JPH08211706A - マルチスポット光学走査システム - Google Patents
マルチスポット光学走査システムInfo
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Abstract
的にシステム共通の焦点深度を維持し、マルチスポット
ROSのライン分離を最大化する。 【解決手段】 受光体の表面を露光するためのマルチス
ポット光学走査システムでは、少なくとも2つの光ビー
ムから成る光源と受光体の表面との間の光路上には反射
走査部材としてのポリゴンが配置され、さらに、該ポリ
ゴンの光反射面に光ビームを配光させるためのプレスキ
ャン光学系が配置される。該光ビームが受光体の表面に
突き当たる前に、ポストスキャン光学系の光軸に対して
テレセントリックな経路上に前記ポリゴンの光反射面か
ら反射された光ビームを配置して、受光体の表面によっ
て定義される焦点面に関してシステム共通の焦点深度を
最大化する。
Description
スキャナ(ROS)における焦点深度を向上させるため
の方法及び装置に係り、詳細には、実質的にシステム共
通の焦点深度を維持するとともに、マルチスポットRO
Sのライン分離を最大化するためのシステムに関する。
発明は回転ポリゴンベースの光学系において利用され
る。これまで、ROSベースの記録システムについて多
数の特許ならびに文献が発表されている。例えば、アメ
リカ特許第3、750、189号(発行日:1973年
7月31日)、アメリカ特許第4、253、102号
(発行日:1981年2月24日)、アメリカ特許第
4、390、235号(発行日:1983年6月28
日)、アメリカ特許第4、404、571号(発行日:
1983年9月13日)、アメリカ特許第4、474、
422号(発行日:1984年10月2日)、さらに、
「自己集束型ROS(Self-Focusing ROS)」(ゼロック
スディスクロージャジャーナル、第18巻、第2号、1
993年3月/4月、151頁乃至152頁)などがあ
げられる。
れらシステムの主な欠点は、2以上のインターレース
(2走査線幅以上の飛越走査)で2つ以上のレーザーの
使用を可能にするための、充分なライン分離の焦点深度
で焦点合わせされた走査線の生成能力がないことであ
る。単一のインターレース(1走査線幅の飛越走査)の
使用に対するかかる制約は、これらROS設計を放射測
定的に効果的でないものとする。理由は、より高いオー
ダーのインターレースよりも単一のインターレースでビ
ームのさらに多くの切り捨てが要求されるからである。
公称値の指定許容範囲内にある、光軸に沿った距離を表
わす。このライン分離焦点深度は走査線に沿って変化す
ることもある。「ディファレンシャル・バウ(differen
tial bow)」は走査線に沿ったライン分離の変化であ
る。このように、ディファレンシャル・バウはライン分
離の特殊ケースであり、これはより一般的な結像パラメ
ータである。不十分なライン分離焦点深度、及びその結
果のディファレンシャル・バウ焦点深度は主として、動
作補償光学要素(MCO)及び受光体(PR)画面との
間のシステム(系)軸と主光線との間の角度偏差に起因
する。この角度偏差によって、実行可能な焦点深度にわ
たってライン分離とディファレンシャル・バウを維持す
ることが困難となる。
のゼログラフィック(電子写真式)複写機及びプリンタ
では、必要なライン分離を正確に維持し、ディファレン
シャル・バウを最小化することが必要である。さらに、
ライン分離及びディファレンシャル・バウに対して焦点
深度を最大化することによって、複写機又はプリンタ内
の機械的構成要素の限界許容範囲を少なくすることが望
ましい。ROSベースシステムの好ましい設計では、シ
ステム共通の焦点深度(システム共通DOF)は最大化
され、ここで、システム共通DOFはすべての性能パラ
メータが満たされる、焦点深度として特徴付けられる。
より明確には、性能パラメータは少なくとも以下の5つ
の因子(ファクタ)を含むものとされる。即ち、(1)
走査ならびに交差走査スポットサイズ、(2)ウォブ
ル、(3)ディファレンシャル・バウ、(4)ライン分
離、(5)走査直線性。システム共通DOFを最大化す
ることは、これら5つのすべてのパラメータに対して焦
点深度を同時に最大化することを意味する。
する。即ち、「スポットサイズ」は一般には、半値全幅
(FWHM)、又はガウスビームの1/e2 点で測定さ
れる。システムの解像度(分解能)及び画像処理必要条
件によって、所望のスポットサイズが決定される。1イ
ンチ当たり600スポット(600spi)のシステム
を設計し、FWHMスポットサイズがラスタスペーシン
グ(間隔)に等しいと仮定すると、所望のFWHMスポ
ットサイズは以下の通りになる。
ンチ)(1000μm/1mm)=42.3μm円形スポット このため、これらスポットは走査方向及び交差走査方向
の両方向においてFWHMでオーバーラップすることに
なる。所望のスポットサイズの変化(ばらつき)は、ス
ポットがパルス幅変調されるか否かによって生じる。グ
レーの書き込みに対して楕円形(歪像、即ち、アナモフ
ィック)のスポットが望ましいとされる(一般には交差
走査面よりも走査面において幅狭である)。特別に設計
されたエレクトロニクスでは、スポットはパルス幅変調
によってラスタ間隔及び所望のグレーレベル内で所望の
サイズに制御されることもできる。
る連続走査線の不規則な間隔である。ウォブルは人間の
眼には最終プリントにおけるバンディング(しま模様)
として見える。ウォブルの存在は、人間の眼が最も鋭敏
であるとされる周波数範囲内(一般には、0.5乃至
2.0サイクル/mm)に生じると事実上の妨害になり
得る。このため、ウォブル補正はROS設計ではこの周
波数範囲にわたって必要不可欠とされる。ウォブルはポ
リゴンファセット(小面)のピラミッド状誤差の量に直
接関わりがある。±0.5分の物理的(機械的)ファセ
ットチルト(30アークセカンド)は、±1分(60ア
ークセカント)の光学チルトを生成する。
の交差走査方向における曲率の測定量である。バウは、
走査線の最先端の交差走査高度の平均をとり、そして走
査の中央の交差走査高度を差し引くことによって算出す
ることができる。マルチダイオードシステムでは、各ダ
イオードソースはそれ自体のバウ曲線を有する。「ディ
ファレンシャル・バウ」を定義する所与のシステムにお
けるマルチダイオード間に、バウ曲線の最大の差異があ
る。一般には、黒一色のマシンにおけるバウ仕様は、1
50乃至200μmのオーダにあって、かなり大きい。
しかしながら、ディファレンシャル・バウ仕様は非常に
厳密に保持する必要がある。
ンターレースファクタによってきまる。600spiラ
スタ間隔に対して走査線インターレースファクタが3で
あると、ライン分離は127μmである。
ために光学上のf−Θ(fシータ)補正を達成する必要
がある。走査直線性は、スポットが全体の走査線を交差
する走査方向において書き込まれている均等間隔の度合
いの測定量である。一般的な走査直線性曲線は、位置誤
差のポジティブローブを有する走査の一端にあるゼロ位
置誤差から開始し、ゼロ位置誤差を備えた走査の中心と
交差し、さらに、走査の他端に向かって位置誤差のネガ
ティブローブを有する。走査直線性曲線は、走査線を横
切った数箇所の位置にゼロの画像配置誤差を有すること
もある。理想的には、該曲線は全体の走査線を横切るゼ
ロ点にあることになる。
のROSは、高品質且つ処理能力(処理量)の高いゼロ
グラフィック(電子写真式)印刷法に対して最も強力な
技術であると見られているが、ゼログラフィックエンジ
ン内の上記影響を除去又は制御するために許容量(トレ
ランス)の高い機械的システムが必要であることは、か
かるシステムの処理速度の向上ならびにコストの低減化
の障害となっている。従って、本発明は、所望のライン
分離を達成して処理能力レベルの向上を可能にするのみ
ならず、同時に、実質的にシステム共通の焦点深度を維
持することによって、受光体(例えば、感光体)等の他
のゼログラフィックエンジン構成要素のトレランスを低
減させて位置合わせプロセスを促進するROSシステム
に関する。
を露光するためのマルチスポット光学走査システムであ
って、少なくとも2つの高強度変調光ビームから成る光
源と;表面に光反射面を有し、前記光源と受光体の表面
との間の光路上に配置される反射走査部材と;前記反射
走査部材の光反射面に該ビームを配向させるためのプレ
スキャン光学系であって、コリメータと、開口と、交差
走査シリンダレンズとを有するプレスキャン光学系と;
受光体の表面に突き当たる前に、ポストスキャン光学系
の光軸に対してテレセントリックな経路上に、前記反射
走査部材の光反射面から反射された光ビームを配置し
て、受光体の表面によって定義される焦点面に関してシ
ステム共通焦点深度を最大化するための、ポストスキャ
ン光学系であって、f−シータ走査レンズとウォブル補
正要素を含む、ポストスキャン光学系と;を有する。
う用語を用いる。この画素は、表示媒体上の物理的に定
義可能な領域の測定可能な光学特性を表わす光学(又
は、電気)信号を示している。あらゆる状況に対する複
数の物理的に定義可能な領域は、好ましくは、材料マー
キング装置、もしくは、電気磁気マーキング装置や光学
表示装置によって描画される全体の画像の物理的に測定
可能な光学特性を表わす。
ビームROSの実施の形態を示すブロック図である。詳
細には、デュアルレーザーダイオードドライバ54は、
ラスタ入力スキャナ(RIS)又は、コンピュータ、フ
ァクシミリスキャナ、及びネットワークを含むビデオ信
号の生成に適切な同様のシステム等の、ビデオ画像ソー
ス52からの入力ビデオ信号を受信する。ビデオ信号に
応答して、該ドライバ54はマルチレーザーダイオード
56のデュアルビーム(A及びB)の変調を生じさせ
る。次に、マルチレーザーダイオード56の変調された
デュアル−ビーム出力は、プレスキャン光学系58によ
って成形された後にポリゴン60のファセットで反射さ
れる。反射された後に、デュアルビームは再び、ポスト
スキャン光学系62によって成形され、その後、距離
(d)だけ離れている一セットのビームとして受光体6
4の表面を横切って走査される。
うな本発明によるテレセントリックROS光学系の一般
仕様を概略的に示している。
される好ましい光学系の設計仕様は、12.2インチ
(310mm)の走査線にわたって、インチ当たり60
0個の画素の解像度を必要とする。2つのレーザーダイ
オードが用いられる。これらレーザーダイオードは垂直
方向に整列されて列状とされ、交差走査方向(垂直方
向)に25μmだけオフセットされる。レーザーダイオ
ードにより発せられるレーザービームを用いて、走査線
インターレース因子が3であるインターレース画像を形
成し、ここで、隣接する走査線間の走査線分離は127
μmである。あるいはまた、走査線は、連続する又はピ
ッチ内の走査線になることもでき、各走査間の文書のブ
ロックを形成することになる。
法となる好ましい実施の形態を示している。図2と図3
にそれぞれ示されたROS装置50の交差走査面と走査
面の図は、ダイオードウィンドウ82を介して一対の光
ビームAとBを射出する一対のレーザーダイオード(図
示せず)を含む。これら光ビームAとBはコリメータ8
4を通過し、さらに交差走査開口絞り86を通過する。
コリメータ84は好ましくは、一側が非球面であり他側
が球面である単一要素のコリメータから成る。あるいは
また、コリメータ84は多数の要素から成るコリメータ
又は屈折率分布形(GRIN)レンズであってもよい。
これら光ビームはさらに続けて単一要素の交差走査シリ
ンダレンズ88を通過し、該レンズは第1のフォールド
(折り返し)ミラー90から反射された後に、これらビ
ームを交差走査方向にアンダーフィル(ビームがポリゴ
ンのファセット面内にある)ポリゴン60(図1参照)
のポリゴンファセット面92上に焦点を合わせる。ポリ
ゴンファセット面92で反射され且つ走査された後に、
光ビームAとBはf−Θ(f−シータ)走査レンズ94
を通過する。このf−Θ走査レンズ94は好ましくは、
図3に示されるような2個の要素から成るレンズであ
り、第1の走査レンズ94aと第2の走査レンズ94b
を有する。光学系の他の要素と同様にf−Θ走査レンズ
の詳細は以下に示す表2に含まれる。あるいはまた、f
−Θ(fシータ)走査レンズ94は単一の非球面トロイ
ドレンズであってもよい。
第2のフォールド(折り返し)ミラー96で反射され
て、シリンダミラー98で反射された後に射出ウィンド
ウ100を通過する。射出ウィンドウ100をいったん
通過すると、光ビームは受光体面64に突き当たり、図
8に示されるような2つのスポット104と106を形
成する。これら2つのスポットは各々、回転ポリゴンに
より受光体面64を横切って走査されると、少なくとも
12インチ(約305mm、即ち、少なくともページ
幅)の走査線を生成する。
学系の詳細、即ち、図1の光学システム58についてさ
らに説明する。図4や図5には示されていないが、デュ
アルビームAとBは好ましくは、デュアルダイオードレ
ーザー、又はフラットダイオードウィンドウ82を有す
る同等の装置によって生成される。デュアルダイオード
は約25μmの距離だけ離れており、交差走査方向にお
いてオフセットされるように光学系へ配光される。これ
らビームはいったんウィンドウ82を透過されると、次
に非球面レンズ84により作用され、該レンズ84はビ
ームをコリメートする働きがある。レンズ84は好まし
くは、ダイオード側では球面形状を、また、そのファセ
ット側では非球面形状を示している。好ましい実施の形
態では、非球面レンズは表2に指示されるようなPSK
50ガラスから構成される。
過されると、ビームはさらに、開口又は矩形絞り86を
通過し、ここでビーム強度の一部は減衰される。矩形の
長軸は走査面にあり、矩形の短軸は交差走査面にある。
ビームAとBはシリンダレンズ88によって作用され
る。シリンダレンズ88は好ましくは、交差走査面シリ
ンダを形成するものとして特徴付けられる第1の面と、
平面状の第2の面又は出力側表面を含む。シリンダレン
ズの焦点距離ならびに位置は、ファセット面92の交差
走査面にビームを焦点合わせする働きがある。これらビ
ームはファセット面での走査面上でコリメートされたま
まである。
点が合わされると、これらビームはさらに、第1のフォ
ールドミラー90の平面からファセット92の方向に反
射される。フォールドミラー90は、好ましい実施の形
態として図示されているフォールド式光学系システムに
おいて60度の開光反射角度で位置決めされている。プ
レスキャン光学系の要素をトラバースする(横切る)
と、第1のフォールドミラー90から反射されたビーム
は、図4と図5ではファセット92として示されている
図1のポリゴン60の表面によって反射される。好まし
い実施の形態では、ポリゴン60は、アンダーフィルの
8個の小面があるデザインとして特徴付けられる。
ある必要はないことが理解される。該反射面はまた、当
該分野において周知とされる、ガルバノメータ、ホログ
ラフィックスキャナ、又はマイクロモジュレータに対応
付けられる反射面であってもよい。回転ポリゴンのファ
セットの数は、1から、所望のシステム特性を得るのに
必要な数までの何れでもよい。さらに、反射面は、回転
ポリゴン、マイクロモジュレータ、又は他の何れの周知
のタイプの走査機構であろうと、光ビームのアンダーフ
ィルタイプであったり、光ビームのオーバーフィルタイ
プであったり、もしくはまた、限定的にフィルされるタ
イプであってもよい。さらに、図示されてはいないが、
ファセットの表面の汚れを防止するためのウィンドウ又
は同様の手段を備えたエンクロージャ(囲い)を用いて
反射面を隔離することもできる。
て、ポストスキャン光学系を詳細に説明する。明確に
は、f−Θ走査レンズ94は2つの要素、即ち、第1の
走査レンズ94aと第2の走査レンズ94bから構成さ
れる。第1の走査レンズ94aはポリゴンファセットに
向き合う表面112上に走査面シリンドリカルパワー
(度)を有し、反対側の面114に交差走査シリンドリ
カルパワーを有する。f−Θレンズの第2の走査レンズ
94bは、表面118上に交差走査シリンドリカルパワ
ーを有し、表面120に球面パワーを有する。これらビ
ームAとBのそれぞれの主光線は、f−Θレンズ94の
2つの要素を通過すると、個々の位置に図示される。
6によって反射され、該ミラー96は、交差走査軸に対
して約6.25度の角度をなし、12.5度の開光角度
(インクルーデッドアングル)でシリンダミラー98の
反射面にビームを配向させるものである。シリンダミラ
ー98は、光軸に対して2.75度の角度をなし、5.
5度の開光角度を生じ、ミラー96から反射されると射
出ウィンドウ100に対してビームを配向させる。射出
ウィンドウ100の唯一の目的は、ゼログラフィックエ
ンジンの残りのものから光学システム50を隔離して、
ROS光学サブシステムからほこり等を遠ざけることで
ある。射出ウィンドウ100を通過した後、ビームは受
光体64の表面に突き当たり、表面を横切って走査され
ると、一対の平行光線となる。
として図示されるが、光学システム50は、3個以上の
レーザーダイオードとレーザービームを有するシステム
に対し等しく適用可能である。また、奇数個のレーザー
がある場合に、中心レーザーの主光線は交差走査光軸上
に配置されることになる。
2はそれぞれ、他のレーザーダイオードによって放出さ
れる光ビームの波長とは異なる波長で光ビームを放出で
きることを理解すべきである。最後に、システムはレー
ザーダイオードに限定されるものではない。周知の光放
出装置、例えば、固体レーザー、ガスレーザー、液体レ
ーザー、又は半導体レーザーなどの何れの装置も使用す
ることができる。さらに、放出された光ビームが(出力
されると、もしくは、マイクロモジュレータ型スキャナ
によって)変調可能である限り、発光ダイオード等を使
用することもできる。このように、フラッシュランプ等
もまた光源として使用することができる。
8によって反射された後、レーザービームAとBは受光
体64の面上に焦点合わせされて、走査スポット104
と106になる。最も重要なことには、レーザービーム
AとBの射出主光線は本質的にはシステム光軸Q−Q’
に平行である。即ち、射出主光線はほぼテレセントリッ
クであり、ここで、該光線はそれぞれ約0.22度以下
の入射角で表面に突き当たる。
関係を示している。このグラフから、所与のライン分離
許容範囲仕様に対するライン分離焦点深度(DOF)を
算出することができる。例えば、127.0±4.0μ
mのライン分離仕様のライン分離DOFは7.966m
m(−4.616mmから3.350mm)である。以
下に示す表3は幾つかのライン分離許容量(Δd)必要
条件に対する近似ライン分離DOFを示している。かか
る大きな焦点の深度では、必要なライン分離を維持しな
がら、本発明は、例えば受光体及びそれに関連した駆動
機構に対する機械的許容量において大きな許容範囲(少
なくとも995×Δd)を提供する。
焦点深度を最大化するとともに、マルチスポットROS
のライン分離を維持するための方法と装置である。RO
Sベースシステムの好ましいデザインにおいて、システ
ム共通焦点深度(システム共通DOF)は最大化され、
ここでシステム共通DOFは、すべての性能パラメータ
が満たされる、焦点深度として特徴付けられる。本発明
の光学システム設計は127ミクロンのライン分離を得
るとともにシステム共通DOFを最大化する。本発明の
重要性は、ライン分離仕様の許容量が高品質印刷に対し
て減少するとともに、向上する。許容量が大きい場合、
結果として得られるライン分離DOFは一般には、良好
なマルチダイオード設計によって受容可能である。
で、所望のライン分離を達成して処理能力レベルの向上
を可能にすると同時に、実質的にシステム共通の焦点深
度を維持することにより、受光体等の他のゼログラフィ
ックエンジン構成要素の許容差を低減させて位置合わせ
プロセスを促進することが可能であるという効果を有す
る。
示すブロック図である。
面を示す図である。
示す図である。
に示す図である。
に示す図である。
詳細に示す図である。
に示す図である。
して利用できるライン分離と焦点深度を詳細に示す図で
ある。
点深度との関係をグラフに示した図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 受光体の表面を露光するためのマルチス
ポット光学走査システムであって、 少なくとも2つの高強度変調光ビームから成る光源と、 表面に光反射面を有し、前記光源と受光体の表面との間
の光路上に配置される反射走査部材と、 前記反射走査部材の光反射面に該ビームを配向させるた
めのプレスキャン光学系であって、コリメータと、開口
と、交差走査シリンダレンズとを有するプレスキャン光
学系と、 受光体の表面に突き当たる前に、ポストスキャン光学系
の光軸に対してテレセントリックな経路上に、前記反射
走査部材の光反射面から反射された光ビームを配置し
て、受光体の表面によって定義される焦点面に関してシ
ステム共通焦点深度を最大化するための、ポストスキャ
ン光学系であって、f−シータ走査レンズとウォブル補
正要素を含む、ポストスキャン光学系と、 を有する、マルチスポット光学走査システム。 - 【請求項2】 前記単一要素のコリメータは、非球面と
球面とを有する、請求項1に記載のマルチスポット光学
走査システム。 - 【請求項3】 前記デュアル要素のf−シータレンズの
第1の要素は、前記反射走査部材に向き合う第1の面に
走査面シリンドリカルパワーと、反対側の面に交差走査
シリンドリカルパワーとを有し、 前記デュアル要素のf−シータレンズの第2の要素は、
前記反射走査部材に向き合う第1の面に交差走査シリン
ドリカルパワーと、反対側の面に球面パワーとを有す
る、請求項2に記載のマルチスポット光学走査システ
ム。
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