JP3403216B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば電子写真プリン
ターにおいて電子的に保存されたデータから静電潜像を
形成するためのラスタ出力スキャナーに関する。更に詳
しくは、本発明はラスタ出力スキャナーの制御に使用す
る光学素子（装置）に関する。 【０００２】 【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図１
は、例えば電子写真プリンターまたはファクシミリ装置
に使用する走査システムの基本構成を示す。レーザー源
１０は平行（コリメートされた）レーザービーム１２を
生成し、このビーム１２は回転ポリゴン１４の小面によ
り反射される。ポリゴン１４の各小面は順次レーザービ
ーム１２を偏向し、感光体（受光体）１８の予め帯電さ
れている面上に照射ビームスポット１６を形成する。ま
た、このシステムは焦点レンズ１５のような更なる光学
素子を含んでもよい。感光体１８の面上の特定の位置の
ビームスポット１６のエネルギーは、所望画像の画素に
対応し、所望画像の白色印刷されるべき画素の表面の電
荷を放電する。黒く印刷されるべき画素位置において、
感光体１８の表面のその位置の電荷が放電されないよう
に、走査時においてビーム１２は遮光される。同様な方
法によりオン及びオフの中間の露光レベルを利用するこ
とにより、グレー階調（レベル）も画像化されることは
理解されるであろう。このように、レーザー源１０に入
力されるデジタルデータは１行毎に静電潜像として感光
体１８に形成される。 【０００３】ポリゴン１４の回転により、ビームスポッ
ト１６が感光体１８上を横切り移動すると、選択的に放
電された領域の走査ライン２０が感光体１８上に生じ
る。図１において、感光体１８は、回転ドラムとして示
されるが、当業者であれば、この一般原理、及びここで
述べる発明全体は、感光体が平板、可動ベルトまたはこ
れ以外の形態であっても、適用できることは理解される
ことであろう。感光体１８の表面がベルト、ドラムのい
ずれにせよ、その表面は一プロセス（処理）方向に動
き、各走査ライン２０におけるスポット１６の動きはこ
のプロセス方向を横切る。移動する感光体１８を横切る
ビームスポット１６の周期的走査により、ラスタ２２と
呼ばれる走査ライン２０の列が感光体１８上に生成さ
れ、所望の印刷画像を形成する。実際上においては、こ
のような構成は、一般的に特定の設計を提供するために
任意の数のレンズ及びミラーを更に含む。 【０００４】静電潜像を確実に感光体上に形成するため
には、ラスタ２２を形成する走査ライン２０の群を適切
に位置合わせし、相互に一様間隔を保つことが必要であ
る。各走査ラインを構成する信号は、ビームスポット１
６が感光体１８を横切る際に走査レーザーのパターンを
変調（選択的にオン、オフまたはそのほかの強度変化）
することにより、生成される。感光体上にコヒーレント
画像を形成するために、ビーム１２の変調の時間的相関
を、常に感光体１８上のビームスポット１６の位置に対
して精密に合わせる必要がある。ビームスポット１６が
所望の画像を形成する特定の画素に対応する感光体１８
上の位置にある時、レーザー源１０から正確な信号が確
実に出力される必要がある。レーザー源１０を制御する
電子デジタルデータによりビームスポットの変調が指令
されるので、レーザ源とポリゴン面の動きと感光体との
間には密接な関連がある必要がある。 【０００５】 【課題を解決するための手段及び作用】一走査方向に動
く光ビームを透過する光学素子であって、該走査方向に
長く、該走査方向を横切る方向へ光を透過する部材と、
該走査方向に該部材の一部に沿って光学パターンを画定
し、かつ該走査方向を横切る光を透過させない少なくと
も一表面を有する手段と、を備える。 【０００６】本発明は電子写真プリンターにおける走査
方向に移動する光ビームの透過のための光学素子であ
る。走査方向に細長く延びた部材は走査方向を横切る方
向に光が透過するように用いられている。走査方向への
この部材の一部に沿う光学パターンは走査方向を横切る
光を透過しない少なくとも一面を有する。 【０００７】 【実施例】図２は、図１の従来の技術の図示の場合と同
じ走査システムの基本素子に光学素子３０を付加した構
成を示す。光学素子３０はポリゴン１４と感光体１８の
間に設けられており、ポリゴン１４からの移動ビームス
ポットの走査経路が光学素子３０を通過するようになっ
ている。これにより、走査経路を通過する各走査ライン
の走査において、走査ライン全体に渡り光学素子３０を
通過する。 【０００８】光学素子３０は透明または光透過性で、ポ
リゴン１４からのビーム１２の反射により形成される走
査経路の方向に沿ったほぼ細長い部材であることが好ま
しい。概念的には、光学素子３０は特定の使用のための
要求や必要性に応じて、大部分においてホログラフィッ
クイメージで染色、色付け、偏光されていても、また、
光学的に変更されていてもよい。光学素子３０に沿って
ビーム１２が通過する際、ビーム１２の走査経路に沿っ
たある点上において、光学素子３０は光学パターンを有
する少なくとも一領域３２をそれ自体に規定する。本発
明の好適な実施例においては、図２に示すように二つの
このような光学パターン領域３２及び３４がある。図２
に示すスキャナーにおいては、光学パターンを有するこ
のような領域３２及び３４は、走査方向に沿って走査ラ
イン２０の端部の領域に最も有用に設けられている。 【０００９】これらの光学パターンは、感光体１８上に
ラスタ２２を形成する連続する走査ライン２０の位置合
わせをするために走査システムにリアルタイムのフィー
ドバックを提供するために使用できる。すべての走査ラ
インは走査ラインが形成される際に光学素子３０を通過
するので、光学パターン３２は、ビームスポット１６が
走査ライン２０の第一画素に対して感光体１８上に位置
したときに、特定の走査ラインについてのデジタルデー
タの第一ビットが、出力されることを保障するために使
用できる。光学パターン３２は各走査ラインの始点に物
理的に位置されており、これにより、行われるリアルタ
イムフィードバックによって、位置合わせが可能にな
る。 【００１０】図３（Ａ）は光学素子３０の好適実施例の
平面図を示し、図３（Ｂ）及び３（Ｃ）における詳細図
は図２の光学スキャナーにおいて使用される好適な走査
開始パターンを示す。図３（Ａ）に示される好適な実施
例において、光学素子３０は、支持基体３６を有する。
またこの光学素子３０は、例えばシリンドリカル（円柱
状）、または実質的なシリンドリカルレンズの形状であ
ることができる付加的光学部材３８を具備してもよい。
更にここでは部材３８の一部として形成されたプリズム
４０などの光学部材などを特定の設計に応じて具備する
こともできる。検出器４２が光学パターン領域に対して
光の光学的変調を検出する位置に設置する。図示する実
施例においては、検出器４２はプリズム４０及び光学的
パターン領域３２に相対して、ビームスポット１６が走
査の一端部にほぼ近づいた時ビーム１２の光が光学パタ
ーン３２を照射し、光学パターン領域３２から反射され
る光がプリズム４０の内部の面により偏向され、検出器
４２に導かれるように配置される。検出器４２は検出さ
れた光信号に応答して電圧信号を与えるために用いられ
る光センサーである。このようにして、検出器４２から
の電圧出力信号は移動するスポット１６と光学パターン
３２との相互作用により生じるチョップ光入力に応答し
て生成される。この電圧出力信号は、例えば、レーザー
源１０またはポリゴン１４を制御するためにデジタルデ
ータの入力の作動に有用であるようにこの技術において
周知の電圧信号を処理する検知手段で使用できる。 【００１１】光学パターン領域３２については、図３
（Ｂ）及び３（Ｃ）に見られるように、この光学パター
ンは”イネーブル（ｅｎａｂｌｅ）”部５０を有し、更
に光学素子３０の主要部に隣接する側には周期的なパタ
ーン５２がある。本件における仕様及び特許請求範囲で
利用されるように、周期パターンに（ビームスポット１
６のような）照射点が通過する時、入力ビームは実質的
に反復的光学変調を生み出す。この周期パターンを検出
器４２が検出すると、この電気信号出力もまた反復信号
となる。イネーブル部５０及びこれに続く周期パターン
５２の組み合わせにより、ラスタ２２における走査ライ
ン２０の位置合わせの確保及び、レーザ源１０を制御す
る時間依存のデータフローの制御の両方が行われる。イ
ネーブル部５０と周期部５２の境界は検出器４２により
検知され、かつ制御システムにより、走査ラインの開始
を設定するために用いられ、また周期パターン５２それ
自体は、レーザー源１０へのデータのタイミングを制御
するための正確な位相に対し、画素クロックを同期させ
るために使用される。例えば、光の吸収及び反射の交互
線を有する周期部５２を小さなスポット１６が走査方向
に横切る動きにより、検出器４２はパルスの瞬間的増大
（バースト）を検出する。この列内におけるそれぞれの
パルスのタイミングはビームスポット１６の実際の動き
に依存し、この動きは更にポリゴン１４の実際の動きに
依存する。このように、周期パターン５２からの信号
は、エンコーダーロールが回転ベルトの実際の機械的動
きをモニターするために使用できるように、レーザー源
１０にデータを供給するシステムにリアルタイムでフィ
ードバックを供給することができる。周期パターン５２
によるビーム１２の変調により発生する検出器４２から
の電圧信号の周波数は、例えばフェイズロックループに
おいて、スポット１６が走査経路を横切る際に画像デー
タを更に出力するクロックを確立するめに使用すること
ができる。 【００１２】本発明の実施例は主に単色画像、すなわ
ち”白色印刷”（感光体の表面が除電されている）部分
と”黒色印刷”（感光体の表面が引き続く現像のため電
荷を保持している）部分とからなる画像を形成するＲＯ
Ｓ走査システムについて主に述べる。しかしながら、本
発明はカラー電子写真印刷システムにおけるように二色
以上の異なる色が使用される場合のように、より複雑な
にものに対しても適用できる。また、光学パターンは、
複数のレーザー源の整合の必要性に応じて変更できる。
例えば、異なるレーザー源に対応する異なる色の反射又
は透過を光学パターンの異なる表面で行うことにより、
例えばカラー感光フィルムや印画紙上の電子写真画像形
成に使用する異なるカラーの光源の同時制御及び独立制
御を行うことが可能になる。 【００１３】光学素子３０の検出器４２のある端部の反
対側の端部には、光学パターン領域３４があり、これは
走査経路の端を示すために用いられ、これにより、走査
ラインが終った正確なタイミングを制御システムに指示
する。この場合、周期パターン５４は通常、光学パター
ン領域３２の周期パターン５２と同じであり、走査ライ
ンの端部に走査の終点（即ち、画像のエッジに至る点）
を規定する位置に配設される。更なるデジタルデータは
ポリゴン１４が新たな走査を開始する位置に至るまで保
持される。一つの走査ラインの露光の過程で、検出器４
２で検出される信号を利用し、走査開始と走査終了の間
の期間を一方だけの端部または遷移が検出される場合に
可能であるよりもより精密に決定するために制御システ
ムをプログラムすることが可能である。走査波形の合成
端部はビーム１２と空白（ブランク）部５６に引き継が
れる走査端部の周期部分５４との干渉（相互作用）によ
り生成される。図３に見られるように、部材３８の端部
は図示されるように角度をつけられて、反射面を構成
し、部材３８を長手の方向に光パイプとして使用しパタ
ーン５４及び５６からの反射光を検出器４２へ導くよう
になっている。 【００１４】図４はレーザービームと光学的パターン
（この場合は光学パターン領域３４）との干渉を検知す
る別の配置を示す。図２に示されるプリズム及び検出器
の代わりに、薄型の検出チップ６０を光学パターンの後
部に接着し、周期パターン５４の隙間をビームスポット
１６が通過することにより、信号が発生する。このよう
な設計は小型化の際に利用できる。 【００１５】上述したような光学パターン領域３２また
は３４は、ビームスポット１６に照射された時に必要な
効果を生み出す光学パターンを形成するにはさまざまな
方法がある。光学パターンは黒塗料などの光吸収物質ま
たは鏡面のような光反射領域により強調することが可能
である。 【００１６】走査タイミング目的で用いる十分に細かい
周期パターンを形成するもう一つの技術として、図５に
示すように、例えば、型押し（エンボッシング）具７０
を使用し光学部材３８の前面に細かい溝の列を打ち押し
する技法がある。溝の壁に角度をつけることにより、溝
自身をビームスポット１６からの光を検出器４２に偏向
するために使用できる。または光吸収機能を供与するた
めに黒塗料を溝に塗ることも可能である。或は、例えば
検出器が色に対し感度を持つ場合には、染色ガラスまた
は染色面を用いることができる。重要なことは、検出可
能な信号、即ち４２などの光学検出器によって検出され
る信号が、ビームスポット１６が光学パターンと干渉
（相互作用）する時に発生されることである。 【００１７】図６（Ａ）及び６（Ｂ）はビームスポット
が光学パターン３２（図６（Ａ）の場合）及びパターン
３４（図６（Ｂ）の場合）と干渉する際に検出器４２に
より発生される時間に伴う代表的な信号を示す。例え
ば、光学パターン３２または３４の反射領域が検出器４
２から一定の電圧出力を発生する場合には、光学パター
ン全体は図に示したように認識可能な信号を出力する。
即ち、短い矩形波、またはのこぎり歯状パターンが図３
（Ｂ）の５２のような繰り返しパターン領域により生成
される。この光学パターンにより生成される信号は、カ
ラーテレビジョン技術で知られる信号伝達及び同期の”
カラーバースト”技法に類似した画素の精密位置合わせ
を容易にする方法と考えることができる。 【００１８】本発明の光学素子は走査開始を規定する確
定点と走査の終了を規定する確定点との間隔の工場での
設定に寄与する。製造される各素子において走査距離が
厳密に規定され、永続的に固定される。あるタイプの光
学素子はすべてこの製造方法より同一に作られる。即
ち、これらの各光学素子は同一の型押し具、同一の光マ
スク、により製造され、各光学パターンの溝を一定に確
保し、所定の設計の製造素子に対していかなる数であろ
うとも、走査開始領域と走査終了領域との間隔を固定確
保する。あるタイプの複数の光学素子の同一性により、
ラインの長さ、従って多色構成におけるすべての色につ
いての横方向の倍率をその装置において同一にすること
が可能になる。光学素子の固定された端部間に配される
画素を固定することにより、固定間隔を常に生じさせ、
それゆえ、所定の設計の光学素子すべてについて同一の
倍率を与える。 【００１９】更に、カラー印刷装置における水平方向の
カラー位置合わせのためにページ上の正確な点で走査開
始信号が発生する位置に走査開始端部を調整する場合、
走査開始及び走査終了のパターンは同じ共通の光学素子
に対して固定されて、相互の位置は永久的に固定される
ので走査の終了は自動的に正確な相対距離で位置決めさ
れる。このことは装置を設定する際に効を奏する。とい
うのも、固定された走査開始パターンと走査終了パター
ンとの間の長さにより拡大率が常時規定されるので素子
を通過する走査の作動長さ（アクティブ長）は常に一定
となるからである。勿論、走査開始と走査終了との間に
異なる数の画素を配することも可能であるが、これは計
画的であり、完全に公知の変更である。 【００２０】本発明は走査ラインを形成する過程でデジ
タルデータのタイミングの制御及び感光体上の各走査ラ
イン２０の端点の正確な位置の制御を容易にする。本発
明の光学素子と組み合わせて使用される制御システムは
光学素子３０に付加される検出器４２からの信号受信に
のみ同期して各走査を開始するよう使用できる。このよ
うに、光学素子が物理的に長手の方向、即ち、走査経路
方向に沿って動くと、（走査経路を形成するデジタルデ
ータによって）走査経路全体は光学素子３０の動きに伴
い正確に並進する。というのは走査ライン２０のデータ
は常に光学素子３０自身に固定された光学パターンによ
り初期化される走査開始信号により、スタートするから
である。照射走査ライン２０は、あたかもライトバーま
たは書き込みヘッドの如く光学素子３０に取り付けられ
ているかのように振舞うことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】走査系の要素の従来配列を示す概略斜視図であ
る。 【図２】本発明の光学素子を具備する走査系を示す概略
斜視図である。 【図３】（Ａ）は本発明による光学素子の平面図であ
り、（Ｂ）は本発明の光学素子に使用される光学パター
ンの詳細図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の丸で囲まれた部分
の拡大図である。（Ｄ）は（Ａ）のライン３Ｄ−３Ｄに
おける光学素子の断面図である。 【図４】本発明の光学素子の別の実施例の部分平面図で
ある。 【図５】本発明の光学素子の別の実施例の平面図であ
る。 【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は図３の光学パターンとビー
ムスポットの干渉から生じるそれぞれの電気信号を示
す。 【符号の説明】 ３０ 光学素子 ３２ 光学パターン領域 ３４ 光学パターン領域 ５０ イネーブル部 ５２ 周期パターン

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/10

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】一走査方向に動く光ビームを透過する光学
   素子であって、 該走査方向に長く、該走査方向を横切る方向へ光を透過
   する部材と該部材上の走査開始点に配置された第１の光
   学パターンであって、前記走査方向を横切る光を透過さ
   せない、幅の広い表面を有する第１の単体パターン及び
   規則的な間隔で配置された複数の幅の狭い表面を有する
   第１の周期的なパターンを含み、該第１の周期的なパタ
   ーンは、前記第１の単体パターンよりも走査方向の下流
   側に配置されている、前記第１の光学パターンと、前記部材上の走査終了点に配置された第２の光学パター
   ンであって、前記走査方向を横切る光を透過させない、
   幅の広い表面を有する第２の単体パターン及び規則的な
   間隔で配置された複数の幅の狭い表面を有する第２の周
   期的なパターンを含み、該第２の周期的なパターンは、
   前記第２の単体パターンよりも走査方向の上流側に配置
   されている、前記第２の光学パターンと、 を備える光学素子。