JPH09185207A - Color electrophotographic printer provided with many linear arrays for surface irradiation laser having identical wavelength - Google Patents
Color electrophotographic printer provided with many linear arrays for surface irradiation laser having identical wavelengthInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー電子写真式
プリンタに関し、特に、同一或いは異なった感光体の上
で広く離された位置を同時に露光するための、同一波長
を有する表面放射レーザーの多数のリニアアレイのモノ
リシック構造体を有するカラー電子写真式プリンタに関
する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to color electrophotographic printers, and more particularly to a large number of surface emitting lasers having the same wavelength for simultaneously exposing widely spaced locations on the same or different photoreceptors. Color electrophotographic printer having a linear array monolithic structure of.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子写真式プリンタで使用される画像形
成手段と知られているラスター出力スキャナー(RO
S)或いは発光ダイオード(LED)プリントバーは、
当該技術分野で周知である。ROS或いはLEDプリン
トバーは、移動する感光体ベルトの表面上に画像を書く
ために光学走査系に配置される。2. Description of the Related Art A raster output scanner (RO) known as an image forming unit used in an electrophotographic printer.
S) or light emitting diode (LED) printbar
Are well known in the art. A ROS or LED printbar is placed in the optical scanning system to write an image on the surface of a moving photoreceptor belt.
【0003】ROSシステムにおいては、変調された光
線は、回転多面鏡の小面の上に向けられ、次いで、この
回転多面鏡は、感光体表面を横切って反射光線を掃引す
る。各々の掃引は、ビデオ信号画像のリニアセグメント
へラスタラインを露光する。In a ROS system, the modulated light beam is directed onto a facet of a rotating polygon mirror, which then sweeps the reflected light beam across the photoreceptor surface. Each sweep exposes a raster line into a linear segment of the video signal image.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転多
面鏡の使用は、いくつかの固有の問題を呈する。感光体
表面を横切って走査する光線の湾曲とふらつきは、鏡の
不完全性或いは鏡の僅かな角度不正の結果として、或い
は、多面鏡の回転の不安定性の結果として生ずる。これ
らの問題は、典型的には、光源と回転多面鏡の間に、及
び、回転多面鏡と感光体表面の間に、複雑で、精密で、
高価な光学素子を必要とする。これに加えて、光学的に
複雑な素子が、ROSの結像光学系の焦点距離の変化を
引き起こす屈折率分散を補正するために、同じく必要と
される。The use of rotating polygon mirrors, however, presents some inherent problems. Curvature and wobble of the light beam scanning across the photoreceptor surface may result from imperfections in the mirror, slight angular misalignment of the mirror, or instability in the rotation of the polygon mirror. These problems are typically complex, precise, between the light source and the rotating polygon mirror, and between the rotating polygon mirror and the photoreceptor surface.
Requires expensive optics. In addition to this, optically complex elements are also needed to correct the refractive index dispersion which causes a change in the focal length of the imaging optics of the ROS.
【0005】LEDプリントバーは、一般に発光ダイオ
ードのリニアアレイから成る。リニアアレイの各々のL
EDは、プリントバーの駆動回路へ印加されたビデオデ
ータ情報に応答して、移動する感光体の上で対応する領
域を露光するために使用される。感光体は、連続的な走
査ラインの構成により所望の画像を提供するために、プ
ロセス方向に進められる。LED printbars generally consist of a linear array of light emitting diodes. L of each linear array
The ED is used to expose corresponding areas on the moving photoreceptor in response to video data information applied to the drive circuitry of the printbar. The photoreceptor is advanced in the process direction to provide the desired image with a continuous scan line configuration.
【0006】電子写真式プリンタにおいては、LEDプ
リントバーの複数の発光素子は、通常、「セルフォック
(selfoc)」レンズと知られている密接して配置された半
径方向に屈折率が異なるグラスファイバによって感光体
表面へ結像される。In electrophotographic printers, the plurality of light emitting elements of the LED printbar are typically "self-locking".
It is imaged onto the surface of the photoreceptor by closely spaced glass fibers of differing refractive index known as a (selfoc) lens.
【0007】LEDバーによる印刷は、各々の発光素子
毎に正確に製作された「セルフォック」レンズを必要と
する。各々のフルレングス「セルフォック」レンズバー
は、一直線で、且つ、十分に研磨された入力及び出力小
面と平行でなければならない。各々のレンズバーは、同
じ焦点距離とスループット効率を有していなければなら
ない。たとえ、これらの要求が満たされるとしても、
「セルフォック」レンズは、短い焦点距離を有している
ので、感光体表面の近くに配置されなければならない
が、ここではレンズがトナーを集めるおそれがあるの
で、追加のクリーニング機構を必要とする。それらの光
学的特性のために、「セルフォック」レンズの焦点深度
は非常に浅く、従って、走査ラインの上で一様なスポッ
ト露光を作り出すためには、非常に正確な配置を必要と
する。Printing with LED bars requires a precisely manufactured "selfoc" lens for each light emitting element. Each full-length “selfoc” lens bar must be straight and parallel to the well-polished input and output facets. Each lens bar must have the same focal length and throughput efficiency. Even if these requirements are met,
“Selfoc” lenses have a short focal length and must therefore be placed close to the photoreceptor surface, but the lens may collect toner here, thus requiring an additional cleaning mechanism. Due to their optical properties, the depth of focus of "selfoc" lenses is very shallow and therefore requires very precise placement to produce a uniform spot exposure over the scan line.
【0008】発光ダイオードは、その性質により、大き
な空間発散、広いスペクトルを有しており、偏光されて
おらず、これらの要因は全て、カラー電子写真式プリン
タに必要とされる単一の感光体或いは多数の感光体の多
数の位置に多数のLEDアレイを結像させる可能性を厳
しく制限する。先行技術のLEDプリントバー電子写真
式ラインプリンタは、一つの感光体の上の単一位置にお
けるライン露光のみを教示している。Light-emitting diodes, by their nature, have large spatial divergence, broad spectrum, and are unpolarized, all of these factors being a single photoreceptor required for color electrophotographic printers. Alternatively, it severely limits the possibility of imaging multiple LED arrays at multiple locations on multiple photoreceptors. Prior art LED printbar electrophotographic line printers only teach line exposure at a single location on one photoreceptor.
【0009】レーザーアレイは、LEDアレイよりも小
さな空間発散と小さな放射開口を有している。これらの
要因の両方は、スポット密度を増加する。本出願で教示
されたように、レーザビームの狭いスペクトルは、レー
ザビームの光学的な分離を可能にする。広いスペクトル
は、LED放射の同様の分離を不可能にする。Laser arrays have smaller spatial divergence and smaller emission apertures than LED arrays. Both of these factors increase spot density. As taught in the present application, the narrow spectrum of the laser beam allows for optical separation of the laser beam. The broad spectrum makes similar separation of LED radiation impossible.
【0010】本発明の目的は、簡単で安価な光学系を備
えたカラー電子写真式プリンタ用の単一のモノリシック
光源を提供することである。It is an object of the present invention to provide a single monolithic light source for a color electrophotographic printer with simple and inexpensive optics.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カラー
プリンタは、同一の或いは異なった感光体の上で広く離
された位置を同時に露光するために、同一波長の垂直空
洞表面放射レーザー(VCSEL)の多数のリニアアレ
イを使用する。フルカラープリンタは、四つ或いはそれ
以上のリニアレーザーアレイを使用するが、ハイライト
カラープリンタは、二つ或いはそれ以上のリニアレーザ
ーアレイを使用することになる。SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a color printer allows a vertical cavity surface emitting laser of the same wavelength to simultaneously expose widely spaced locations on the same or different photoreceptors. VCSEL) multiple linear arrays are used. Full color printers use four or more linear laser arrays, while highlight color printers will use two or more linear laser arrays.
【0012】各々のアレイは、同じテレセントリック(t
elecentric)球面レンズと開口によって感光体へ結像さ
れる。リニアビームは、結像光学系の軸の回りで同心円
を成して間隔を置いて配置される。多数のリニアアレイ
は、モノリシック構造体内に或いは精密ユニット内で組
み立てられて密接して配置することができる。各々のア
レイの発光素子は、印刷された画素密度でライン結像の
ために、間隔を置くか、ずらすことができる。Each array has the same telecentric (t
(elecentric) Image is formed on the photoconductor by a spherical lens and an aperture. The linear beams are concentrically spaced around the axis of the imaging optics. Multiple linear arrays can be assembled and placed in close proximity within a monolithic structure or assembled in a precision unit. The light emitting elements of each array can be spaced or staggered for line imaging at the printed pixel density.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】ここで図1のカラープリンタ10
0を参照すると、これは、四つの感光体を同時に露光し
てワンパスのフルカラー印刷を可能にするために、垂直
空洞表面放射レーザー(VCSEL)の四つのリニアア
レイのモノリシック構造体102を利用する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Here, the color printer 10 shown in FIG.
Referring to 0, it utilizes a monolithic structure 102 of four linear arrays of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) to expose four photoreceptors simultaneously to enable one-pass full color printing.
【0014】プリンタ100のモノリシックアレイ構造
体102は、アレイの各々の個別のVCSELから変調
された光線を作り出すために、電子サブシステム(ES
S)104によって処理され駆動回路106によって変
調されたビデオ画像信号によって選択的にアドレスされ
る。The monolithic array structure 102 of the printer 100 creates an electronic subsystem (ES) to produce a modulated light beam from each individual VCSEL of the array.
S) 104 and selectively addressed by a video image signal that is modulated by drive circuit 106.
【0015】図2のレーザーアレイ構造体102は、モ
ノリシックアレイ102内に走査方向の並列(或いは、
直列)に配置された四つのリニアVCSELアレイ10
8、110、112、及び、114から成る。四つのリ
ニアアレイの各々の中の等しく間隔が置かれた個別のV
CSELは、個別のVCSELの間に等しい中心と中心
との間の間隔116をもって、走査面方向に直線的に配
置される。VCSELアレイ間のサジタル方向の距離と
アレイの長さは、カラープリンタ100のための光学系
のためのケラレがない走査ビーム分離のための十分な視
野角度を供給するようにされる。The laser array structure 102 of FIG. 2 is arranged in parallel (or in the scanning direction) within the monolithic array 102.
Four linear VCSEL arrays 10 arranged in series
8, 110, 112, and 114. Individually spaced individual Vs in each of the four linear arrays
The CSELs are arranged linearly in the scan plane direction, with equal center-to-center spacing 116 between the individual VCSELs. The sagittal distance between the VCSEL arrays and the length of the arrays are arranged to provide a sufficient viewing angle for vignetting-free scan beam separation for the optics for color printer 100.
【0016】個別のリニアVCSELアレイ108、1
10、112、及び、114の長さは、光学系倍率によ
って割られた感光体に沿った走査長さに等しくなり、長
さは解像度から独立している。Individual linear VCSEL arrays 108, 1
The length of 10, 112, and 114 is equal to the scan length along the photoreceptor divided by the optical system magnification, and the length is resolution independent.
【0017】第1のリニアアレイ108のVCSEL1
18は、第1の波長で光120を放射する。第2のリニ
アアレイ110のVCSEL122は、同じ第1の波長
で光124を放射する。第3のリニアアレイ112のV
CSEL126は、同じ第1の波長で光128を放射す
る。第4のリニアアレイ114のVCSEL130は、
同じ第1の波長で光132を放射する。VCSELは、
およそ8から10度の半値出力ビーム発散角度を有して
いる。VCSEL1 of the first linear array 108
18 emits light 120 at a first wavelength. The VCSEL 122 of the second linear array 110 emits light 124 at the same first wavelength. V of the third linear array 112
CSEL 126 emits light 128 at the same first wavelength. The VCSEL 130 of the fourth linear array 114 is
Emit light 132 at the same first wavelength. VCSEL is
It has a half-power output beam divergence angle of approximately 8 to 10 degrees.
【0018】レーザーアレイ構造体102は、四つのリ
ニアアレイのモノリシックコンビネーションであり、各
々が同一波長で放射する。The laser array structure 102 is a monolithic combination of four linear arrays, each emitting at the same wavelength.
【0019】四つのリニアアレイ108、110、11
2、及び、114を備えたモノリシックVCSELアレ
イ構造体102は、多くの異なった方法で作ることがで
きる。本出願と同じ譲受人に共通に譲渡され、ここに参
考として組み込まれた米国特許第5,062,115号
明細書で教示されたように、垂直空洞表面放射レーザー
の高密度アレイは、アレイのエピタキシャル側から放射
することができる。本出願と同じ譲受人に共通に譲渡さ
れ、ここに参考として組み込まれた米国特許第5,21
6,263号で教示されたように、垂直空洞表面放射レ
ーザーの高密度アレイは、アレイの基板側から放射する
ことができる。両方の場合において、アレイの全ての素
子は、実質的に同一波長で放射し、偏光状態に対する制
御のための用意はされていない。Four linear arrays 108, 110, 11
The monolithic VCSEL array structure 102 with 2 and 114 can be made in many different ways. A dense array of vertical cavity surface emitting lasers, as taught in US Pat. No. 5,062,115, commonly assigned to the same assignee as the present application and incorporated herein by reference, is an array of arrays. It can be emitted from the epitaxial side. US Pat. No. 5,211, commonly assigned to the same assignee as this application and incorporated herein by reference.
As taught in 6,263, a dense array of vertical cavity surface emitting lasers can emit from the substrate side of the array. In both cases, all elements of the array emit at substantially the same wavelength and are not prepared for control over the polarization state.
【0020】四つのリニアアレイ108、110、11
2及び114を備えたVCSELは、出願の中で後で十
分に議論されるように、モノリシックダイオードレーザ
ーアレイ、或いは、単一の集積されたアレイの中に密接
して配置された二つの非モノリシックレーザーサブアレ
イのいずれかとすることができる。どちらのタイプの光
源においても、レーザーアレイ構造体102は、全ての
四つのレーザビームに実質的に共通の空間的な原点を提
供する。Four linear arrays 108, 110, 11
The VCSEL with 2 and 114 may be a monolithic diode laser array, or two non-monolithic closely arranged in a single integrated array, as will be discussed fully later in the application. It can be any of the laser sub-arrays. In either type of light source, the laser array structure 102 provides a substantially common spatial origin for all four laser beams.
【0021】図1のカラープリンタ100に戻ると、モ
ノリシックアレイ構造体102は、両方の経線の光学軸
について対称的に配置され、VCSELアレイ108及
び110は、プロセス方向において一方の側の光学軸か
ら等しく間隔を置かれ、VCSEL112及び114
も、同様にプロセス方向において反対側の光学軸から等
しく間隔を置かれる。走査方向において、モノリシック
構造体102の長さ方向の中央部分は、結像レンズの光
学軸上で間隔を置いて配置される。Returning to the color printer 100 of FIG. 1, the monolithic array structure 102 is arranged symmetrically about the optical axes of both meridians and the VCSEL arrays 108 and 110 are oriented from one side of the optical axis in the process direction. Evenly spaced VCSELs 112 and 114
Are also equally spaced from the opposite optical axis in the process direction. In the scanning direction, the central portions of the monolithic structure 102 in the longitudinal direction are spaced on the optical axis of the imaging lens.
【0022】モノリシックアレイ構造体102は、変調
された第1のビーム120のリニアアレイ、変調された
第2のビーム124のリニアアレイ、変調された第3の
ビーム128のリニアアレイ、変調された第4のビーム
132のリニアアレイを放射し、全てのビームは同一波
長を有している。ビームの一番端の光線のみが示されて
いる。The monolithic array structure 102 includes a linear array of modulated first beam 120, a linear array of modulated second beam 124, a linear array of modulated third beam 128, and a modulated third beam. It emits a linear array of four beams 132, all beams having the same wavelength. Only the extreme rays of the beam are shown.
【0023】リニアビーム120、124、128、及
び、132は、アレイ102から発散し、円形開口13
6を通って、多数の素子の球面テレセントリックレンズ
134によって屈折させられる。The linear beams 120, 124, 128 and 132 diverge from the array 102 and the circular aperture 13
6 through which it is refracted by a multi-element spherical telecentric lens 134.
【0024】球面レンズは、接線方向及びサジタル方向
の両方の経線でテレセントリックである。両方の軸にお
けるレンズ134のテレセントリックの性質が、良好な
焦点深度のための平坦視野を提供し、同時に、四つのリ
ニアアレイ120、124、128、及び、132から
の全てのビームをケラレなしで通過できるようにし、こ
のようにして全てのビームの大出力スループットを提供
する。Spherical lenses are telecentric in both tangential and sagittal meridians. The telecentric nature of lens 134 in both axes provides a flat field of view for good depth of focus while simultaneously passing all beams from four linear arrays 120, 124, 128 and 132 without vignetting. And thus provide high power throughput for all beams.
【0025】テレセントリックであることの主な理由
は、全てのレーザーアレイからの一様な出力の収集であ
るが、それは、他の不可欠な要求をも同じく提供する。
テレセントリック投射レンズは、十分に角度を分離して
広く間隔が空けられたVCSELアレイを結像すること
ができ、これにより、各々のアレイからの出射ビームを
空間的に分離することが可能となり、それらをそれらが
割り当てられた電子写真式ステーションに向けることが
できる。The main reason for being telecentric is the uniform output collection from all laser arrays, but it also provides other essential requirements.
The telecentric projection lens can image well-angled and widely-spaced VCSEL arrays, which allows the outgoing beams from each array to be spatially separated. Can be directed to the electrophotographic stations to which they are assigned.
【0026】モノリシックアレイ構造体102のVCS
ELアレイは、球面テレセントリックレンズ134の対
象物平面にある。VCS for Monolithic Array Structure 102
The EL array is in the object plane of the spherical telecentric lens 134.
【0027】テレセントリックレンズ134は、四つの
リニアビーム120、124、128、及び、132か
らの光の円錐を集め、それらを円形開口136に向かっ
て(また通過して)「曲げる」。Telecentric lens 134 collects the cones of light from the four linear beams 120, 124, 128, and 132 and "bends" them toward (and through) the circular aperture 136.
【0028】図1の開口136は、スポットサイズを制
御するための絞りとしても機能を果たす。図3の開口1
36は、感光体の上に丸いスポットを提供するために、
円形である。The aperture 136 in FIG. 1 also functions as a diaphragm for controlling the spot size. Opening 1 in FIG.
36 provides a round spot on the photoreceptor,
It is circular.
【0029】収束する四つのリニアビーム120、12
4、128、及び、132は、開口136を通過し、球
面レンズ群138によって感光体の上に集束される。球
面レンズ群138は、レンズ群134と組み合わされる
球面の3枚構成のレンズであり、感光体の適切な位置
に、一様なサイズ、エネルギ、及びリニアリティでビー
ムを集束させる。Four converging linear beams 120, 12
4, 128, and 132 pass through aperture 136 and are focused onto the photoreceptor by spherical lens group 138. The spherical lens group 138 is a spherical lens composed of three lenses combined with the lens group 134, and focuses the beam on an appropriate position of the photoconductor with uniform size, energy, and linearity.
【0030】球面レンズ138は、第1の感光体140
の上に第1の変調されたリニアビーム120を集束させ
ることになる。球面レンズ138は、第2の感光体14
2の上に第2の変調されたリニアビーム124を集束さ
せることになる。球面レンズ138は、第3の感光体1
44の上に第3の変調されたリニアビーム128を集束
させることになる。球面レンズ138は、第4の感光体
146の上に第4の変調されたリニアビーム132を集
束させることになる。The spherical lens 138 has a first photoconductor 140.
Will focus the first modulated linear beam 120. The spherical lens 138 is used for the second photoconductor 14
A second modulated linear beam 124 will be focused on the top of the two. The spherical lens 138 is the third photoconductor 1
A third modulated linear beam 128 will be focused on 44. The spherical lens 138 will focus the fourth modulated linear beam 132 onto the fourth photoreceptor 146.
【0031】四つのアレイからの四つのビーム120、
124、128及び132は、良好な集束状態で、湾曲
なしに、一様なエネルギとリニアリティで感光体の上に
結像される。なぜなら、個別のアレイのVCSELの位
置は、画像平面内で十分に制御され、テレセントリック
球面レンズ群134及び138の特性は、高品質の結像
能力を有するからである。Four beams 120 from four arrays,
124, 128 and 132 are imaged onto the photoreceptor with good energy, uniform energy and linearity without curvature. The position of the VCSELs of the individual arrays is well controlled in the image plane and the characteristics of the telecentric spherical lens groups 134 and 138 have high quality imaging capabilities.
【0032】球面レンズ134及び138の組み合わせ
は、対応する四つの感光体140、142、144、及
び、146に沿って、四つのリニアビーム120、12
4、128、及び、132の各々への良好なリニアリテ
ィも提供する。The combination of spherical lenses 134 and 138 results in four linear beams 120, 12 along four corresponding photoreceptors 140, 142, 144, and 146.
It also provides good linearity to each of 4, 128, and 132.
【0033】各々のレーザビームが画像情報で独立に変
調されるので、別個の潜像が、各々の感光体に同時に印
刷される。リニアアレイの全てのVCSELSは、リニ
アアレイが感光体の上で全体のラインを同時に露光する
ように、同時にアドレスされることになる。Since each laser beam is independently modulated with image information, a separate latent image is printed on each photoreceptor simultaneously. All VCSELS of the linear array will be addressed simultaneously so that the linear array simultaneously exposes the entire line on the photoreceptor.
【0034】感光体140、142、144、及び、1
46は、ビーム120、124、128、及び、132
による露光の前に、帯電ステーション(図示せず)によ
りそれぞれ帯電される。露光の後に、現像ステーション
(同様に図示せず)は、感光体の上の関連づけられた画
像領域に形成された潜像を現像する。次いで、完全に現
像された画像は、二つの感光体130及び134の各々
から転写ステーション(図示せず)において出力シート
(図示せず)へ転写される。帯電、現像、及び、転写ス
テーションは、当該技術分野で慣用のものである。Photoreceptors 140, 142, 144, and 1
46 is the beam 120, 124, 128, and 132.
Prior to exposure by means of a charging station (not shown), each is charged. After exposure, a development station (also not shown) develops the latent image formed in the associated image area on the photoreceptor. The fully developed image is then transferred from each of the two photoreceptors 130 and 134 to an output sheet (not shown) at a transfer station (not shown). Charging, developing, and transfer stations are conventional in the art.
【0035】図1のフルカラープリンタ100は、同一
波長の垂直空洞表面放射レーザー(VCSEL)の四つ
のリニアアレイのモノリシック構造体102を使用し
て、四つの感光体を同時に露光し、ワンパスフルカラー
印刷を可能にする。ビームに対して特定の偏光方向が必
要とされないモノクロレーザーのみが必要である。光線
の分離のために特別な薄膜コーティングは必要とされな
い。The full-color printer 100 of FIG. 1 uses a monolithic structure 102 of four linear arrays of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) of the same wavelength to simultaneously expose four photoreceptors for one-pass full-color printing. to enable. Only a monochrome laser is needed, where no specific polarization direction is required for the beam. No special thin film coating is required for the separation of the rays.
【0036】例示された実施態様においては、四つのリ
ニアVCSELアレイ108、110、112、及び、
114は、モノリシックアレイ構造体102内で等しく
10mm間隔であり、四つのアレイを横切る全体の距離
は約30mmである。この30mmの幅は、明瞭でケラ
レがない分離のための、四つの走査ビームの十分な角度
発散を与える。各々のアレイの好適な長さは、約35m
mである。完全なVCSELアレイの対象物領域は、約
30X35mmとなる。この寸法は、長さ11.7イン
チの走査ラインのために約8.5倍の系倍率を必要とす
ることになる。In the illustrated embodiment, four linear VCSEL arrays 108, 110, 112, and
114 are equally spaced 10 mm within the monolithic array structure 102, for a total distance of about 30 mm across the four arrays. This 30 mm width gives sufficient angular divergence of the four scanning beams for a clear and eclipse-free separation. The preferred length of each array is approximately 35 m
m. The object area of a complete VCSEL array would be approximately 30 × 35 mm. This size would require a system magnification of about 8.5 times for a 11.7 inch long scan line.
【0037】VCSELSによって作り出された四つの
リニアビーム120、124、128、及び、132の
波長は、780nmである。The wavelength of the four linear beams 120, 124, 128 and 132 produced by VCSELS is 780 nm.
【0038】レンズ134とレンズ138の結合された
系倍率は、必要とされる長さ11.7インチの走査を作
り出すために、約8.5倍となる。The combined system magnification of lens 134 and lens 138 is approximately 8.5 times to produce the required 11.7 inch long scan.
【0039】共通のモノリシックアレイ構造体光源10
2から個別の感光体140、142、144、及び、1
46への全体の光路長は、約633mmとなる。レンズ
138の最後の表面から感光体への距離は、約460m
mとなる。Common Monolithic Array Structure Light Source 10
2 to individual photoreceptors 140, 142, 144, and 1
The total optical path length to 46 will be about 633 mm. The distance from the last surface of the lens 138 to the photoconductor is about 460 m.
m.
【0040】完全な結像レンズ(134及び138)
は、許容可能な画素配置と差動湾曲を作り出すように設
計することができ、或いは、平行なプレートグラス窓の
挿入により修正することができる。Perfect imaging lens (134 and 138)
Can be designed to produce an acceptable pixel placement and differential curvature, or can be modified by the insertion of parallel plate glass windows.
【0041】四つ全てのリニアビーム120、124、
128、及び、132が十分に制御された位置からであ
るので、同様な寸法のビームが開口136へ入力され
る。このように、各々の光線について等しい光路長を維
持する問題は、開口136から個別の感光体140、1
42、144、及び、146への実質的に等しい光路長
を維持する問題に変えられる。All four linear beams 120, 124,
Beams of similar dimensions enter the aperture 136 because 128 and 132 are from well controlled positions. Thus, the problem of maintaining an equal optical path length for each ray is a concern from the aperture 136 through the individual photoreceptors 140, 1.
42, 144, and 146 can be translated into the problem of maintaining substantially equal optical path lengths.
【0042】図4に示されるように、球面レンズ138
の後の光路長での折り畳み鏡の使用により、カラープリ
ンタ100のサイズを小さくすることができる。第1の
変調されたリニアビーム120は、鏡148及び150
によって第2の感光体142へ反射されることになる。
第2の変調されたリニアビーム122は、鏡152及び
154によって第1の感光体140へ反射されることに
なる。第3の変調されたリニアビーム124は、鏡15
6及び158によって第4の感光体146へ反射される
ことになる。第4の変調されたリニアビーム126は、
鏡160及び162によって第3の感光体144へ反射
されることになる。As shown in FIG. 4, a spherical lens 138.
The use of folding mirrors in the subsequent optical path length allows the size of color printer 100 to be reduced. The first modulated linear beam 120 is reflected by mirrors 148 and 150.
Is reflected by the second photoconductor 142.
The second modulated linear beam 122 will be reflected by the mirrors 152 and 154 onto the first photoreceptor 140. The third modulated linear beam 124 is reflected by the mirror 15
6 and 158 will be reflected to the fourth photoconductor 146. The fourth modulated linear beam 126 is
It will be reflected by the mirrors 160 and 162 to the third photoreceptor 144.
【0043】合計8個の標準コーティングを有する平面
鏡だけが、光路折り畳みのために必要とされる。Only plane mirrors with a total of eight standard coatings are needed for the optical path folding.
【0044】630mmの全体の光路長は、プロセス方
向に関して10インチ迄の感光体分離のための折り畳み
を適応させるのに十分である。An overall optical path length of 630 mm is sufficient to accommodate folding for photoreceptor separation up to 10 inches in the process direction.
【0045】折り畳みは差に適応することができるの
で、四つの感光体についての対物距離は、同じである必
要がないが、SOSからEOSまでの投射された走査長
さは、同じでなければならない。Since the folds can accommodate differences, the objective distances for the four photoreceptors need not be the same, but the projected scan length from SOS to EOS must be the same. .
【0046】同様に、四つのリニアビームが単一の感光
体(図示せず)の上で四つの異なった位置を露光するよ
うに、折り畳みの鏡を一列に整列することができる。Similarly, the folding mirrors can be aligned so that the four linear beams expose four different locations on a single photoreceptor (not shown).
【0047】リニアアレイの全てのVCSELは、リニ
アアレイが感光体の上のラインで全ての画素を同時に露
光するように、同時にアドレスされることになる。技術
的には、本出願においては、ビームはラインに沿って走
査されていないけれども、感光体の上で画素の全体のラ
インを説明するために使用された技術用語は、「走査ラ
イン」である。しかしながら、この出願は、慣習的な命
名法に従って、感光体の上の同時に露光された画素ライ
ンを「走査ライン」と記述することになる。All VCSELs in the linear array will be addressed simultaneously so that the linear array simultaneously exposes all pixels in a line on the photoreceptor. Technically, in this application, the beam is not scanned along a line, but the technical term used to describe the entire line of pixels on the photoreceptor is "scan line". . However, this application will, in accordance with conventional nomenclature, describe simultaneously exposed pixel lines on the photoreceptor as "scan lines".
【0048】ROSは、感光体の走査ラインに沿って、
一度に一つ各々の画素を順次露光することになる。リニ
アレーザーアレイを備えた本出願は、ROSのように回
転鏡走査素子を有しておらず、ROSが一度に一つの画
素を印刷するのに対して、リニアレーザーアレイは一度
に一本のラインを印刷する。ROS is a line along the scan line of the photoreceptor.
Each pixel will be exposed one at a time. The present application with a linear laser array does not have a rotating mirror scanning element like the ROS and the ROS prints one pixel at a time, whereas the linear laser array has one line at a time. To print.
【0049】図1のカラープリンタ100の光学系は、
四つではなく二つだけのリニアVCSELアレイで、ま
た、四つではなく二つだけの対応する感光体でも十分に
同様に動作し、黒と白とハイライトカラーを印刷するハ
イライトカラープリンタを提供する。理想的には、VC
SELアレイは、リニアVCSELアレイ110及び1
12、或いは、リニアVCSELアレイ108及び11
4のように、光学軸に関して対称的に配置されることに
なる。The optical system of the color printer 100 shown in FIG.
A highlight color printer that prints black, white, and highlight colors that works well with only two linear VCSEL arrays instead of four, and with only two corresponding photoreceptors instead of four. provide. Ideally VC
The SEL arrays are linear VCSEL arrays 110 and 1.
12 or linear VCSEL arrays 108 and 11
4 are arranged symmetrically with respect to the optical axis.
【0050】しかしながら、レンズ134が球面でテレ
セントリックであり、レンズ138が球面であるので、
光学軸に関して非対称的であっても、或いは、光学軸の
同じ側にあったとしても、リニアVCSELアレイ10
8、110、112、及び、114の任意の二つを使用
することができる。しかしながら、VCSELの極端な
離軸位置は、結像レンズの複雑さに影響を及ぼす。However, since lens 134 is spherical and telecentric, and lens 138 is spherical,
Linear VCSEL array 10 whether asymmetric about the optical axis or on the same side of the optical axis
Any two of 8, 110, 112, and 114 can be used. However, the extreme off-axis position of the VCSEL affects the complexity of the imaging lens.
【0051】また、単一の感光体の上で二つの離れた位
置を露光するために、鏡によりビームを適当に適応する
ことにより、ハイライトカラープリンタにも適応するこ
とができる。It can also be adapted to highlight color printers by appropriately adapting the beam with a mirror to expose two separate locations on a single photoreceptor.
【0052】同様に、図1のカラープリンタ100の光
学系は、四つではなく一つだけのリニアVCSELアレ
イで、また、四つではなく一つだけの対応する感光体で
も十分に同様に動作し、白黒プリンタを提供する。単一
のリニアアレイは、四つのリニアVCSELアレイの四
つの空間位置のどこでもよい。別法として、単一のリニ
アアレイは、電子写真式プリンタの光学軸に沿わせるこ
とができる。テレセントリックレンズは、平坦な視野、
リニアリティ、一様なスポットサイズ、及び、一様な出
力のために依然必要であり、集束は、両方の経線につい
て依然必要であるが、クロス−シリンダーレンズを使用
することができる。Similarly, the optical system of the color printer 100 of FIG. 1 works well with only one linear VCSEL array instead of four, and with only one corresponding photoconductor instead of four. And provide a black and white printer. The single linear array can be anywhere in the four spatial locations of the four linear VCSEL arrays. Alternatively, a single linear array can be along the optical axis of the electrophotographic printer. Telecentric lenses have a flat field of view,
A cross-cylinder lens can be used, although linearity, uniform spot size, and uniform output are still required and focusing is still required for both meridians.
【0053】図3の開口134は、結像系の実効F値を
制御することによって、スポットサイズを制御するため
の絞りとしても機能を果たす。図3の開口134は、感
光体の上の走査ラインに丸いスポットを提供するするた
めに円形である。The aperture 134 in FIG. 3 also functions as a diaphragm for controlling the spot size by controlling the effective F value of the image forming system. The aperture 134 in FIG. 3 is circular to provide a round spot on the scan line above the photoreceptor.
【0054】サジタル方向或いはプロセス方向のいずれ
かにおいて一層狭い(或いは一層広い)スポットは、一
層小さいスポットが必要とされる経線において一層大き
な開口の使用により発生させることができる。この配置
により、「高いアドレス能力」(一層小さいスポットに
よる一層高い走査ライン密度)が、及び/又は、プロセ
ス方向の「超尖鋭(hyperacuity)」印刷のための同じ走
査ライン密度の重なっている一層大きいスポットが可能
となる。Narrower (or wider) spots in either the sagittal or process directions can be produced by the use of larger apertures in meridians where smaller spots are required. With this arrangement, "high addressability" (higher scan line density with smaller spots) and / or larger overlap of the same scan line density for "hyperacuity" printing in the process direction. Spotting is possible.
【0055】図5Aから図5Dに示されるように、開口
134は、長方形(図5A及び図5Cまたは楕円体(図
5B及び図5D)とすることができる。As shown in FIGS. 5A-5D, the openings 134 can be rectangular (FIGS. 5A and 5C or ellipsoidal (FIGS. 5B and 5D)).
【0056】超尖鋭或いは他のタイプの十分にアドレス
された印刷のために、感光体の上で、走査と交差する方
向、すなわち、プロセス方向、すなわち、サジタル方向
に一層小さいスポットを提供するために、図5A及び図
5Bにおいて、方形或いは楕円の長軸は、走査と交差す
る方向、すなわち、プロセス方向、すなわち、サジタル
方向に沿わせることができる。開口の狭い寸法は、主走
査方向(接線方向)方向で要求された重なったスポット
サイズを作り出すための十分な値を有している。To provide smaller spots on the photoreceptor in the direction transverse to the scan, ie the process direction, ie the sagittal direction, for super sharp or other types of well addressed printing. 5A and 5B, the long axis of the rectangle or ellipse can be along the direction intersecting the scan, ie the process direction, ie the sagittal direction. The narrow dimension of the aperture has sufficient value to produce the required overlapping spot size in the main scanning direction (tangential direction).
【0057】主走査方向に開口の幅を狭めることによ
り、同じ密度の慣用の重なり合うスポットよりも大きな
ものを、主走査方向にも発生させることができる。By narrowing the width of the opening in the main scanning direction, it is possible to generate in the main scanning direction also spots larger than the conventional overlapping spots of the same density.
【0058】図6のレーザーアレイ構造体200は、V
CSELアレイの二つのモノリシック構造体202及び
204の非モノリシックの組み合わせである。各々のモ
ノリシックアレイ構造体は、同一波長で放射するVCS
ELの二つのリニアアレイを含む。モノリシックアレイ
構造体202は、第1の波長で放射するリニアVCSE
Lアレイ206及びリニアVCSELアレイ208を有
する。モノリシックアレイ構造体204は、第1の波長
で放射するリニアVCSELアレイ210及びリニアV
CSELアレイ212を有する。The laser array structure 200 shown in FIG.
A non-monolithic combination of two monolithic structures 202 and 204 of a CSEL array. Each monolithic array structure is a VCS that emits at the same wavelength.
Includes two linear arrays of EL. The monolithic array structure 202 is a linear VCSE emitting at a first wavelength.
It has an L array 206 and a linear VCSEL array 208. The monolithic array structure 204 includes a linear VCSEL array 210 and a linear VSEL array that emits at a first wavelength.
It has a CSEL array 212.
【0059】このようにして、図6のレーザーアレイ構
造体200は、図2のモノリシックアレイ構造体102
と同様に、同一波長を放射する。この非モノリシックの
組み合わせの有利な点は、モノリシックアレイ構造体2
02及び204は、製造が一層容易であることである。Thus, the laser array structure 200 of FIG. 6 becomes the monolithic array structure 102 of FIG.
And emits the same wavelength. The advantage of this non-monolithic combination is that the monolithic array structure 2
02 and 204 are easier to manufacture.
【0060】各々のアレイが異なった露光位置で結像さ
れるので、異なったモノリシックアレイ構造体の上の隣
接しているアレイの間のサジタル方向の分離は、VCS
EL素子の間の接線方向の間隔より一層大きくすること
ができる。モノリシックサブアレイ構造体の間のサジタ
ル方向の間隔は、各々のモノリシックサブアレイ構造体
の縁の近くにリニアアレイを配置することによって最小
にされる。しかしながら、異なったモノリシックサブア
レイ構造体の上にアレイ素子を主走査方向に沿って整列
させ、それらのSOS及びEOS画素をプロセス方向、
すなわち、サジタル方向に整列させることは、四つの感
光体の上で走査ラインずれを防止するために重要であ
る。Since each array is imaged at a different exposure location, the sagittal separation between adjacent arrays on different monolithic array structures results in a VCS
It can be made larger than the tangential distance between the EL elements. The sagittal spacing between the monolithic subarray structures is minimized by placing the linear array near the edges of each monolithic subarray structure. However, array elements are aligned on the different monolithic sub-array structures along the main scan direction and their SOS and EOS pixels are aligned in the process direction,
That is, alignment in the sagittal direction is important for preventing scan line shift on the four photoconductors.
【0061】利得誘導型VCSELは、実施態様のカラ
ー印刷用途によく適している。なぜなら、それらは所望
の制御された非点収差を非円形開口で引き起こすことが
できるが、本質的に非点収差がないからである。これに
加えて、屈折率の波長依存性による結像レンズの焦点距
離の変化は、(1)一つのアレイにガラス板を加えるこ
とにより、或いは、(2)一つのアレイの個別の素子に
適切な回折レンズを加えることにより、補正することが
できる。Gain-inducing VCSELs are well suited for embodiment color printing applications. Because they can cause the desired controlled astigmatism at the non-circular aperture, they are essentially free of astigmatism. In addition, the change in the focal length of the imaging lens due to the wavelength dependence of the refractive index is appropriate for (1) adding a glass plate to one array, or (2) to individual elements of one array. It can be corrected by adding a different diffractive lens.
【0062】本発明の二つまたは四つのVCSELアレ
イのモノリシック構造体は、先行技術の二つまたは四つ
の分離したLEDプリントバーを製造するよりも安価で
ある。VCSELアレイは、互いに正確に整列されなけ
ればならない先行技術の四つの分離したLEDプリント
バーとは反対に、VCSELアレイは、モノリシック構
造体の中で正確に整列される。The monolithic structure of the two or four VCSEL arrays of the present invention is less expensive than the prior art two or four separate LED printbar fabrication. VCSEL arrays are precisely aligned in a monolithic structure, as opposed to the four separate LED printbars of the prior art, which must be precisely aligned with each other.
【0063】二つまたは四つのVCSELアレイのモノ
リシック構造体は、カラー電子写真式プリンタのサイズ
と全体の空間容積を大幅に減らす。また、多数のチップ
のアセンブリが減らされ、または、ある場合には除かれ
るので、モノリシック源アレイは、費用効率が良い。The monolithic structure of two or four VCSEL arrays significantly reduces the size and overall space volume of a color electrophotographic printer. Also, monolithic source arrays are cost effective because the assembly of multiple chips is reduced or eliminated in some cases.
【図1】 本発明に従って形成された垂直空洞表面放射
レーザー(VCSEL)のモノリシックの多数のリニア
アレイと四つの感光体を備えたフルカラー電子写真式プ
リンタの断面側面図の概略図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of a full-color electrophotographic printer with multiple monolithic linear arrays of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) and four photoreceptors formed in accordance with the present invention.
【図2】 本発明に従って形成された図1の垂直空洞表
面放射レーザー(VCSEL)のモノリシックの多数の
リニアアレイの正面図の概略図である。2 is a schematic view of a front view of a monolithic multiple linear array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) of FIG. 1 formed in accordance with the present invention.
【図3】 本発明に従って形成された図1の垂直空洞表
面放射レーザー(VCSEL)のモノリシックの多数の
リニアアレイを備えたカラー電子写真式プリンタのリニ
ア光ビームの開口の断面平面図の概略図である。3 is a schematic cross-sectional plan view of the aperture of a linear light beam of a color electrophotographic printer with a monolithic multiple linear array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) of FIG. 1 formed in accordance with the present invention. is there.
【図4】 本発明に従って形成された折り畳み鏡を備え
た図1のフルカラー電子写真式プリンタの断面側面図の
概略図である。4 is a schematic cross-sectional side view of the full-color electrophotographic printer of FIG. 1 with a folding mirror formed in accordance with the present invention.
【図5】 AからDは、本発明に従って形成した図1の
垂直空洞表面放射レーザー(VCSEL)のモノリシッ
クの多数のリニアアレイを有するカラー電子写真式プリ
ンタ用の開口の断面平面図の概略図である。5A-5D are schematic cross-sectional plan views of apertures for a color electrophotographic printer having a monolithic multiple linear array of vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) of FIG. 1 formed in accordance with the present invention. is there.
【図6】 本発明に従って形成された垂直空洞表面放射
レーザー(VCSEL)の二つのモノリシックの多数の
リニアアレイの非モノリシック構造体コンビネーション
の正面図の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a front view of a non-monolithic structural combination of two monolithic multiple linear arrays of a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) formed in accordance with the present invention.
100 カラープリンタ、102 モノリシック構造
体、104 電子サブシステム、106 駆動回路、1
08,110,112,114 リニアVCSELアレ
イ、116 間隔、118 VCSEL、120 光、
122 VCSEL、124 光、126 VCSE
L、128 光、130 VCSEL、132光、13
4 テレセントリックレンズ、136 円形開口、13
8 球面レンズ群、140,142,144,146
感光体、148,150,152,154,156,1
58,160,162 鏡、200 レーザーアレイ構
造体、202,204 モノリシック構造体、206,
208,210,212 リニアVCSELアレイ100 color printer, 102 monolithic structure, 104 electronic subsystem, 106 driving circuit, 1
08,110,112,114 linear VCSEL array, 116 spacing, 118 VCSEL, 120 light,
122 VCSEL, 124 light, 126 VCSE
L, 128 light, 130 VCSEL, 132 light, 13
4 Telecentric lens, 136 circular aperture, 13
8 spherical lens group, 140, 142, 144, 146
Photoreceptors 148, 150, 152, 154, 156, 1
58,160,162 mirror, 200 laser array structure, 202,204 monolithic structure, 206,
208, 210, 212 Linear VCSEL array
───────────────────────────────────────────────────── 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 // H01S 3/18 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location // H01S 3/18
Claims (1)
と、 第1の変調された光ビームを放射するための第1のリニ
アレーザーアレイ、第2の変調された光ビームを放射す
るための第2のリニアレーザーアレイ、第3の変調され
た光ビームを放射するための第3のリニアレーザーアレ
イ、及び、第4の変調された光ビームを放射するための
第4のリニアレーザーアレイであって、前記第1、第
2、第3、及び、第4の変調されたビームは同一の波長
を有しているものと、 前記第1、第2、第3、及び、第4の変調された光ビー
ムを屈折させるための第1のテレセントリックレンズ手
段と、 開口であって、この開口において前記テレセントリック
レンズ手段が前記第1、第2、第3、及び、第4の変調
された光ビームを屈折させ、開口において前記変調され
た光ビームの各々が他の変調された光ビームから角度的
に間隔が空けられているものと、 走査ライン全体を同時に露光するために前記第1の変調
された光ビームを前記開口を通して前記第1の感光体の
上に集束させ、走査ライン全体を同時に露光するために
前記第2の変調された光ビームを前記開口を通して前記
第2の感光体の上に集束させ、走査ライン全体を同時に
露光するために前記第3の変調された光ビームを前記開
口を通して前記第3の感光体の上に集束させ、走査ライ
ン全体を同時に露光するために前記第4の変調された光
ビームを前記開口を通して前記第4の感光体の上に集束
させるための第2のテレセントリックレンズ手段とを含
むフルカラー電子写真式プリンタ。1. A first, a second, a third, and a fourth photoreceptor, a first linear laser array for emitting a first modulated light beam, a second modulated light. A second linear laser array for emitting a beam, a third linear laser array for emitting a third modulated light beam, and a fourth for emitting a fourth modulated light beam. Linear laser array, wherein the first, second, third, and fourth modulated beams have the same wavelength, and the first, second, third, and A first telecentric lens means for refracting the fourth modulated light beam, an aperture in which the telecentric lens means comprises the first, second, third and fourth telecentric lens means. Refraction of the modulated light beam at the aperture Each of the modulated light beams being angularly spaced from the other modulated light beam; and opening the first modulated light beam to simultaneously expose an entire scan line. Through the aperture to focus on the first photoreceptor to expose the entire scan line at the same time and onto the second photoreceptor through the aperture to provide the entire scan line. Focus the third modulated light beam through the aperture onto the third photoreceptor for simultaneous exposure, and the fourth modulated light beam for simultaneous exposure of the entire scan line. Full color electrophotographic printer including second telecentric lens means for focusing on the fourth photoreceptor through the aperture.
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