開始システムは適当な時点でラスク線 のプリンティングを開始するために走査ビームの位置を監視する検出器を使用し ている。しかしながら、走査ビームを追跡するシステムにおいては、走査ビーム が多角形小面の縁部を通過し、でいるときに走査ビームを検出するという問題を 含む、諸欠点がある。小面における何らかの欠陥、例えば不完全な多角形の角、 は線開始の読み、従って走査器の性能に影響を与えることがある。線開始システ ムにおいて走査ビームを追跡する際の諸問題を克服するために、あるシステムは 、例えば米国特許第４２４３２９４号に示されたように、線開始システムのため の別個のビームを準備している。

米国特許第４２４３２９４号は、同じ反射鏡面に入射する二つの角度的にずれた 光ビームを与えるビーム走査器のために同期信号を発生するための装置を開示し ている。走査線を形成するために第１ビームが使用さ娠且つ同期信号を発生する ために第２ビームが使用される。これら二つのビームは、第１ビームが走査線の 開始点の近傍へ反射され、第２ビームが同じ鏡面によって、同期信号を発生する 光検出器へ反射されるような向きに配置されている。この装置についての問題は 、ビームの両方が同じ平面において発生され、その結果として、二つの光源、及 びビーム検出器のために比較的広い面積が必要とされることであり、これはこの 装置を小形ダイオードレーザプリンタにおける使用のためにはかさばりすぎるよ うにする。更なる問題は、両ビームが同じ平面において動作しているときに二つ のシステム間の干渉が生じ得ることである。

上述の線開始システムにおける諸問題を克服して、改良形ビーム位置センサを提 供することがこの発明の目的である。

この発明の−ａ様に従って、複数の走査面を持った光ビーム走査器のためのビー ム位置センサが準備されているが、このセンサは、第１入力光ビームを走査面の 一つに導いて、走査面を定義するべき第１角度により走査される第１反射光ビー ムを生成するための装置、第２人力光ビームをその一つの面に導いて、走査面と 角度を形成する第２面を定義するべき第２角度により走査される第２反射光ビー ムを生成する装置、及び第２反射ビームを第１反射ビームの所定位置に対応する それの位置において検出し且つ第２人力ビームの検出時に同期信号を発生するた めの装置、を備えている。

この発明の一実施例においては、ビーム位置センサはダイオードレーザプリンタ において光ビーム走査器と共に使用される。このレーザプリンタは概して線形配 列において取り付けられた三つのダイオードレーザを備えている。レーザのそれ ぞれは異なった波長の光を放出し、そして各レーザビームは原色の一つを表す画 像信号に従って変調される。レーザビームのそれぞれは重ね合せ面にビームを集 束させる円柱レンズを通過させら娠そして円柱レンズを通過した後、ビームは二 つのグイクロイックミラーによって重ね合わされて組合せビームを形成する。

この組合せビームは二つの円柱ミラー及び一つのフラットミラーによって重ね合 せ面から多角形に中継される０組合せビームは多角形からｆ−８色補正走査レン ズへ反射される。多角形と受容媒体との間に配置された円柱ミラーは多角形小面 をクロス走査方向において受容媒体上へ結像させるのに役立つ。

ビーム位置センサは、多角形上方の位置から多角形上へ導かれるビームを発生す るダイオードレーザを含んでいる。ダイオードレーザからのビームはまずコリメ ータレンズを通過するが、これはビームをビームスプリッタに導ｘ０ビームスプ リフタから、ビームは４５°反射プリズムを通過するが、これはビームを約４５ ゜の角度で多角形の小面上へ導く、多角形からビームは４５°後方反射性ミラー へ反射されるが、このミラーはビームを再び同じ経路に沿ってビームスプリッタ に導く、ビームスプリンタは後方反射ビームを集束レンズへ導き、この！／ンズ はビームを光検出器上の結像させる。ビームがビームスプリフタへ進行する光軸 は、ビームスプリフタへの後方反射ビームが走査ビームに対して所定の位置にお いて発生し、これにより適当な時点で新しいラスク線の開始がもたらされるよう に、小面に対して配置されている。

既知の装置に対するこの発明の主要な利点は、プリンタの大きさにおける実質的 な減小を可能にすることである。ビーム位置センサに軸外れに配置することによ って、プリンタ素子のいずれもセンサ構成部分を収容するために配列し直される ことを必要としない。又、センサを軸外れに配置することによって、センサ構成 部分から感光性記録媒体上へ光を散乱させる危険が少なくなる。開示されたビー ム位置センサはミラー小面の中心を利用することができ、従って、それの性能は 多角形の角の不完全さに影響されない、軸外れビーム位置センサからのビームは 又多角形においてより大きくされることができ、これはよりよい（より急しゅん な）線開始信号を生じることになる。更に、走査ビーム強度は位置センサに影響 を与えることなく変更されることができる０位置センサにおける光源はプリンタ に使用されている記録媒体のスペクトル感度の外側にある波長のものでよい。

この発明の実施例は例として添付の諸図面に関して次に説明されるが、この諸図 面中、 図１はこの発明のビーム位置センサを利用することのできる形式のレーザプリン タの透明図であり、 図２は光ビーム走査器に対するビーム位置センサの位置を示した透明図であり、 図３はプリンタの上部平面図であり、 図４はビーム位置センサの上部平面図であり、図５はビーム位置センサの側部立 面図であり、又図６は図１に示されたプリンタにおける電子的素子の構成図であ る。

図１に言及すると、この発明に従って構成されたビーム位置センサ１０２と共に 使用され得る形式のダイオードレーザプリンタ１０が示されている。プリンタ１ ０には１４．１５及び１６で示された三つの光学的ヘッドがある。光学的ヘフｌ ′１４〜１６は概して線形配列に配置されている。光学的ヘッド１４〜１６から のビームはグイクロイック板１８及び２０によって組み合わされる。板１日及び ２０からの組合せビームは光軸２２に沿って中継光学系３８に進む。

中継光学系３８からの組合せビームは回転可能な多角形（多面鏡）４０上へ導か れ、そしてこれはビームをｆ−θレンズ４２に導く、レンズ４２から、ビームは フラットミラー４３に移り、そしてこれはビームを円柱ミラー４５へ導く０円柱 ミラー４５はビームを受容媒体４６上へ導く、受容媒体４６は、例えばドラム４ ９又はスプロケント（図示されていない）によって、媒体を横切るビームの移動 に時間的に関係して進められるように適応させられている。

プリンタ１０は光に感じる任意の媒体においてプリントを行うために使用される ことができる。しかしながら、この発明の好適な利用法はフィルム／電子式映画 ポストプロダクションシステムにある。そのようなシステムにおいては、ディジ タル化画像が赤外線感知性３５閣フイルムにシネ形式でプリントされる。この応 用においては、プリンタ１０は、例えば３５００画素毎画素子の程度の、非常に 高い解像度をフィルム上で生成することができる。

光学的ヘッド１４〜１６のそれぞれは、トーマス　Ｅ、イエイテス（Ｔｈｏｍａ ｓ　Ｅ。

Ｙａｔｅｓ）の名義で１９９０年８月１４日発行の、「不熱中性子化光学的ヘッ ド（Ａｔｈｅｒｍａｌｉｚｅｄ　０ｐｔｉｃａｌ　）ｌｅａｄ）　」という名称 の、この出願の譲受人に譲渡された米国特許第４９４８２２１号に開示されたよ うに構成されることができる。この特許に開示されたように、各光学的ヘッドは ダイオードレーザ、コリメータレンズ、熱電冷却器、及び所定の温度範囲にわた ってレーザとコリメータレンズとの間に一定の距離を維持するための取付部を備 えている。

良好な色調及び色再現を達成するために、プリンタＩＯにおけるダイオードレー ザは最も広い可能なスペクトル離隔及びダイナミックレンジを持たなければなら ない、光学的ヘッド１４におけるレーザは８１０ｎ−（５ｍＷ）で放出を行い、 シャープ社（Ｓｈａｒｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）から入手可能な製品番号 ＬＴＯＩＯＭＦであればよい、光学的ヘッド１５におけるレーザは８７０ｎｓ（ ２０＋ｗＷ）で放出を行い、ヒタチ社（Ｈｉｔａｃｈｉ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ ｎ）によって制作された製品番号８３１２Ｅでよい。光学的ヘッド１６における レーザは７５０ｎｓ＋　（５ｍＷ）で放出を行い、例えば、シャープ社（Ｓｈａ ｒｐ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって制作された製品番号ＬＴ０３０ＭＦで よい、より短い波長を持ったダイオードレーザが現在利用可能であるけれども、 そのダイナミックレンジ、すなわちレーザ光しきい値におけるパワーに対する最 大パワーの比、は連続色調プリンティングのためには不十分であることがわかっ ている。

光学的ヘッド１４．１５及び１６からのビームはそれぞれチャネルのａ、ｂ及び Ｃを通過するが、チャネルのそれぞれは、光学的ヘッドとビームを組み合わせる グイクロイック板１日及び２０との間に概して！１（Ｕの光学的素子を含んでい る。

光学的ヘッド１４からのビームは、開口板２３ａ、第１直線偏光子２５ａ、二分 の一波長板２６ａ、シャッタ２７ａ、第２直線偏光子２８ａ、凹面円柱レンズ２ ９ａ、凸面円柱レンズ３０ａ、及びフラットミラー（平板鏡）３１ａを通過する 。直線偏光子２５ａ及び２８ａの機能はダイオードレーザからの自発性放出をフ ィルタしてこれによりプリンタ１０のダイナミックレンジを増大することである 。偏光子２５ａ及び２８ａは、二分の一波長板２６ａと共に、カラーバランス及 び露光量が露光面で使用されている記録媒体４６に対する適当な値に調整される ことを可能にする０円柱レンズ２９ａ及び３０ａは、ビームの進行方向において 板１８及び２０の後に配置されている重ね合せ板３２にビームを集束させるよう に機能する０円柱レンズ２９ａは、例えば、１６．６６７ｍの曲率半径を有すれ ばよく、又円柱レンズ３０ａは３２．３０１＋ｍの曲率半径を有すればよい、チ ャネルａにおける各光学的素子はチャネルＣにおける各光学的素子と同じである 。チャネルｂにおける光学的素子はチャネルａにおける素子と同じであるが、但 し円柱レンズ２９ｂの曲率半径は、例えば、３７．６３閣であればよい。

チャネルａ、ｂ及びＣにおける三つのビームは二つのわずかにくさび形のグイク ロイック（二色性）板１８及び２０を用いて重ね合わされる０図３に示されたよ うに、板１８及び２０は、それぞれ板１８及び２０に対する垂線が光軸２２に対 して両方共３０°であり、且つ板１８及び２０がそれぞれ光軸２２と６０″の角 度を形成するように配置されている。板１８及び２０は６０”の角度になってい る。光学的ヘッド１４からのビームは３０°の入射角で板１８に入射し、光学的 ヘッド１５からの光と組み合わされる。光学的ヘッド１６からのビームは３０゜ の入射角で板２０に入射し、ヘッド１４及び１６からのビームに重ね合わされて 組合せビームを形成し、これは光軸２２に沿って光学的中継器３８に導かれる。

中継器３８は、色補正されなければならなず、図１及び３に示されたように、円 柱ミラー５０及び５２並びにフラットミラー（平板鏡）５４を備えている。ミラ ー５０及び５２はクロス走査方向においてパワーを有しており、且つミラー５０ 及び５２の軸は、図３に示されたように図面の平面である走査平面、すなわち経 線平面にある０円柱ミラー５０及び５２のそれぞれは凹面円柱ミラーであって、 ５７．１閣の曲率半径を持っている。走査方向においては、ビームは比較的大き く、コリメートされていて、影響されないで中継器３８中を伝搬する。クロス走 査方向においては、円柱ミラー５０はビームを再コリメートし、且つ円柱ミラー ５２はビームを多角形（多面鏡）４０上に集束させる。

多角形４０は、例えば、１８の小面４１を有することができ、８６９０ｒｐ−の 速さで回転させられることができる。多角形４０はダイヤモンド加工されたミラ ー小面４１を持っており、自己注入式空気軸受（図示されていない）上で回転し 、且つ位相ロック式サーボシステムによって制御される。プリンタ１０のために 適当な多角形・駆動モータ組合せはコンパル社（Ｃｏｐａｌ　Ｃｏ−ρａｎｙ　 Ｌｔｄ、）によって製造されたモデル番号ＺＳ−００９である。

高品質の連続色調画像化のために、好ましくない帯状のアーティファクト例えば 多角形４０における動揺角又はすい角誤差に起因するそれ、は可視レベルより下 に低減されなければならない、一般に画素配置における変化は可視アーティファ クトを回避するために画素間隔の１０００分の１未満に保たれなければならない 、この発明においては、円柱ミラー４５が走査器平面をクロス走査方向において 画像面上へ結像させる０倍率は、多角形が回転するときにこれの小面の残留平面 外れ運動が走査の終わりにおいて過剰のスポット誤配置を生じないように選択さ れる。この発明において使用され得る円柱ミラーは３７．６３３ｍの曲率半径を 持っている。

この発明のビーム位置センサ１０２は図１．２．４及び５に示されている０位置 センサ１０２は組合せビームが多角形４０により走査されるときにこのビームに よって形成される走査平面の上方に配置されている。センサ１０２は光源として 役立つダイオードレーザ１２０を含んでいる。レーザ１２０は７５０　ｒ＋＋＋ 　（５ｍＷ）で放出を行うダイオードレーザ、例えばシャープ社（Ｓｈａｒｐ　 Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）によって製造された製品番号ＬＴＯ３０ＭＰでよい 、レーザ１２０からのビームはコリメータレンズ１２２を通過するが、このレン ズはビームを光軸ａ’　（図２）に沿ってビームスプリッタ１２４に導く、レン ズ１２２はオリンパス社（Ｏｌｙｍｐｕｓ　Ｃｏｒｐ、）から入手可能なＶＰ８ ６５０−２でよく、又ビームスプリッタ１２４はＣＶＩレーザ社（ＣＶＩ　Ｌａ ５ｅｒ　Ｃｏｒｐ、）から入手可能なＰＣＢＤ−５でよい、ビームスプリッタ１ ２４から、ビームは４５°反射プリズム１２６に進み、これはビームを約４５″ の角度で多角形４０へ導く、多角形４０から、ビームは下方の４５°後方反射性 ミラー１２８へ反射されるが、このミラーはビームをこれがミラー１２８に達す る際に進行したのと同し経路に沿って後方へビームを導く。その帰路進行の際に 、後方反射ビームは走査平面と角度を形成している平面により走査され、そして ビームが光軸ａ′に沿っているときには、ビームはビームスプリッタ１２４によ ってレンズ１２２と同し形式の集束レンズ１３０に導かれる。レンズ１２２はビ ームを光検出器＋３２に導くが、この光検出器はユーナイテソド・デテクタ・テ クノロジ（Ｕｎｉｔｅｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって 製造された叩Ｔクワド・デテクタ（Ｑｕａｄ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）でよい。光検 出器１３２はセンサ１０２におけるビームが走査ビームの所定位置に対応する位 置にあるときに線開始すなわち同期信号を発生するが、この走査ビームの所定位 置は新しいラスク線の開始の直前の点にある。センサ１０２からの信号は図６に 示されたプリンタ１０のための制御システム８９において処理される。

制御システム８９は画像走査器から又は画像記憶媒体（図示されていない）から 受信した画像データを記憶するだめのフレーム記憶装２９０を備えている。フレ ーム記憶装置９０に記憶されたデータは、例えば、各便が画素に対する赤、緑、 又は青の入力を表している。各画素に対する三つの８ビツト値からなっている。

マトリックス（行列）乗算回路９２は所望の色補正を行うために３×３マトリツ クスによって８ビツト赤、緑及び前値を乗算する。

回路９２からの出力はＲＡＭ探索表９１に加えられ、この探索表は線形化、校正 、記憶材料の三つの色層の感光度曲線の不整合の補償、及び多角形４０の小面間 反射率変化の補正、のための必要な基準化を行う。探索表９１のための更新値は 中央処理装置９３によって供給されることができる。探索表９１からのディジタ ル出力はディジタル−アナログ（Ｄ／＾）変換器９４に供給され、そしてＤ／Ａ 変換器からの出力は９７で示されたダイオードレーザのための電圧−電流駆動器 ９６を駆動する。ダイオードレーザ９７のための熱電冷却器（図示されていない ）は熱電冷却器サーボ９９によって制御される。

プリンタ１０の動作中のデータの流れを管理し且つプリンタのタイミングを制御 するために制御・タイミング論理回路１００が１！備されている０回路１００は トーラムサーボ１１２、多角形サーボ１１０、フィルム位置センサ１１１、及び ビーム位置センサ１０２からのタイミング信号を受け取る。これらのタイミング 信号は、符号器１０４から入力を受けるドラムサーボ１１２からの１回転ごとに 一つのパルス、符号器１０６から入力を受けるサーボ１１０からの１小面ごとに 一つのパルス、符号器１１５から入力を受けるフィルム位置センサ１１１からの １フレームごとに一つのパルス、及びレーザビームがビーム位置センサ１０２に おける光検出器１３２を横切るときに発生される線開始パルスを含んでいる。こ れらの信号の受信時に、画素クロックが開始されてデータはデータ回路によりク ロックされる。又回路１００には線長制御のための線当り画素計数器及び探索表 ９１のアドレス指定を制御するための小面計数器が含まれている。

受容媒体４６は、例えば、ハロゲン化銀擬似感光性カラーフィルム又はカラーペ ーパでよい、そのような一つの媒体は、１９８６年１０月２８日に付与された米 国特許第４６１９８９２号に開示されている。この発明に使用されたダイオード レーザは最も広い可能なスペクトル離隔を得るように選択された。しかしながら 、ダイオードレーザの波長離隔は比較的小さく、７５０〜８７０ｎｍであるので 、カラーペーパは、突抜け（バンチスルー）を伴わないで良好な色分解及び再現 を与えるために、狭いスペクトル応答だけでなく、十分な感度差をも持たなけれ ばならない、偽色彩システムが使用されているので、所与の画像色素色を形成す る層は層（上部、中間、又は下部）のいずれでもよく、三つの波長の任意のもの によって露光させられることができる。

ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、５ 国際調査報告　。、ア／ＩＫ　Ｑｎ／ｎＱＦｔｓ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の走査面（４１）を持った光ビーム走査器のためのビーム位置センサで あって、 第１の入力光ビームを前記の走査面の一つに導いて、走査平面を定義するように 第１角度により走査される第１反射光ビームを発生するようにするための装置（ １４〜１６、ａ〜ｃ、１８、２２、３８）、第２入力光ビームを前記の一つの面 に導いて、前記の走査平面と角度を形成する第２平面を定義するように第２角度 により走査される第２反射光ビームを発生するようにするための装置（１２０、 １２２、１２４、１２６、１２８）、及び前記の第２反射ビームを前記の第１反 射ビームの所定の位置に対応するそれの位置において検出するための且つ前記の 第２入力ビームの検出時に同期信号を発生するための装置（１３８）、 を備えている前記のビーム位置センサ。
2. ２．前記の走査器が多角形（４０）であり且つ前記の走査面のそれぞれがミラー 小面（４１）である、請求項１に記載のビーム位置センサ。
3. ３．前記の多角形（４０）が前記の走査平面において動作可能であり、且つ前記 の第２入力ビームを導くための前記の装置が、前記の走査平面の一つの辺に配置 されたレーザダイオード（１２０）を備えている、請求項２に記載のビーム位置 センサ。
4. ４．前記の第２入力ビームを導くための前記の装置が、前記のダイオード（１２ ０）からのビームを受けてこのビームを前記の多角形（４０）のミラー小面（４ １）上へ導くプリズム（１２６）を含んでいる、請求項３に記載のビーム位置セ ンサ。
5. ５．後方反射性ミラー（１２８）が前記の多角形（４０）から前記の第２反射ビ ームを受け且つこのビームを再び多角形（４０）上へ導くように配置されている 、請求項４に記載のビーム位置センサ。
6. ６．前記の多角形（４０）へ再び導かれた前記のビームが前記のプリズム（１２ ６）を通過し且つビームスプリッタ（１２８）によって光検出器（１３２）へ導 かれる、請求項５に記載のビーム位置センサ。
7. ７．前記のミラー（１２８）が前記の一つの辺とは反対の前記の走査平面の辺に 配置されている、請求項６に記載のビーム位置センサ。
8. ８．前記の第２入力ビーム及び前記の第１反射ビームがそれぞれミラー小面（４ １）と約４５°の角度を形成する、請求項７に記載のビーム位置センサ。
9. ９．複数のミラー小面（４１）を持った光ビーム走査器のためのビーム位置セン サであって、 第１光ビームを供給するためのレーザダイオード（１５）、前記の第１光ビーム を前記のミラー小面（４１）の一つに導いて、走査平面を定義するように第１角 度により走査される第１反射光ビームを発生するようにするための装置（ｃ、３ ８）、 第２入力光ビームを提供するための第２のダイオードレーザ（１２０）、前記の 第２入力光ビームを前記の一つのミラー小面（４１）に導いて、前記の走査平面 と角度を形成する第２平面を定義するように第２角度により走査される第２反射 光ビームを発生するようにするための装置（１２２、１２４、１２６、１２８） 、及び前記の第２反射ビームを前記の第１反射ビームの所定の位置に対応するそ れの位置において検出するための且つ前記の第２入力ビームの検出時に同期信号 を発生するための装置（１３２）、 を備えている前記のビーム位置センサ。