JPH0789138A - 多波長電子印刷ヘッド用選択的光学要素 - Google Patents

多波長電子印刷ヘッド用選択的光学要素

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JPH0789138A
JPH0789138A JP6157579A JP15757994A JPH0789138A JP H0789138 A JPH0789138 A JP H0789138A JP 6157579 A JP6157579 A JP 6157579A JP 15757994 A JP15757994 A JP 15757994A JP H0789138 A JPH0789138 A JP H0789138A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 感光体上に画像化する所望の大きさの任意の
波長のスポットを生成する方法を提供する。 【構成】 選択光学要素の光学表面に伝達ゾーンを規定
する薄膜コーティング４４，４６，４８，５０を付着
し、それぞれのゾーンは所望の波長帯域を伝達させる。
そのゾーンを越えると、表面は特定の波長帯域に対して
実質的に不透明になる。各々の波長のゾーンは個々に計
算して各々の波長の有効口径を与えて全ての波長のスポ
ットサイズが利用者の指定に合致するようにする。 【効果】 本発明により単一の光路と単一の感光体を用
いてフルカラー電子写真を達成することができる。更に
単一の光学要素を光路内の別の光学要素の数を増加する
ことなく多波長のいくつかの有効口径として作用させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般にフルカラー電子写
真印刷システムで使用するような多波長作動を有する電
子印刷ヘッドの光学要素に関し、特に感光体の表面上に
集束する様々な波長の特定面積のスポットサイズを形成
する選択的光学要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子写真印刷の基本的な技術は確立さ
れ、従来技術でよく知られている。即ち基本的に変調レ
ーザビームを感光体の表面にわたり掃引することで荷電
した感光体上に潜像を形成する。次にこの潜像を用いて
静電的に潜像に引き付けられるトナーを通常は普通の用
紙の記録媒体上に転写、溶着して永久画像を形成する。
【０００３】電子写真を拡張してフルカラー印刷を含め
ると、１組の独特の問題が生じる。例えば電子写真シス
テムは特定のレーザマーキングに対応してどの色を記録
媒体に加えるかを「周知」していなければならない。こ
の問題を克服するため、現在の技術で多くの方法が考案
されている。
【０００４】例えばある電子写真システムは１つだけの
光の波長を感光体装置の表面に加えている。一方感光体
は単一波長を、光が感光体に到達する特定の時間や場所
に依って、記録媒体に加える異なる色として判断する。
この種の一般的なシステムでは、フルカラー印刷を生成
するという多通過手法を用いている。このシステムでは
感光体表面を数回通過する（各々の通過を別の色と判断
する）単一の波長の光を生成する。通過毎に異なる色を
供給するため、異なるカラートナーを感光体表面に塗布
し、次に記録媒体に転写する。各々の所望の色を塗布す
るまでこの手順を繰り返す。
【０００５】このシステムの主な欠点はスピードで、感
光体上で多通過を実行して１ページの印刷を生成するの
に時間がかかる。理論的には１回の通過で記録媒体上に
全ての異なる色を塗ることができれば、印刷は通過回数
に等しい係数でスピードアップすることができる。
【０００６】そこで全ての所望の色を感光体表面上での
１回の通過で塗る「タンデム」システムと称する電子写
真システムがある。一般的なタンデムシステムのアーキ
テクチャは、並列に走るいくつかの独立した光学／電子
写真サブシステムからなる。一般に印刷する所望の色と
同じ数の多くのサブシステムがあり、一般的な印刷通過
では、各々のサブシステムはそれらの潜像をそれらの専
用感光体に同時に形成する。記録媒体はサブシステムか
らサブシステムへ循環させる。記録媒体が各々の専用感
光体を通過すると共に、潜像が媒体に転写される。
【０００７】タンデムシステムでカラー像を生成する際
の主な欠点はコストである。各々の別々のサブシステム
で多くの光学要素を重複し、それら追加光学要素はシス
テムのコストを増大する。共通光路を用いて多波長によ
り単一感光体をアドレス指定することができればより費
用効果的となる。
【０００８】しかし単一光路と単一感光体を使用すると
いうことは、感光体装置がいくつかの異なる波長に同時
に感応することが必要になる。あるシステムは層状感光
体を設け、それにより各々の層は特定の波長に反応し、
残りの波長を後続の層に渡すようにしている。そのよう
な感光体とシステムはそれぞれ１９９２年１２月９日と
１９９３年１月４日に出願され、ゼロックスコーポレー
ションに譲渡されたコバックス(Kovacs)らの米国特許出
願番号０７／９８７８８６号と０８／０００３４９号及
び１９９２年１２月９日に出願され、ゼロックスコーポ
レーションに譲渡されたコバックスの米国特許出願番号
０７／９８７８８５号に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】１つの光路をいくつか
の異なる光の波長に用いるときに問題が生じる。全ての
波長に共通の大きさのアパーチャを全ての様々な波長が
通過するとき、感光体表面に形成する異なる波長のスポ
ットは波長により大きさが直接的に変化する。従って波
長が増大すると、画像スポットの大きさも増大する。こ
れは本質的にレンズと鏡からなる単一光路を一般に使用
するレーザプリンタで問題となる。
【００１０】大部分の印刷アプリケーションでは、画像
スポットの大きさは全ての波長に付いて等しくあるべき
である。そうでなければ最終的な印刷物は利用者が意図
したものと異なるものになる。利用者の見解からは赤ス
ポットが青スポットよりも常に大きくなければならない
論理的な理由はない。他のアプリケーションでは、異な
る波長に対して異なるスポットサイズを指定することが
望ましいことがある。例えば利用者は赤色よりも青色に
対して大きなスポットを所望する場合がある。更に利用
者はスポットの正確な大きさを指定することを所望する
場合がある。従って波長に関係なく特定サイズのスポッ
トを生成すると同時に別々の波長の数で光学要素の数が
決まることのない光路を形成するニーズがあった。従っ
て本発明の目的は特定スポットサイズを生成する多波長
用の単一光路を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】要約すると本発明は様々
な光学要素に塗布できる薄膜コーティングと、光路内の
多波長源からの画像化スポットの大きさを制御する方法
に関する。本発明の原理に従って作製した選択光学要素
は光学表面を含み、表面には伝達ゾーンを規定する薄膜
コーティングを付着(deposit) し、それぞれのゾーンは
所望の波長帯域を伝達させる。そのゾーンを越えると、
表面は特定の波長帯域に対して実質的に不透明になる。
各々の波長のゾーンは個々に計算して各々の波長の有効
口径を与えて全ての波長のスポットサイズが利用者の指
定に合致するようにする。
【００１２】
【作用】本発明により単一光路と単一感光体を用いてフ
ルカラー電子写真を達成することができる。更に単一光
学要素で、光路に別の光学要素の数を増加することなし
に多波長のいくつかの有効口径として作用させることが
できる。
【００１３】
【実施例】図１に一般的な光学システム１０の高度に単
純化した図を示す。レーザ源１２は感光体２４の表面に
画像化する光を放射する。多ビーム構成では、レーザ１
２はいくつかの密接したレーザダイオードで構成するこ
とができる。それらのダイオードは作動モードにより異
なる波長を放射する。ビームそれ自身は実際には密接に
束にしたビームからなる。更に各々のレーザ源は独自に
アドレス可能である。従って多波長モードでは、異なる
波長を異なる時間に感光体上の異なる場所に画像化して
異なるカラーの色合いを生成することができる。
【００１４】光学アパーチャ１４は入力光学素子１６へ
の光のビームの大きさを調節する。一般的な光学アパー
チャを図２に示す。光学アパーチャ１４は一般にガラ
ス、金属などの不透明な材料から構成することができる
不透明なフレーム３０で構成する。光はフレーム３０の
中心の開口部３２を通過する。開口部３２はガラスなど
の一部の透光性材料で構成することができる。代わりに
開口部３２はフレーム３０に空けた孔とすることができ
る。どちらの場合も光学アパーチャ１４を通過する光は
入力光学素子１６に対する大きさが調節され、一般にア
パーチャによりどの様な形でも集束あるいは分散されな
い。
【００１５】入力光学素子１６は一連のレンズ１８、１
９からなる。レンズ１８はビームを回転ポリゴンミラー
２０に対してコリメートする働きをする。レンズ１９は
円柱レンズで、接線子午線で屈折力を持たない。回転ポ
リゴンミラーは一般に感光体を水平走査する光線の必要
な偏向をもたらすために用いる。回転ミラーを必要とし
ない多くの他の走査手法が従来技術で知られており、本
発明は特定の走査手法に限定されないことを理解する必
要がある。同様に光学システムを総称的に図１で示して
おり、本発明は従ってそれに限定されない。実際、本発
明は異なる波長の可変の画像スポットサイズを生成する
どの様な特定の光学システムアーキテクチャにも適応さ
せて作動させることができる。
【００１６】次に偏向ビームは様々な光学要素２３、２
５からなる補正光学要素２２を通過する。補正光学要素
２２は一般に走査の焦点を合わせるのに用い、回転ポリ
ゴンミラーにある動揺の補正を提供する。光が光学要素
２２を出た後、個々の密接に束にしたビーム２６、２
７、２８、２９（図３に示す）が感光体２４を照射す
る。
【００１７】フルカラーを生成する作動電子写真システ
ムでは、様々なビームは異なる色と判断される。上述し
たように、感光体２４は層状構成を有することができ
る。各々の層は特定の波長に感応し、他の波長は下の層
に通過させる。それらの層は一方で記録媒体に転写する
別々の色と判断される。本発明は特定の感光体の選択に
限定されないことが理解されよう。
【００１８】図１のシステムが多波長モードで作動して
いるならば、異なる光線は様々なスポットサイズで感光
体２４上に画像化されることになる。実際、スポットの
大きさは次の式に従って変化する。
【００１９】 スポットサイズ＝Ｋ＊Ｆ＃＊λ （１） ここでＫはアパーチャ照射方法とスポットサイズを規定
する屈折点（例：全幅半最大ないし１／ε2 ）の両方の
関数、Ｆ＃はｆ数、λは画像化ビームの波長である。ｆ
数は次のように定義される。
【００２０】 Ｆ＃＝焦点距離／スポットサイズ （２） ここで焦点距離は光学システムの第２の主要面と焦点の
間の距離である。
【００２１】それらの式の効果を図３に示す。感光体２
４をその表面に焦点を合わせた４つの異なるビーム２
６、２７、２８、２９を有して示している。それらのビ
ームの波長は次のように関連している。 λ1 ＜λ2 ＜λ3 ＜λ4 （３）
【００２２】従ってそれらのビームのスポットサイズは
それらの波長に対して直接的に変化し、即ちλ1 最小ス
ポット、λ4 最大スポットとして示されている。
【００２３】このスポットサイズの変化は電子写真では
非常に望ましくない。特定の色が一貫して他の色よりも
大きいことは異常である。例えば赤の画素が常に青の画
素よりも大きいという論理的な理由はない。
【００２４】本発明はこの問題を、感光体上に画像化す
る所望の大きさの任意の波長のスポットを生成する方法
を提供することで解決する。薄膜コーティングを様々な
光学要素に塗布することで任意の特定の波長に対する有
効口径を制御することができる。例えば本発明は光路内
の光学アパーチャ、レンズあるいは鏡面に適用すること
ができる。特に図４は本発明の原理に従って作製した光
学アパーチャ４０を示している。アパーチャ４０はガラ
スや金属などの不透明材料から構成できる不透明シェル
４２からなる。シェル４２の開口部は、事実上異なる波
長に対して異なる大きさの口径を提供する１組の薄膜層
４４、４６、４８、５０となっている。
【００２５】異なる波長に対する異なる大きさの口径を
供給する純粋な効果は式２に見ることができる。２つの
異なる波長λ1 、λ4 （ここでλ1 ＜λ4 ）を想定する
と、λ4 の有効口径（即ちＡｐ（λ4 ））がＡｐ
（λ1 ）より大きいとすると、λ4のＦ＃（即ちＦ＃
（λ4 ））はＦ＃（λ1 ）よりも小さくなる。要約する
と、 Ａｐ（λ4 ）＞Ａｐ（λ1 ）ならばＦ＃（λ4 ）＜Ｆ＃（λ1 ） （４） 式１から、波長対有効口径の割合が等しければ、異なる
波長のスポットサイズは等しくなることが分かる。数学
的には、 λ1 ／Ａｐ（λ1 ）＝λ4 ／Ａｐ（λ4 ）ならば スポットサイズ（λ1 ）＝スポットサイズ（λ4 ） （５）
【００２６】このように様々な波長の有効口径サイズを
制御することで、共通光路を有するシステムで均一なス
ポットサイズを生成することが可能となる。
【００２７】同様に、任意の所与の波長に対して最大サ
イズまでの任意の特定スポットサイズを形成することが
できる。これは有効口径を次のように設定することで行
うことができる。 Ａｐ（λ）＝（Ｋ＊焦点距離＊λ）／特定スポットサイズ （６）
【００２８】所与の波長の最大スポットサイズは、有効
口径が光学システムで可能なフル口径サイズに等しい場
合に生じる。
【００２９】本発明では単一光学要素内に異なる伝達ゾ
ーンを形成することで有効口径を制御する。それらの伝
達ゾーンは異なる薄膜コーティングを異なるゾーンに塗
布することで形成する。それらの異なるコーティングに
より光学的性質に従ってどの波長を伝達し、どれを阻止
するかを決定する。
【００３０】それらのコーティングは様々な光学要素に
適用することができる。図４はアパーチャの表面に適用
した本発明を示している。アパーチャ４０は４つの伝達
ゾーン４４、４６、４８、５０に分割されており、それ
らのゾーンはそれぞれゾーン１、２、３、４と記されて
いる。
【００３１】本実施例では、６７０ｎｍ、７８０ｎｍ、
８３０ｎｍ、９００ｎｍの波長に対して均一のスポット
サイズをもたらすため、異なる有効口径を設けている。
ゾーン４は４つの光の波長全てを伝達するように設計し
ている。ゾーン３は７８０ｎｍ、８３０ｎｍ、９００ｎ
ｍの波長だけを伝達し、６７０ｎｍの伝達を阻止するよ
うにしている。ゾーン２は８３０ｎｍ、９００ｎｍの波
長だけを伝達するようにし、ゾーン１は９００ｎｍの波
長だけを伝達するように設計している。本発明は本実施
例のために記述した特定のゾーン数、特定の作動波長、
あるいは特定のコーティングに限定されないことが理解
されよう。実際、本発明はこの手法を任意の数のゾーン
や波長に対して用いることを意図したものである。特定
のコーティングは選択する波長に従って異なる。
【００３２】本実施例は付着した領域の透光性を変える
様々な薄膜でガラス基板を被覆することで構成してい
る。例えばゾーン４は４つの全ての波長の光を伝達する
ことを意図しているので、ゾーン４は被覆しないままと
し、ガラス基板は全ての波長を伝達する。ゾーン３は標
準長波長通過設計(standard longwave pass design) で
被覆する。標準薄膜用術語を用いると、ゾーン３は次の
ものからなる。
【００３３】Ｓ−Ｈ／２（ＬＨ）8 ＬＨ／２−Ａ ここでＨ＝ＴｉＯ2 、ｎ＝２．３５、１／４波長厚＠６
００ｎｍ Ｌ＝ＳｉＯ2 、ｎ＝１．４３、１／４波長厚＠６００ｎ
ｍ Ｓ＝基板 Ａ＝空気
【００３４】ゾーン２は次のものからなる。 Ｓ−Ｈ／２（ＬＨ）6 ＬＨ／２ ｈ／２（Ｌ’ｈ）
6 Ｌ’ｈ／２−Ａ ここでＨ＝ＴｉＯ2 、ｎ＝２．３５、１／４波長厚＠６
６０ｎｍ Ｌ＝ＳｉＯ2 、ｎ＝１．４３、１／４波長厚＠６６０ｎ
ｍ ここでｈ＝Ａｌ2 Ｏ3 、ｎ＝１．６５、１／４波長厚＠
７５５ｎｍ Ｌ’＝ＳｉＯ2 、ｎ＝１．４３、１／４波長厚＠７５５
ｎｍ Ｓ＝基板 Ａ＝空気
【００３５】ゾーン１は次のものからなる。 Ｓ−Ｈ／２（ＬＨ）8 Ｈ／２−Ａ ここでＨ＝ＴｉＯ2 、ｎ＝２．３５、１／４波長厚＠７
２２ｎｍ Ｌ＝ＳｉＯ2 、ｎ＝１．４３、１／４波長厚＠７２２ｎ
ｍ Ｓ＝基板 Ａ＝空気
【００３６】不透明領域４２は全ての波長の伝達を阻止
するが、これは不透明ガラスないし金属あるいは不透明
材料などで被覆したガラスで構成することができる。ア
パーチャ４０や様々なゾーンは長方形領域として描いて
いるが、本発明は円形領域その他の異なるスポットジオ
メトリのために最適化した任意に選択した設計に対して
等しく作動する。
【００３７】薄膜コーティングを使用して有効口径を制
御することは、光学アパーチャに限定されない。実際薄
膜コーティングは他の光学要素に付着して同様の効果を
達成することができる。図５は本発明の原理に従って作
製したレンズの斜視図である。図示したレンズ６０は平
らな面６２と曲面６１からなっている。表面６２上に
は、薄膜コーティングを付着して伝達ゾーン６４、６
６、６８、７０を規定することができる。アパーチャの
場合と同様に、レンズ６０上のコーティングで複数の波
長の有効口径を制御することにより利用者の指定に従っ
てスポットの大きさを調節する。図５のレンズは平らな
面を有して図示されているが、曲率に対して調節するた
めにコーティングの厚さを変える場合は、同様のコーテ
ィングを曲面に対して工夫することができることが理解
されよう。
【００３８】別の可能性のある適用では、薄膜コーティ
ングを光学システム内で使用する鏡面に塗布することが
できる。図６は本発明の原理に従って作製した鏡面８０
の正面図である。図示するように、鏡面８０上に配置し
たコーティングは４つの伝達ゾーン８２、８４、８６、
８８をもたらす。鏡面８０は平面あるいは曲面とするこ
とができることが理解されよう。
【００３９】鏡面に関して、本発明を実施する最良の態
様は、薄膜を光路の入力側に位置する鏡面に塗布するこ
とである。入力側はビームの走査、偏向前の光路部分で
ある。同様に本発明はファセット追跡ないしオーバーフ
ィル光学システムの回転ポリゴンの鏡面ファセットに対
して実施可能であることが理解されよう。
【００４０】要約すると、本発明は共通の光路を共有す
る様々な波長の特定スポットサイズを生成する方法と装
置を提供することが分かる。この特性によりレーザ電子
写真システムは単一の感光体を使用する多波長作動モー
ドからでも均衡の取れたカラー画像を生成することがで
きる。
【００４１】本発明のアプリケーションは様々な波長に
対して作動し、当業者は選択した特定の波長に適した他
の薄膜コーティングを考案できることが理解すべきであ
る。
【００４２】同様に本実施例では最内部の領域が全ての
波長を伝達し、各々の後続の外部領域は１つの波長を阻
止するように伝達ゾーンを同心円領域として構成した
が、本発明は多様な設計に使用でき、更に本発明は実施
例の設計とアーキテクチャに限定されないことを理解す
べきである。例えば伝達ゾーンはゾーンが同心円状でな
いように設計することができる。代わりにゾーンは１つ
だけないし選択した数の波長を伝達する基板上の個々の
領域とすることができる。代わりに最も外側のゾーンが
全ての波長を伝達し、各々の内部ゾーンが選択した波長
帯域を阻止するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 現在の電子写真システムの光学システムの接
線方向の概略図である。
【図２】 現在実施されている光学アパーチャの正面図
である。
【図３】 図１で実施する光学システムにより生成され
る様々な波長の光の画像スポットの相対的な大きさを示
す図である。
【図４】 本発明の原理に従って作製した光学アパーチ
ャの正面図である。
【図５】 本発明の原理に従って作製したレンズの斜視
図である。
【図６】 本発明の原理に従って作製した鏡面の正面図
である。
【符号の説明】
１０ 光学システム、１２ レーザ、１４ 光学アパー
チャ、１６ 入力光学素子、１８，１９ レンズ、２０
回転ポリゴンミラー、２２ 補正光学要素、２３，２
５ 光学要素、２４ 感光体、２６〜２９ ビーム、３
０ フレーム、３２ 開口部、４０ 光学アパーチャ、
４２ 不透明シェル、４４，４６，４８，５０ 薄膜
層、６０ レンズ、６１ 曲面、６２ 平らな面、６
４，６６，６８，７０ 伝達ゾーン、８０ 鏡面、８
２，８４，８６，８８ 伝達ゾーン
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 15/04 １１１

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の波長によって共有される光路にお
    いて、前記複数の波長に対して特定のスポットサイズを
    生成するための、次のものを含む光学要素：光路からの
    光が当たる表面；伝達ゾーンを規定する前記表面上に配
    置された薄膜コーティングであって、各前記領域は波長
    の選択帯域の伝達を許容して前記複数の波長の有効口径
    が特定のスポットサイズを生成するもの。
  2. 【請求項２】 複数波長の共通光学システムを有するレ
    ーザ電子写真システムにおいて、各々の前記波長のスポ
    ットサイズが利用者の指定に合致するように各々の前記
    波長の有効口径を生成する伝達ゾーンを有する光学要素
    を含む、前記システム。
  3. 【請求項３】 表面を有する光学要素を作製する方法で
    あって、前記要素が共通光学システム内で複数波長の特
    定スポットサイズを生成する、次のステップを含む方
    法： （Ａ）次式に従って所与の前記波長λについて有効口径
    Ａｐを計算し、 Ａｐ（λ）＝（Ｋ＊焦点距離＊λ）／特定スポットサイ
    ズ （ここでＫはアパーチャ照射方法とスポットサイズを規
    定する屈折点の両方の関数） （Ｂ）前記基板を前記基板上のある領域の境界まで薄膜
    で被覆して、前記薄膜が前記波長の伝達を阻止するよう
    に前記領域をステップＡで計算した前記波長λの前記有
    効口径に等しくし、 （Ｃ）各々の前記複数波長に対してステップＡ，Ｂを繰
    り返す。
JP15757994A 1993-07-12 1994-07-08 光学要素、光学システム及び光学要素を作製する方法 Expired - Fee Related JP3544392B2 (ja)

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