JPH0664250B2 - マルチスポット，レーザー式静電プリンタの像走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．産業上の利用分野 本発明は、レーザを用いた静電プリンタに関し、特にマ
ルチスポツトの印刷ヘツドを用いて走査方向及び処理方
向の両方の像形成が改良された像走査装置に関する。

Ｂ．従来技術 静電プリンタは受像媒体上に一連の画素（ペル）を置く
ことによつて像を生成するように設計される。例えば、
一連の走査線として光導電面を横切る１本若しくは複数
本のレーザなどの光源によつて像が形成される。その光
のビームは光導電面上に一連の重畳するペルを置く。各
ペルはペル領域に置かれ、光のビームによつて、幾つか
のペル領域が露光され、また他のペル領域が露光されな
いというように変調される。光を含むペルが光導電面に
当るときはいつでも、表面はそのペル位置で放電され
る。この様にして、再生しようとする目的物の像に一致
するペルの帯電パターンを光導電面が有することにな
る。その帯電パターンを現像し、その現像された像を、
一般に紙である媒体に印刷するよう転写することによつ
て印刷されたコピーが得られる。

静電プリンタはこの分野で良く知られており、例えば本
発明の出願人による米国特許第４５４４２６４号及び第
４６２５２２２号に開示されている。

レーザ式の静電プリンタにより得られる像の解像度は、
２５．４mm（１インチ）あたりのペルによつて一般に定
義される。今日、市販されている典型的なプリンタでは
２５．４mmあたり４８０ペルという解像度である。

静電印刷による性能に対する要求が高まつてきて、印刷
ヘツドに重荷を負わせるようになつてきている。速度や
ペル密度等が増してきたことも、多角形の鏡の回転速度
を高くしたり、その多角形の鏡の小面の数を増したり各
ペルに許容される時間を少なくしたりする必要が生じて
きている。多角形の鏡の回転速度が高くなると、モータ
の機構が大きくなり、同期機構も複雑になる。

マルチスポツトの結像技法は、上記の関連事項を克服し
乍ら、これまで探求していた改良性能を与えることがで
きる。単一の走査線の代りに複数個のスポツトやペルを
走査することによつて、印刷速度が増して行く。好適に
は、２本乃至６本のレーザ・ビームが、速度、ペル密度
及びレーザ・パワーを多角形スピナとの間の好適なバラ
ンスを達成するのに使用される。例えば、ＩＢＭ３８０
０モデルIIIプリンタでは、音響光学変換器がＨｅＮｅ
レーザを、２本の独立に制御されるレーザ・ビームに分
割するのに使用される。

更に、マルチスポツトの結像を得るために半導体のレー
ザ出力群を光学的に組合せることを多くのシステムで企
図してきた。しかし基本的な性質の問題を含む幾つかの
問題が、そのようなシステムを成長する技術にすること
を阻んできた。

Ｃ．発明が解決しようとする問題点 マルチスポツト・プリンタの目的は、処理方向に１ペル
に等しい間隔と、走査方向の一様なペル変位とを有する
像を提供することである。

本発明では、結果的に２ステツプで達成される。第１
の、要求される１ペル間隔を処理方向に有し、且つ走査
方向に分離を生じない像を発生する。続いて、走査方向
に一様なペル変位を有する像を発生する。

「走査方向」というのは、光導電面を横切る光のビーム
の走査の方向を云う。また「処理方向」というのは、像
が投射される光導電面の移動方向を云う。簡単に云え
ば、走査方向が左から右、処理方向が上から下と考えて
も良い。勿論、その方向は光の走査系や光導電面体の運
動系で決まるように、反対にしても両方の系の間で交換
しても良い。

本発明の目的は、レーザビームのスポツトの位置づけの
安定性及びスポツトサイズの安定性を増進することにあ
る。

Ｄ．問題を解決するための手段 本発明では、光導電面上でのマルチスポツト・イメージ
の各点が、別個の独立のレーザ・ビームにより形成され
る。結像面即ち光導電面でのスポツトの位置を制御する
ための光学系が、２つの面に於る光学的な性能をみるこ
とによつてもつとも分り易く説明できると思われる。即
ち第１の面（処理面）が処理方向のペルの位置づけのみ
に影響を与え、第２の面（走査面）が走査方向のペルの
位置づけのみに影響を与える。

処理面では、複数本のレーザの夫々によつて照射される
複数個の孔を含む孔板がある。前走査及び後走査の光学
手段を含む光学系が孔を照射し、光導電面上に結像す
る。前走査及び後走査の光学系を適正に選択することに
よつて、その像の中のスポツト即ちペルが、処理方向に
制御し得る距離だけ隔てて配置される。光導電面上に、
複数個の照射される孔を結像することによつて、隣接す
るレーザ・スポツト相互間の相対的な間隔が、レーザの
位置ではなく、孔の間隔によつて制御される。

走査面では、単一の孔を含む第２の孔板が光導電面から
共役面に位置づけられる。そのシステム中に導入される
個々のレーザ・ビームはこの走査孔板上に焦結され、そ
の単一の孔を照射する。前走査及び後走査の光学系を適
正に選択すれば、走査方向にペルを一様に位置づけるこ
とができる。上述の処理方向の場合と同様、個々のレー
ザ位置そのものではなく、相対的なスポツト位置を制御
する複数本のレーザによつて、単一の孔が照射され結像
される。

前走査及び後走査という用語は、多角形鏡に光ビームが
入る前及び入つた後（反射した後）の光学系を云う。

Ｅ．実施例 ここで特に第２図を参照すると、静電式の典型的なレー
ザ・プリンタが図示されている。静電ドラム１０は、モ
ータ１２により矢印１４の方に駆動される。ドラム１０
は光導電材料１６を担持しており、この光導電材料は帯
電コロナ発生器１８の下を通過して、適当な電圧に帯電
される。再生しようとする像に従つて露光ステーシヨン
２０で光導電材料が放電される。その像は、変調された
レーザ・ビーム２４を生じるレーザ印刷ヘツドを具備す
る走査系２２によつて生じる。その潜像は現像ステーシ
ヨン２６で現像され、コロナ発生器２８により受像媒体
（普通はコピー用紙）に転写される。受像媒体は用紙通
路３０を通つて来たものである。光導電材料１６は、清
掃ステーシヨン３２へ移動し、それから次の像を受取
る。コピー用紙はいずれかのビン３４又は３６に貯蔵さ
れることができ、用紙通路３０の中のゲート３８、ピン
チ・ローラ４０、転写ステーシヨン２８及び融着ローラ
４２へと給送される。そして印刷完成品は出口ポケツト
４４か又は最終ステーシヨン４６に通される。

図中のブロツク４８は、プリンタの動作を制御する制御
回路を表わし、１個又は複数個の任意の適宜のマイクロ
プロセツサを含むことができる。

走査系２２を第３図にもつと詳細に示す。図中、１個又
は複数個の固体レーザ・チツプ及び本発明の機構の大部
分がアセンブリ５０の中に組込まれる。複数個の半導体
レーザで発生される複数本のレーザ・ビーム２４は、ア
センブリ５０から、回転する多角形鏡５４に進む。多角
形鏡５４はその周囲に複数個の小面５６を有する。レー
ザ・ビーム２４は、１個の小面で反射され、角度Θだけ
走査する。回転する鏡の小面で反射された後、ビームは
光学アセンブリ５８に進む。そこではビームが整形さ
れ、光導電面１６に焦結させられる。ビーム屈曲鏡６０
が図示されているが、これはレンズ８８を介してレーザ
・ビーム２４を光導電面１６に指向する最終屈曲機構を
説明するためである。モータ６２は、回転鏡５４を駆動
するよう結合されている。走査開始鏡６４がレーザ・ビ
ームを走査開始検知器６６に指向するため設けられてい
る。

回転軸５４上の１つの小面５６を横切るようにレーザ・
ビームを反射させることによつて複数本のレーザから複
数個のスポツトが光導電面１６に生じる。一走査線中の
スポツトの数がアセンブリ５０中のレーザの数に依存す
る。複数個のレーザ出力ビームは複数個の点を形成する
よう光学的に組合される。

第１図は、走査方向にペルを分離させず、処理方向にペ
ルを分離させるよう制御する本発明の実施例の構成を図
式的に示す。従来技術の実施例では、各レーザのレーザ
・キヤビテイが光導電面１６に結像される。このような
装置は、２０倍台の像倍率を一般に有する。温度条件が
変ることにより、レーザの点が浮遊し、その結果、光導
面上の対応する点の位置もシフトすることが知られてい
る。例えば、２個のレーザの点を３個のペルだけ処理方
向に分離するつもりなら、その熱による浮遊効果がその
スペーシングを２個又は４個のペルにさせることがあ
る。このような分離は完成した文書中では、はつきりと
見えるようになり、従つてもつとも望ましくないもので
ある。

同じ状況が走査方向にも適用される。その場合、光導電
面が走査されるときの走査方向と直交する線内に走査ビ
ームがあるのが理想である。２０という典型的な倍率の
装置の場合、１本のレーザの他のレーザに対するシフト
は、光導面では像が２０倍シフトすることになる。

物理的な孔を照射し且つこれらの孔を、対応する光学系
で結像させるという本発明の構成では、スポツト位置は
小さいレーザ位置変動と独立である。本発明では、レー
ザ位置ではなく、スポツト位置を与える孔が主となる。

第１図に示すレーザ・アセンブリ７０には、Ｎ個の半導
体レーザ及びそれらと協働する光学系が配設される。ア
センブリ７０中に配列されたレーザの前には、Ｎ個の矩
形の孔７４を含む不透明な孔板７２が設けられる。孔７
４の配列は、アセンブリ７０中のＮ個のレーザで発生さ
れるＮ本のレーザ・ビームのうちの１本から唯一のレー
ザ・ビームによつてのみ照射されるようになつている。
その矩形の孔は幅Ｗ、長さＬ、アスペクト比Ｒ及びピツ
チＰを有する。そのアスペクト比は長さＬを幅Ｗで除し
た値として定義され、１０乃至それ以上のオーダに選択
される。

第１図の光学系７６は、走査角を変えるよう光導電面上
に孔７４を結像するための光学系である。光学系７６の
走査後の光学部分はまた多角形鏡の小面の錐体の誤差の
訂正を与え、これによつて走査線から走査線への或いは
走査線内での処理方向のスポツトの位置に悪影響を及ぼ
しかねない振動の効果を実質的に減少させる。

孔板７２及び結像面即ち光導電面１６′が処理方向に関
し共役平面にあるよう上述の実施例が形成される。

光学系７６は、光導電面１６′上に結像されるとき、物
体の即ち孔７４の縮小を生じさせるよう設計される。そ
の光学系７６は、Ｎ個の矩形の孔を結像し、光導電面上
にＮ個の点を生じる。縮小率Ｍは、処理方向に所望のス
ポツト・サイズを生じるよう選択される。更に、孔のピ
ツチＰを適正に選択することによつて、スポツト７８同
志は所望の値だけ光導電面上で隔てられる。

各孔が唯一のレーザによつてのみ照射されるよう確保す
るため幾つかの実施例がある。２個のスポツト系では、
第４図に示すようなプリズム構成が好ましい。ここでは
レーザ９０及び９２が、光のビームを夫々のコリメータ
・レンズ９４、９６を介して伝導する。各々のコリメー
トされたビームは、プリズム１０２の上部の鏡面９８及
び下部の鏡面１００に指向され、そこで反射されて、孔
７２中の２個の孔７４を夫々通される。そして上述のよ
うな２個のスポツトを光導電面１６上に形成する。プリ
ズム１０２の代りに２個の平面鏡を用いても同じ結果が
得られることは当業者にとつて明白である。

適正に選択された鏡や光学系を使用することによつて任
意の量Ｎのレーザが使用でき、各レーザ・ビームが孔板
中のＮ個の孔のうち１個だけを照射するようにすること
ができる。

第５図に示す他の実施例では、複数個の半導体レーザ９
０′を利用し、それらを各レーザの光のビームが夫々の
光学フアイバ・ビグテール１０４の一端に結合されるよ
う配列される。各ピグテール１０４の他端は、そのピグ
テールを支持するため内部に複数個のホルダを有する支
持板１０６に結合される。この結果、或るピツチＰで処
理方向に隔つた光のビームが孔板７２中の孔７４のピツ
チに等しくなる。上述の構成は個々の光ビームが１個の
孔を照射する結果をもたらす。板１０６と孔板７２との
間の光路には、走査方向にビームを拡大するため円筒形
の発散レンズ１０７が配設される。

第６図の好適な実施例では、複数本のビームを生じるレ
ーザ・アセンブリ７０の直前に、処理方向の孔板７２が
配設される。円筒形のレンズ８０は、孔板７２からその
焦点距離だけ隔てて位置づけられる。処理孔７４をビー
ムが通過した後、ビームは円筒状のレンズ８０及び８２
と球面レンズ８４を通過する。円筒形のレンズ８０及び
球面レンズ８４は同じ焦点距離であり、２個の焦点距離
分、隔てられている。これらの要素は、その処理方向の
孔７４を、多角形鏡の小面である中間の面５６上に結像
する。レンズ８２及び８４は走査方向に拡大する組合せ
である。

上述のような前走査光学系を通つた後、各レーザ・ビー
ムは、次に後走査の視野レンズ８５，８６及び８８を通
る。これらの後走査レンズは、小面５６に形成された中
間の像を、光導電面１６上に再度結像させる。この結像
された最終像は、元の孔７２を縮小した像である。

処理方向のスポツト間隔を制御する実施例を幾つか説明
してきたが、下記に走査方向のスポツト間隔を制御する
実施例を幾つか説明しよう。

複数スポツトのレーザ印刷では、処理方向にペル１個分
の間隔を与えるのが望ましいが走査方向には分離してい
ないのが望ましいことは既に説明した。第７図に示すレ
ーザ・モジユール１０８は、直線方向の距離ｄだけ隔て
て図示された２本のレーザ・ビーム１０３及び１０５を
提供する。レーザ・モジユールから伝導される角方向に
隔つたビームをもつ同様の構成も可能である。しかし、
説明の便宜上、直線方向に隔たつた構成だけを説明す
る。レーザ・ビームを走査方向に分離させず、スポツト
も分離させないために、各ビームの中心の光線を、第７
図に示すＸ−Ｚ面内に含むか、平行にする必要がある。
そのＸ−Ｚ面は走査方向の面に平行である。この２本の
ビーム１０３及び１０５はレンズ１２２を通り、孔板１
１０上に焦結される。

モジユール１０８を構築した後生じる固有の問題があ
る。熱的な膨張及び機械的な整定の結果として、個々の
レーザの相対位置が変り、これによつて初期の整列が変
化してしまうのである。そのような位置の変位即ちシフ
トに対するシステムの正確な感度は、レーザ・モジユー
ルの設計に依存する。或る種のシステムでは、熱膨張に
よるスポツトのシフトが大きくなるかもしれない。典型
的には、結像する印刷ヘツド・システムに於て、±１０
ミクロンというスポツト位置付けの一様性を達すること
が目標である。従つて、光学系が２０という典型的な倍
率を提供するならば、レーザの位置を、他の光学系に対
し、±０．５ミクロンの範囲内に保持する必要がある。
このようなシステムでは、最終の組立て及び整列後、１
／２ミクロン若しくはそれ以上の相対移動を生じさせる
熱的なシフトがあれば、役に立たない。

第８図は走査孔板１１０を図式的に示す。孔１１２は、
焦点での走査方向のビームの径よりも小さい幅に選択さ
れる。その孔板にビームをあふれるほどみたすことによ
つて、その中心のビームが孔の中心に再度合わされる。
その孔の前で、ビームの中心を相対的にシフトさせと、
孔のスリツトと平行にその孔が整列される。

第９図は、レーザ・モジユールの物理的な整列時に小さ
いシフトがあるとき、走査方向の分離が生じない走査方
向光学系の図式図である。各レーザ・ビーム６８は、第
１の円筒形のレンズ８２、孔板１１０中の孔１１２及び
レンズ８４を含む拡大のための組合せ構成を通る。拡大
後、ビームは多角形鏡の小面５６で反射され、後走査光
学系８５、８６及び８８に進む。

レンズ及び孔板は下記の結果を生じるよう寸法及び空間
的な位置に配置される。即ち孔の径によつて定義されて
きたビームの径は、光導電面上の所望のスポツト径を生
じるような寸法でなければならず、レーザ・ビームを板
１１０の面内に焦結する必要がある。

その孔の面と結像面即ち光導電面とは共役面である。板
１１０の面内の結像点は、残りの既知の光学系により光
導電面上に結像される光源と考えられる。即ち、光導電
面上に結像される孔１１２を通る光のビームである。

典型例では、板１１０の面でのレーザ・ビームのスポツ
トの寸法は２２ミクロンである。その孔のスリツトは走
査方向に約１６ミクロン、処理方向に数ミクロンであ
る。その結果、孔板１１０及び光導電面１６が共役面な
ので、１６ミクロンの孔が光導電面上に結像される。孔
１１２が処理方向に沿つている限り、且つ走査面中、最
小のスキユーを有する限り、結像されるスポツトは、走
査面内で最小のスキユーの状態で処理方向に沿つて位置
づけられる。

これは拡大のための組合せ構成中のレンズ８２及び８４
の正確なパワーを指定することによつて達成される。上
述の構成では、入力ビーム６８は、２．３ミクロン、所
与の例で±３ミクロンずつシフトし、光導電面上の像は
実質上殆んどシフトしない結果となる。レーザ・ビーム
が板１１０の孔１１２の廻りの領域を照射するので、そ
の孔が実質上照射されたままにとどまる限り、多数のス
ポツトの像に影響を及ぼさないであろう。従つて、スキ
ヤナを組立てるとき機械的な許容差は重要であるが、致
命的ではない。何故ならレーザ位置の小さい変動は、光
導電面上には現われないからであろう。光ビームの全体
の一部だけが孔を通るような任意の孔のシステムで同じ
ことが云える。その結果、製造し易い走査システムが得
られ、また個々のレーザ・アセンブリの熱サイクル及び
長期的なドリフト現象にわたつて寸法的に安定し、保守
性の良い走査システムが提供される。

孔１１２への入力ビームがシフトするので、孔１１２を
通つて伝導するエネルギも変化する。即知のレーザ・パ
ワー・サーボ・システムを用いれば、スポツト・エネル
ギ中の変化が補償される。レーザ位置に於る僅かなシフ
トがパワーの変動を生じ、これはレーザ・パワー・サー
ボ・システムを用いることによつて簡単に修正される。
その結果、スポツト相互間の空間的な位置関係は、レー
ザの位置がシフトしても変らない。

上述の全ての構成では、レーザ・ビームが各孔をあふれ
るほどにみたし、これによつてビームを切出す。結像さ
れるのは孔であり、最終のビーム位置を制御するものも
孔であつて、元のレーザ・ビームではない。ビームの適
量の過剰があれば、印刷される像に問題を生じることな
く、孔の幅の±２５％ほどレーザを移動できることが実
験で分つた。

これまで、処理方向及び走査方向にスポツト又はペルの
位置づけを制御する配列を説明してきたが、第１０図は
複数スポツトのレーザによる静電式プリンタで使用され
る２つのプロセスを組合せた構成を図式的に示す。

第１０図に於るレーザ・システム１２０は、Ｎ個の孔７
４を有する孔板７２と、第４図及び第５図に関連して説
明した型の光学系とを含む。アセンブリ１２０からのレ
ーザ・ビームが、処理方向の変位を制御するよう選択さ
れた円筒状レンズ８０′を通る。破線の枠１１４中の要
素は第９図に図示しまた説明した拡大のための組合せ構
成を概略的に表わす。レンズ８２′は走査方向のスポツ
トの変位を制御するよう選択された円筒状のレンズであ
る。孔１１２′を含む孔板１１０′は光導電面１６の結
像面と共役の面に位置づけられる。レンズ８４′は、拡
大のための組合せ構成中の凸レンズであり、走査方向に
ビームをリコリメートする。レンズ８０′及び８４′
は、レーザ・システム１２１からの処理方向のペル・サ
イズ及びペル位置と１対１の関係で、回転する多角形鏡
５４′上に像の孔を投射するよう選択される。

第１０図に示す実施例では回転する多角形鏡５４′の小
面５６′で反射された後、その走査用のレーザ・ビーム
は、焦点距離が負で発散する平凸面レンズ８５′焦点距
離が正で収束する平凹面レンズ８６′、窓５２及び処理
方向に円筒形のレンズ８８′を先ず通過する。レンズ８
８′を通過した後、複数個のペルが光導電面１６上に印
刷される。これは走査方向と処理方向の両方の間隔が制
御されている。この複数個のペルを生じる印刷ヘツド
は、多角形鏡の小面５６′に対応する各回転毎にＮ本の
レーザ・ビームから成る１本の走査線を生じる。

第１０図の実施例が、第１図に示す型の静電プリンタで
使用されるよう走査システムのブロツク２２の中に容易
に置かれることが明白であろう。

Ｆ．発明の効果 本発明によれば、レーザ・ビームのスポツトの位置づけ
の安定性及びスポツト・サイズの安定性が増進される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、処理方向のスポツトの分離を制御するための
１実施例を表わす図である。 第２図は、典型的な静電プリンタを図式的に表わす図で
ある。 第３図は、静電写真プリンタで使用されるレーザ走査装
置を図式的に表わす図である。 第４図は、２つの光源による孔照射装置の図式図であ
る。 第５図は、第４図の構成の代替実施例で４個の光源によ
る孔照射装置の図式図である。 第６図は、第１図の実施例の光学系を処理方向の面内で
詳細に示す図である。 第７図は、走査方向に孔を照射するための一実施例を表
わす図である。 第８図は、単一のスリツトの走査方向の孔を照射する２
本のビームを表わす図である。 第９図は、走査方向に一様なスポツトで位置づけるため
の一実施例の光学系を示す図である。 第１０図は、マルチスポツトのレーザ式静電写真プリン
タの一部を表わす図である。 １６′……光導電面、７０……レーザ・アセンブリ、７
２……孔板、７６……光学系。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光導電面に複数個の物点の像を投射するた
   めのマルチスポット・レーザ式静電プリンタの像走査装
   置に於て、 複数個の物点の像に応じた複数本の光のビームを照射す
   るレーザ手段と、 上記レーザ手段からの複数本の光のビームの照射を夫々
   対応する複数個の孔で受けるよう配設され、第１の方向
   のスポットサイズ及びスポツト間隔を規定するよう該複
   数個の孔が該第１の方向に配設された第１の孔板を含む
   第１の光学系と、 上記複数個の物点の像を上記光導電面上に走査し投射す
   るための、上記第１の方向と直角な第２の走査方向に回
   転する多角形鏡と、 上記第１の孔板を通過した光のビームを受けるよう上記
   光導電面と共役面に配設され、上記第２の走査方向のス
   ポットサイズを規定する孔を有する第２の孔板を含み、
   上記多角形鏡上に上記光のビームを投射するよう配設さ
   れた第２の光学系とを具備する像走査装置。
2. 【請求項２】上記複数本の光のビームを受けて、上記第
   １の孔板中の対応する複数個の孔のところで焦結させ、
   且つ上記複数個の孔を通過した複数本の光のビームを上
   記光導電面上で焦結させる焦結手段を更に具備する特許
   請求の範囲第１項記載の像走査装置。