JPH05142491A - タングステン光の照明の均一性のための装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タングステン光の照明の均一性のための装置
と方法を提供する。 【構成】 効率よく光を結像レンズに転送する方法でＤ
ＭＤ配列を照明する光学システムにおいて、ＤＭＤ（２
０３）は光源（１１）とレンズ口径（２１）との間に置
かれる。アナモルフィク光路は、光の垂直成分がＤＭＤ
配列（２０３）の物理的形状に適合するように圧縮され
るように配置される。この方法では、垂直光成分がその
口径の前方で光学的に収束される時、水平光成分はその
口径上で直接に収束される。ＤＭＤ（２０３）でより強
い光の強度を提供しながら、両光成分はレンズ口径（２
０２）を完全に満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＤＭＤ配列に係り、特に
光転送効率を増大するためのアナモルフィク光路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体光変調器の使用は、電子写真技術
印書工程においてレーザ多角形走査器にとって変わるよ
うに普及しつつある。モノリシック半導体製作工程によ
る好ましい技術の一つは、変形可能なミラー装置（ｄｅ
ｆｏｒｍａｂｌｅｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）（ＤＭ
Ｄ）である。「空間的光変調プリンタと動作方法」と題
し、本特出願と同じ譲受人に譲渡されて審査に係属中の
シリアル番号第０７／４５４，５６９号特許出願がここ
に参照される。該特許出願では、光学系を経由してＤＭ
Ｄ配列上に収束されるタングステン光を利用したＤＭＤ
装置の一実施例が討議されている。その出願の発明は極
めて良く機能するが、若干の改良域が明らかになる。

【０００３】これらの改良の中心は、ＤＭＤ配列での消
費電力の低減、物理的サイズの小型化と光変調の均一性
である。全ての白熱フィラメント同様、タングステン光
源は多少等方的に発光するが、その光エネルギーを効率
よく利用するには、光を集め焦点を合わさねばならな
い。それに加えて、白熱光の主な副産物は熱の発生であ
り、これは熱を放散する能力を必要とする。それには、
光源から熱を放散するために、本来騒音あるいは信頼性
に関して問題を有する換気扇が必要となるばかりか、大
きな構造あるいは空間も必要となる。

【０００４】白熱光にはその発光特性としてゆらめきが
あるので、その光線はフィラメントの全側面から集めて
収束させねばならず、従って、集光の効率の悪さによる
浪費電力を回避するためには速い光学系が要求され、そ
れはまた大型化と大きな費用を許すことになる。

【０００５】従って、従来のＤＭＤ構造における１つの
問題は、その光学系と熱処理の両方に関して、大型化と
結びついている光源を支持するための過剰な電力であ
る。前記特許出願は、光源と結像レンズ口径との間の光
エネルギー流中に置かれたＤＭＤ配列を示す。最大のエ
ネルギー転送を達成するためにはその結像レンズ口径を
ＤＭＤ配列からの変調されたフィラメント像で満たす必
要がある。その結像レンズは、費用その他の理由から、
円く設計され、こうして結像レンズに過剰に満たすべく
拡大される正方形フィラメント像アスペクト（縦横）比
が、そのレンズに像を満たすのを確実にするために与え
られねばならない。この配置では、正しく実行されたと
しても、ＤＭＤの変調出力の全てが結像レンズを通過す
るはずがなく、集光レンズで集められた光の全てがＤＭ
Ｄ活性域上に集中されるはずもないという問題が生ず
る。

【０００６】後者の問題は、印書システムに対して起こ
り、ＤＭＤ配列が必然的に外見上長くなりあるいは直線
的になって、その配列に達する光パターンは高さよりも
幅の方が、共に方形で近似されると考えられるフィラメ
ント・アスペクト比と結像レンズ口径の何れかと比べ
て、ある有意な割合だけ大きくなる。光源は結像レンズ
の円形の口径上に同時に収束されねばならず、また同時
に、コリメータ・レンズの口径と合焦レンズとの間に維
持されるＤＭＤ変調器の全長を均一に照明しなければな
らず、かつ、ＤＭＤ装置は基本的に高さよりも幅が大き
いから、その配列を完全に照明するためには、結果とし
ての光の外見がＤＭＤ装置の活性域の上方および下方で
かなり照明幅を必要とし、これが実質的に「浪費」され
ることになる。

【０００７】また別の問題は、ＤＭＤからの収束された
像が動いているドラムの上に持続的に投影されるという
ことである。こうして、点線の露光期間の間、どの画素
像位置に関しても、ドラムは所与の距離だけ回転してそ
の画素像を広くしたりあるいはぼかすことになる。画素
位置に対するドラム上の光エネルギーのプロットは、そ
の画素に転送される最大光エネルギーが画素の重心でピ
ーク・レベルに達し、点を形成し、そしてその点からピ
ラミット形に低下するということを示すであろう。この
ピラミッド形の画素エネルギーの拡散は最小の形を形成
するのに最適ではなく、工程方向における電子写真像の
鮮明さを減少させる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】こうして、光源が実際
に捉えた適正な電子写真技術のために利用されるよりも
何倍も大きなエネルギーを発生しなければならないとい
うことが、ＤＭＤ装置の問題であり、この発明はその問
題を解決することを目的とする。

【０００９】この発明の別の目的は、各画素への、そし
て各画素からの改良されたエネルギー転送を可能にし、
それによって、結果としての像の鮮明度を改善するシス
テムを動作させる方法を可能にする光変調システムを提
供することである。

【００１０】光学的効率の劇的な向上は、フィラメント
像が形成され、その結果結像レンズ口径を丁度満たすよ
うにＤＭＤ装置を越えて十分に発散することを可能にす
るべく選択された方法で、垂直方向におけるＤＭＤ装置
の活性域の上方（あるいは下方）に落ちる照明の部分を
アナモルフィク的に圧縮することによって、達成され
る。ＤＭＤ活性域のより長いもの（接線からみて）の上
に落ちる照明パターンは、しかしながら、収束されたフ
ィラメント像を結像レンズ口径上に直接形成するよう収
束し続ける。これはＤＭＤにおける単位面積当たりのよ
り大きな出力を効果的に達成する。なぜなら、ＤＭＤ平
面をより強く照らすよう圧縮された光エネルギーの垂直
バンドは、なお、結像レンズによって受け取られる光エ
ネルギー束に発散し、それによって最大出力転送のため
の要件を満足するだろうからである。

【００１１】この配置を使用して、結像レンズの円形口
径における光源の典型的な長方形のフィラメント像の表
像は、先ず垂直方向において圧縮され、その後またその
垂直方向において発散され、その結果、結像レンズの口
径は完全に満たされ、あるいは望みに応じて過剰に満た
され、こうして最大の効率に対して結像システムの完全
立体角でシステムが動作するのを可能にする。

【００１２】この発明の技術的長所は、同一像が結像レ
ンズ口径を満たすべく拡大されるのを可能にしつつ、光
フィラメント像の一方向におけるアナモルフィクな圧縮
が、ＤＭＤ装置の構造と一致することにある。

【００１３】

【実施例】図１は光源１１が従来のタングステン・フィ
ラメント・ランプである従来のシステムを示す。図示さ
れるように、フィラメント１０１からの光の半分は背側
に存在し、回収不能である。従ってこの光源は事実上光
が前方の半球にのみ集められる平板放射器である。これ
は従来の球面コリメータ組立体の一部であるレンズ１０
４によって達成される。この光はその後レンズ１０５に
よって形づくられ、Ｏからその共役平面Ｏ″へのフィラ
メントの像の収束が円１３内のフィラメント像１０２と
して示される。典型的には、このフィラメントは結像レ
ンズ１３の口径に合わせて拡大される。

【００１４】通常ＤＭＤ１０３上の照明が（紙面を内方
向に見て）高さｙと幅ｚの区域として示される中間領域
がある。その内部には、高さｘで示される小点線区域が
あり、それは実際のＤＭＤ活性域である。この区域は、
要求される均一性を達成するため、レンズ素子１０５の
瞳孔に近い領域にあるべきである。しかしながら、単位
面積当たりより大きなエネルギーがこのＤＭＤ上に集め
られるため、このＤＭＤを照明光収束ビームの流れに沿
って移動させることが望まれる。しかし、残念なこと
に、これは均一性がなくなるため達成できない。こうし
て、このＤＭＤは、レンズ１０５の出口瞳孔に近接しな
ければならない。高さｘの小区域ｚに比して高さｙの照
明区域ｚであるこのＤＭＤに比して、エネルギーはより
大きな範囲に拡散されるから、出力の損失が代償として
支払われる。こうして、従来のアプローチにおけるジレ
ンマは、照明プロフィールを、例えば、高さよりも２５
０倍もの長さをもつＤＭＤに適合させるという点にあ
る。これは従来の球面光学系と適当な光源及び結像レン
ズ・システムでは不可能である。

【００１５】図２では、電球１１の従来のフィラメント
１０１が、前のように、第一集光レンズ１０４に強い衝
撃を与える一つの解決案を示す。このシステムは、球面
レンズ２０４，２０５と一方向の光にのみ影響するアナ
モルフィク・レンズである新素子２０６との異なる組の
導入によって、さらに改善される。光に与える影響は、
紙面を内方向にｚ軸に沿って見た時、光束がｙ軸に沿っ
て圧縮され、その結果図２の２０３として示されるＤＭ
Ｄのｘ寸法に近時し匹敵する光束が臨界ｙ方向に生ずる
という影響である。レンズ２０６は光束の幅ｚに影響を
与えずに光束を圧縮し、その結果単位面積当たりより高
い放射照度がＤＭＤに得られる。

【００１６】動作においては、フィラメントの水平像が
前と同じ平面、すなわち図１の円１３内に示される平面
に得られる間、付随した垂直フィラメント像面が２０１
に存在する。結果としての像あるいは光束２０２は円２
１内に示される。結果として生じたのは、長方形のフィ
ラメントの像の垂直方向における圧縮である。光束から
のエネルギーが結像レンズの平面に達した時もはや焦点
が合わないが、これは従来例のようなシステムの要件で
はない。ここで見出される要件は、光束が円２１で示さ
れる結像レンズの口径サイズに向けられ近似的にそれに
等しくなるということである。光束が結像レンズの口径
を満たし、結像レンズを通過するという基準を満足する
なら、その像は完全に焦点を合わせる必要はない。

【００１７】その結果、円２１に示されるように、Ｏ′
での光束２０２のフィラメント像は垂直方向において像
１０２よりも拡大される。この効果は、円い結像レンズ
口径を満たすという、より良い仕事を為し、そして像２
０２が上手に形成されたフィラメント像を示すに拘ら
ず、実際それは水平方向にのみ十分に形成されるのであ
る。垂直方向においては、それは全く焦点が合わされて
いないのである。光束が光軸に従い結像レンズを通ると
いう必須の基準はなお満足している。

【００１８】図３は前図の平面図を示す。ＤＭＤ平面が
再度示され、光学系は図２と同じである。今、垂直方向
からの素子２０６の実際の形状が示される。それは一枚
の平らなガラスとして働く。それは通過する光束のエネ
ルギーあるいはその幅あるいは水平フィラメント像に影
響を及ぼさない。それはまるで存在しないかのように基
本的に全ての光線を通過させるＬ、Ｏ′における円３１
に落ちた像２０２は基本的には図１の平面図から影響さ
れない（図示されない）。

【００１９】特記すべきことは、図１、図２、及び図３
に示す概略図は光透過素子であるかのようにそのＤＭＤ
を示している。実際には、これはその場合ではない。図
１に示すように、高さに比べてむしろ長さが大きいラン
プ・フィラメント像１０２の問題を扱っているのであ
り、結像レンズ口径を満たすため長く狭いフィラメント
を方形あるいは近似的に円形の像２０２に変えるという
より良い仕事するようにそれを追加光学系（図２）で処
理しているのである。こうして、光を従来のフィラメン
トから取り、それＤＭＤ平面のプロフィールに変換し、
その結果また結像レンズ口径を方形あるいは円形のフィ
ラメント像の形状で満たすという難しい仕事が成し遂げ
られる。

【００２０】図４は本発明の構造上の一実施例を示す。
ランプ１１及びフィラメント１０１からの光線が示され
ており、それは光学素子１０４，２０４，２０５，２０
６を通過し、ＤＭＤ４０上に落ちる。反射光線の変調さ
れていない成分は光束２０２として示される。これらの
光線はこのシステムに入らず、光学的に利用されない。
光線４０１は図１、図２に関して既に討議ずみである像
１０２，２０２を形成する被変調光線であって、それは
今は結像レンズ４１に関連してもたらされ、その結果Ｄ
ＭＤ像をＤＭＤ４０に共役な像平面の下流側に形成す
る。

【００２１】図５ではまた別の実施例が示され、そこで
は、ランプ１１からの光を、中間レンズ２０４，２０５
と共に、ランプ上で動作するランプ・レンズ１０４で再
び集める。その後光透過性のアナモルフィク素子（図２
の素子２０６）に代えて、二つの目的、すなわち１）望
まれる方向においてランプ・フィラメントからエネルギ
ー・ビームと束の圧縮を可能にする目的と、２）（いか
に装置を収納するかという点での制限が生ずる傾向があ
る）ＤＭＤの同じ側に全ての素子をもつのに換えて光学
システムを折畳み可能にする目的に作用するアナモルフ
ィク鏡素子である湾曲した鏡５０６が示される。その
時、ランプをＤＭＤの背後に置くことができる。図４同
様に、光束５０１は変調された光路であり、光束５０２
は変調されていない光路である。

【００２２】特に、鏡素子５０６に関しては、よりコン
パクトな収納シェーマが、ランプが基本的にＤＭＤとＤ
ＭＤ結像器の付近から取り除かれるのと共に得られる。
こうして、屈折レンズ素子が使用されないため歪みがな
いので、フィラメントのより良い像を形成するための素
子５０６は、単純には、鏡のようにしたプラスチック表
面であるかもしれないし、鏡のようにしたガラス表面で
あるかもしれない。

【００２３】以上具体的な実施例を参照して本発明を説
明したけれど、この説明は本発明の範囲を制限するもの
ではない。本発明の代替的実施例のみならず、開示した
実施例の様々な変形が、上記説明を参照すれば当業者に
明らかになるであろう。したがって、添付した請求項は
本発明の真の範囲内にある上記変形をカバーするであろ
う。

【００２４】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) 光源と、ある口径をもつ結像レンズと、前記光源
と前記レンズとの間の光路に置かれ、前記光源からの光
を変調するよう機能できる複数の個別制御可能な画素を
有し、長方形配列としてその垂直方向よりも少なくとも
２倍の大きさの水平方向をもつＤＭＤ配列と、前記結像
レンズの口径を満たすように前記光源の像を確立するた
めのアナモルフィク光学系であって、光束の垂直成分
を、その垂直方向において前記ＤＭＤ配列をより効果的
に照明し、かつ光の水平成分が直接前記口径上に収束さ
れる時垂直成分光を前記結像レンズの前方の光路中の一
点に収束するのに十分な量だけ、圧縮するように機能で
きるアナモルフィク光学系と、から成るＤＭＤ装置。

【００２５】(2) 第１項に記載の装置において、前記
アナモルフィク光学系は、垂直高さよりも大きな水平幅
をもつ光産生素子を有する光源を含む。

【００２６】(3) 第２項に記載の装置において、前記
アナモルフィク光学系は、さらに各平面における曲率半
径が異なり、一つの半径が無限大であり得る、二つの平
面において湾曲したレンズを含む。

【００２７】(4) 第２項に記載の装置において、前記
アナモルフィク光学系は、さらに前記光源からの光の移
動方向を修正する鏡を含む。

【００２８】(5) 第４項に記載の装置において、前記
光源は前記ＤＭＤ配列の後ろに置かれる。

【００２９】(6) 第１項に記載の装置において、前記
ＤＭＤ装置の像の水平及び垂直成分の焦点は前記結像レ
ンズの後ろにある移動電子写真表面の上にあり、かつ焦
点像は前記ＤＭＤ装置の形状に適合するように長方形で
ある。

【００３０】(7) 修正が光源と結像レンズとの間のあ
る一点で起こるように、照明幅に影響を与えずに照明を
その高さにおいて修正することが望まれ、基本的に高さ
よりも幅において大きな照明を提供する、光源から結像
レンズへの光を制御するための光学装置であって、前記
光源から遠ざかる光の発散を止める集光光学系と、前記
集光光学系から光を受けて、照明の焦平面の長さ方向に
は影響を与えずに、受け取った照明の焦平面の高さ方向
を修正すべく置かれたアナモルフィク光学系と、から成
る光学装置。

【００３１】(8) 第７項に記載の装置において、さら
に、前記アナモルフィク光学系と前記結像レンズとの間
に配置される画素のＤＭＤ配列を備え、前記照明長はＤ
ＭＤ活性長に近似し、かつ前記垂直照明高における前記
アナモルフィク光学系からの前記照明高はＤＭＤ活性域
に近似する。

【００３２】(9) 第８項に記載の装置において、前記
アナモルフィク光学系は、さらに各平面における曲率半
径が異なる二つの平面において湾曲したレンズを含む。

【００３３】(10) 第８項に記載の装置において、前記
アナモル光学系は、さらに前記光源からの光の移動方向
を修正する鏡を含む。

【００３４】(11) 第１０項に記載の装置において、前
記光源は前記ＤＭＤ配列の後ろに置かれる。

【００３５】(12) 光源から光を受け取る段階と、前記
光の像を結像レンズの口径に渡す段階と、複数の個別制
御可能な画素をもち、長方形の形状をしており、垂直方
向よりも少なくとも２倍の大きさの水平方向をもち、前
記光源と前記レンズとの間の光路に置かれるＤＭＤ配列
によって、前記受け取った光を変調する段階と、前記垂
直方向において前記ＤＭＤ配列を丁度照明しかつ前記光
の水平成分が直接前記口径上に収束される時に垂直成分
光を前記結像レンズの前方の光路中の一点に収束するの
に十分な量だけ前記光の垂直成分を圧縮するよう機能で
きるアナモルフィク光学系の制御下で、前記結像レンズ
の口径を満たすように前記光源の像を確立する段階と、
から成るＤＭＤ装置に光学像を発生する方法。

【００３６】(13) 第１２項に記載の方法において、前
記像を確立する段階は、各平面の曲率半径が異なるよう
な二つの平面において湾曲したレンズに前記受け取った
光を渡す段階を含む。

【００３７】(14) 第１２項に記載の方法において、前
記像を確立する段階は、さらにその焦点像が前記ＤＭＤ
装置の形状に適合するように長方形である、前記ＤＭＤ
装置の像の水平及び垂直成分の焦点を、前記結像レンズ
の後ろにある移動電子写真表面に渡す段階から成る。

【００３８】(15) 効率よく光を結像レンズに転送する
方法でＤＭＤ配列を照明する光学装置が開示される。Ｄ
ＭＤ２０８は光源１１とレンズ口径２１との間に置かれ
る。アナモルフィク光路は、光の垂直成分がＤＭＤ配列
２０３の物理的形状に適合するように圧縮されるように
配置される。この方法では、垂直光成分がその口径の前
方で光学的に収束される時、水平光成分はその口径上で
直接に収束される。ＤＭＤ２０３でより強い光の強度を
提供しながら、両光成分はレンズ口径２０２を完全に満
たす。

【図面の簡単な説明】

本発明のより完全な理解は、添付図面との関連を考慮し
て詳細な説明と特許請求の範囲を参照することによって
得られるであろう。なお、図面においては同じ参照符号
は同じものを示す。

【図１】従来のＤＭＤ光変調器を概略的に示す図。

【図２】本発明のＤＭＤ光変調器構造の一実施例を概略
形式で示す図。

【図３】図２の実施例の平面概略図。

【図４】本発明の一実施例の折り畳まれた光学系を示す
図。

【図５】本発明の光学系の別の実施例を示す図。

【符号の説明】

１１ 光源（電球） ２１ 円 １０１ 電球のフィラメント １０４ 第一集光レンズ ２０２ 像 ２０３ ＤＭＤ ２０４ ランプ・レンズ ２０５ 球面レンズ ２０６ アナモルフィク・レンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 ある口径をもつ結像レンズと、 前記光源と前記レンズとの間の光路に置かれ、前記光源
   からの光を変調するよう機能できる複数の個別制御可能
   な画素を有し、長方形配列としてその垂直方向よりも少
   なくとも２倍の大きさの水平方向をもつＤＭＤ配列と、 前記結像レンズの口径を満たすように前記光源の像を確
   立するためのアナモルフィク光学系であって、光束の垂
   直成分を、その垂直方向において前記ＤＭＤ配列をより
   効果的に照明し、かつ光の水平成分が直接前記口径上に
   収束される時垂直成分光を前記結像レンズの前方の光路
   中の一点に収束するのに十分な量だけ、圧縮するように
   機能できるアナモルフィク光学系と、から成るＤＭＤ装
   置。
2. 【請求項２】 光源から光を受け取る段階と、 前記光の像を結像レンズの口径に渡す段階と、 複数の個別制御可能な画素をもち、長方形の形状をして
   おり、垂直方向よりも少なくとも２倍の大きさの水平方
   向をもち、前記光源と前記レンズとの間の光路に置かれ
   るＤＭＤ配列によって、前記受け取った光を変調する段
   階と、 前記垂直方向において前記ＤＭＤ配列を丁度照明しかつ
   前記光の水平成分が直接前記口径上に収束される時に垂
   直成分光を前記結像レンズの前方の光路中の一点に収束
   するのに十分な量だけ前記光の垂直成分を圧縮するよう
   機能できるアナモルフィク光学系の制御下で、前記結像
   レンズの口径を満たすように前記光源の像を確立する段
   階と、から成る、ＤＭＤ装置に光学像を発生する方法。