JPH06337366A - 電子写真プリンターにおけるラスター出力スキャナのための露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子写真プリンターのような、感光面上の別
々の位置を露光させる装置を得ること。 【構成】 走査経路に沿って感光面１８上に光ビームを
送るスキャナと、走査経路において感光面とスキャナの
間に置かれる光学素子３０を含む光学装置であり、その
光学素子は複数の開口３２を有しており、光ビーム１２
はそれぞれの開口を透過され、感光面上の別々の位置を
露光する。本発明においては、光ビームはレーザー光源
４０から放射されるのであるが、質の低いビームであっ
ても、クロストークのない高解像度の像を得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子的情報から静電潜
像を作り出す、ラスター出力スキャナ（ＲＯＳ）の使用
のための光学装置に関するものである。特に、本発明は
コンパクトでエラーが少ないＲＯＳシステムのための低
価格で多開口の光学素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＵＳ−Ａ−４，２７４，７０３は、ラス
ター出力スキャナのための光学システムについて開示し
ている。反射ビームが望ましい走査角で走査されている
間、入力ビームが完全に１つの面に収まることを確実に
するために、ポリゴンのそれぞれの面がポリゴンの回転
軸を伴った角に対する。ここでは書き込みビームの経路
の中に、球形の焦点レンズと少なくとも１つの円筒状サ
ジタル（sagittal) 補正レンズが与えられている。球形
レンズの曲率は、電界位置の関数に比例して変化するよ
うに、走査線速度の傾向を補正するように選ばれる。米
国特許4,578,615 号は、プリント装置について開示して
いる。その装置において、光受容体の光源は、アドレス
可能な蛍光体素子の平面グリッドの形態をとっている。
その素子は、光受容体の処理の方向に沿った別々の位置
にグリッド状に配列されている。しかしそれぞれの要素
は、光受容体と交差して独自の位置に置かれ、その結果
光受容体が処理方向に動くにつれて、画素の全ての線が
受容体の上に形成されるであろう。フライアイレンズ
は、プリントデバイスを有する光結合手段として用いら
れる。

【０００３】

【発明の概要】本発明では、電子写真プリンタの中の光
受容体のような、感光性表面上の様々な位置を露光する
ための装置を提供する。スキャナが感光性表面上の走査
経路に沿って光ビームを送り出す。感光性表面とスキャ
ナの間の走査経路に配置された光学素子は、複数の開口
を画定する。それぞれの開口から出される光ビームは、
感光性表面上の様々な位置を露光する。

【０００４】

【実施例】本発明は、光受容体１８の近傍に配置され
た、画定された開口を有するマスクを用いることによっ
て、光受容体上の高い解像度の潜像の正確な配置を容易
にする。このマスクの目的は、一般的にマスクの中の特
定の開口に照準される、比較的に不正確なビームが開口
に照射させ、開口によって制限されているそのビーム
に、光受容体上に比較的正確なサイズと型の領域を露光
させるようにすることである。比較的焦点のあわないビ
ームは、低価格のレーザ源によって作られたり、比較的
安価の小さいポリゴンによって反射されたりするのであ
るが、本発明によって、高解像度の走査状況において使
えるように、相当に鋭くかつ正確に配置されることがで
きる。このようなマスクは、図１に示されている。比較
的質の低い書き込みビーム１２は、マスクに画定された
複数の開口の中の１つである開口３２を有する不透明の
マスク３０の前面に向けられている。マスク３０は光受
容体１８の表面に比較的近くに配置されるのが好まし
く、約１mmかそれ以下の距離を保っている。質の低いビ
ーム１２は開口３２を照射し、開口を通過した光が開口
の周囲の領域を照射し、光受容体１８上にスポット２０
を投影する。このスポット２０は本質的にはっきりとし
たエッジを有する開口３２の影像であり、開口３２に関
して正確に位置づけされ、そして開口３２の全体的な形
（一般に丸いが、四角やその他の形も考えられる）を示
している。本開口３２は、質の低いビーム１２から質の
高いスポット２０を得るようにする。

【０００５】光受容体１８のスポット２０の大きさｓ
は、マスク３０と光受容体１８との間隔ばかりでなく、
マスク３０の開口３２の直径もしくは幅ｄに大きく依存
する。光学において知られているように、スポットｓの
大きさは近くに配置されたマスクの２つの要素によって
定められる。開口の大きさｄが作用している波長と比べ
て非常に大きいと、スポットの大きさｓは必然的に開口
の大きさｄと同じになる。しかしながら、もしｄが十分
に小さければ、光のフラックスが開口を通過する際のエ
ッジ回折による発散は、ｄがより小さくなるに従ってｓ
の大きさを増加する（適切に強さを下げる）効果を持っ
ている。さらに光受容体上のスポットの特別な望ましい
解像度に適したスポットの大きさｓを得るために、最適
なもしくは満足のいく大きさｄと、光受容体の表面から
マスク３０を配置する許容できる範囲を決めることは、
光学の分野の知識を有する者によって簡単に決定され
る。質の低いビーム１２を用いて高解像度の像を作り出
す実際的な高解像度ラスター出力スキャナにおいて、本
発明のマスキング原理を利用するためには、ある問題が
克服されなければならない。まずそれらの問題の１つは
マスク３０に画定された複数の開口３２の間で起こるク
ロストークの除去である。もし仮にマスクにおける１イ
ンチあたり６００の開口という全ページ幅の狭いライン
を単純に作るとすると、非常に高性能な書き込みビーム
が、一度にただ１つの開口ずつ照射することを確実にす
ることが要求される。もし開口が一緒に近くに配置され
たならば、貧弱な質の低いビームは同時にたくさんの近
くにある開口３２を必然的に照射するであろう。ある開
口から隣の開口へと予定されていた光の書き間違いはマ
スクの目的を害することとなる。従って、本発明の原理
を最も有効に利用するためには、マスク３０における開
口３２の間隔を十分に広げてやることによってクロスト
ークをさけることである。そこでこの問題は、ポリゴン
１４の面によるそれぞれの走査を伴って光受容体を横切
って全てのピクセルを像の型に露光するために、いかに
して幾何学的にマスク中の必要な開口の数を整えるかと
いった問題に帰着する。

【０００６】この問題の１つの解決法は、開口の異なっ
たサブセットを処理方向に平行に置き換えることにより
補うことである。この方法では、開口３２の間に広く間
隔をあけて配置することが、２つのディメンジョンによ
って提供される。図２はマスク３０における開口３２の
処理方向Ｐに沿って間隔を開けた配置が、どのように本
発明の実際的なラスター出力スキャナにおいて使用され
ているかを示している。図２の実施例において、光源１
０は３つの異なるレーザ光源４０を含み、それらは一般
的に収束性の形状で、ポリゴン１４の与えられた面に対
して変調された書き込みビームを送り出すように配列さ
れている。この場合、多レーザ光源が光源１０の内部に
設けられているが、それぞれ個々のレーザ光源４０にと
って必要な質の低さは、個々の光源の余分な数によって
補われていることはもっともらしいことである。光源１
０の出力は像のデジタルデータによって制御されるが、
そのデータは光が像を走査している時のある与えられた
時間に光源１０から放射されるか否かだけでなく、与え
られた時間に像のデジタルデータに従ってその３つの個
々の光源４０のうちのどの光源が作動させられるかを決
定する。図２で示されるように、光源４０からのポリゴ
ン１４の表面に収束するビームは、光受容体１８に向か
って反射されると再び発散する。この場合、ビーム１２
のそれぞれは、複数の開口３２のうちの１つに導かれ、
それらの開口はここでは特別な光源４０からのビームが
最終的に与えられた行にある開口を通過するように、３
つの行に配列されている。開口３２の３つの行は処理方
向Ｐに沿って分けられており、更に走査方向を横切って
分離されていることが判るであろう。このように、図２
の配列によって、１つの走査の間それぞれの光源から放
射された光は、それぞれ異なる走査線２０を露光し、望
ましい潜像のためのラスターを作っている。しかしなが
ら、異なる走査線２０の一部がポリゴン１４のそれぞれ
の走査内で露光されているという事実は、光源１０の制
御に先立って適切なタイミングと像データマニピュレー
ションによって考慮されなければならない。

【０００７】図３は、本発明における８行についての実
施例を示している。ここでは、開口３２を画定している
マスク３０が１１行に、すなわち図２で示された一般的
な原理により真っ直ぐな拡張によって配列されている。
このような実施例において、光源１０（図示せず）は、
８つの収束された角度の各々においてポリゴン１４に向
かって書き込みビーム１２を放射する能力を持ってい
る。収束ビームがポリゴン１４の表面の点から反射する
とき、表面上の点から広がり、ポリゴン軸に平行な面を
打つビームの形態によって述べられるように、ビームは
おおよそ双曲線の経路でマスク３０を打つ。この実施例
において、処理方向Ｐに沿った配置の多くからのピクセ
ルは、マルチ経路”走査”におけるポリゴン１４の共通
の表面を用いた像データに従って、選択的に露光され
る。しかしながら、以下に詳細に記されたように、異な
ったピクセルが処理方向に沿って光受容体１８上のそれ
ぞれ違った場所に露光されるという事実は、光受容体１
８がマスク３０の領域を完全に通過する際、一連の走査
によって光受容体上に完全なラスター像を形成するとき
に、いかなる物理的な困難性も伴わない。図４は、マス
ク３０の表面における開口３２の中心のいくつかの行を
示している。本図中で、マスク３０は長方形のグリッド
を有し、それはその上にグリッド内部で黒い四角として
示されている様々な開口３２の相対的位置を示すために
重ねられている。左から右に図４中のグリッドを横切っ
た走査方向に沿って、それぞれの行が処理方向に沿って
独自の位置に配置されたそれ以上でもそれ以下でもない
１つの開口３２を含んでいる。図４で示される特別な実
施例において、その行の開口の位置は、４列後に４行シ
ステムと一致して繰り返される。この方法において、ポ
リゴン１４の表面のそれぞれの経路を伴って、光受容体
１８を横切ってピクセルの完全な組が選択的に像の型に
露光されるが、当然の様にポリゴン１４から放射される
分離された書き込みビームの形態によると、それぞれの
走査を伴ったピクセルが光受容体上に異なった行の並び
となる。再三、もし広い間隔で配置されたピクセルがそ
れぞれの多くの走査によって様々な行に選択的に放電さ
れたとしても、開口のパターンの継続的な繰り返しによ
って露光された領域のスーパーインポーズは、最終的に
は必要ならば像データに従ってそれぞれの点を露光し、
下にある光受容体表面の上の全てのピクセル領域を覆
う。この方法による完全な潜像の作成は、特定の開口に
よって特定の場所が露光されるとき、光源１０からそれ
ぞれのピクセルに対して正しい像データを得ることを確
実にすることによって達成される。従来の線型ラスター
スキャナにおいて、１つのピクセルラインがそれる原因
となる微かなタイミングのずれは、開口システムによる
ものであるが、それは相殺するような開口の正確な位置
を再画定することによりなくされる。以上のことはその
技術に関する通常の知識を有するものであれば理解でき
る。

【０００８】図４は走査線４０の輪郭線の１組を示して
いる。これらの走査線４０は、中心の走査において、様
々な行の書き込みビーム１２が採り得る経路の輪郭線を
示す。明らかなように、走査線４０を形成している書き
込みビーム１２の幅は、開口３２の大きさに関係して非
常に大きくすることができる。これは、光源４０の設計
において、比較的低解像度のビーム、及びそのため低価
格に調整された光学装置が、書き込みビームを作るため
に用いられてもよいことを意味する。本発明によるマス
クは、低価格のレーザーを有する光学装置を、光受容体
上に正確に位置決めされ、正確な大きさのピクセル位置
を、容易に露光する。上記のレーザービームは特別に鋭
く焦点をあわせられる必要はなく、その中心は開口に関
して正確に位置決めされなくてもよいが、それにも関わ
らず、ビームの経路が、開口のほぼ中心に位置づけられ
ることは、最大量の光が開口を通ることを確実にするた
めに助けになる。その上、書き込みビームの横断面の割
りに小さい開口は、ポリゴン１４における面エラーによ
って起こる、データのタイミング及びビーム経路のずれ
に対して、多大なる寛容さを示す。このように、一般的
に書き込みビーム１２が特定の開口３２とその周囲の領
域を照射するとき、正確なデータがそのピクセルに送ら
れる限りは、データの正確なタイミングは、マスクを用
いない従来の線型スキャナを用いた手段におけるデータ
のタイミングより重要でない。実際、もし開口３２が４
開口の広さだけ離れて配置されると、ある特定の行に放
射するデータ速度が４倍の遅さで済むシステムを設計す
ることが合理的である。何故なら、データの変化がその
行の隣のピクセルに対して許容される（通常セットアッ
プタイムと呼ばれている）時間”ウィンドウ”が、比較
的長いからである。システムの全帯域幅は、当然のこと
ながら同じであり、それは４つの平行なデータ経路があ
るからである。この利点は、行を多重送信している共有
されたデータ経路を用いるような設計の柔軟性を加え
て、違う行の露光が走査の間、オーバーラップできる、
といった事実と組み合されることが可能であり、その結
果、安価のタイミングハードウェア回路が、正しいデー
タを適切な時間に特定の開口に送られることを確実にす
るために利用されることができる。さらに、図４の例に
おいて、それぞれの開口は、処理方向において少なくと
も４つの開口幅により区画されており、従来の線型設計
と比較して、個々の書き込みビーム１２の処理方向にお
いて、定まらない照準及びぶれたビームに対して、非常
に大きな許容性がある。従って、光学要素の安価な据え
付けは、本発明によるマスクを使用している高解像度シ
ステムに用いられることができる。

【０００９】開口が露光された領域を画定し、それ自身
据え付けであるため、従来のスキャナにおいて通常露光
点を動かすことと関係する走査方向において、ピクセル
のスミアー（ｓｍｅａｒ）がないことは、本技術の知識
を有する者によって理解されるであろう。このように実
際の解像度が走査及び処理の方向において高く作られる
ことができ、ピクセルのスミアーを相殺するために、走
査方向において、余分なスポットの画定を必要としな
い。６００ ＳＰＩプリンター装置に対して、マスク３
０のそれぞれの開口３２の最適な直径は約１．５ミリメ
ートルであり、そのマスク３０は光受容体１８の表面か
ら２ミリメートルもしくはそれ以下の間隔をあけて配置
されている。図５は、本発明による他の実施例のマスク
３０における１組の開口３２を表している。この実施例
において、書き込みビーム１２は、ポリゴン１４の表面
の単一の点に集中しておらず、ポリゴン１４からマスク
３０に反射されるに従って、ビームに平行である。それ
はマスク３０上の走査線に発散性がないためであり、そ
の開口は走査線に対応して平行なラインに配列される。
開口間でクロストークを避けるために十分な距離が保た
れているかぎり、マスク３０を横切る１組の開口３２
は、光受容体を横切って全てのピクセル位置を好ましく
はカバーすべきである。この目的のためには、開口の様
々なサブセットは、見て分かるように、マスクのそれぞ
れのラインに分布される。本装置の欠点を挙げると、マ
スクを横切る平行な走査線を与えるためには、ポリゴン
１４が走査線の束と同程度の厚さを有し、それぞれの走
査線がポリゴンのそれぞれの面における異なる点から反
射されなければならないことである。しかしながら、図
４の収束−発散装置を用いると、複数の書き込みビーム
１２は必然的にポリゴン１４上の１つの点に向けられ
る。このことは、引き続いて、比較的薄く安価なポリゴ
ン１４が使われることを許容する。

【００１０】図６と図７は、本発明において高性能な変
形を与えるために特別に変更されたマスク３０の断面を
示している。それぞれの場合において、マスク３０で画
定された単純な開口の代わりに、図６における凸状物体
６０或いは図７の実施例における構造６２によって表さ
れる回折性の”バイナリー光学”、ホログラフィック
な、もしくはフレネル素子のような非常に小さい一連の
レンズ構造が規定されている。それらの全てが、光受容
体１８上の特定の、比較的正確な領域に向かう書き込み
ビーム１２の入射光を収束させるのに役立つ。これらの
レンズ構造６０，６２の主要な目的は、比較的幅広い入
射ビームにおいて入射光フラックスを光受容体上の比較
的小さい領域に集中することによって、光受容体１８の
露光度を高めることである。基本的には、この変形は単
純なシャドーマスク開口により無駄になるであろう、用
いられない光フラックスの多くの向きを変更させ、それ
をピクセルの有用な露光に適用し、それによって、シス
テムの光スループット効率が増大する。構造６０及び６
２のアレイは、正確に同じ手段によって機能し、単純な
開口プレートと同様に同じ幾何学的な特徴を有する。そ
れぞれの場合において、個々の素子の間の使われていな
い表面は、不透明なシールド６４を有して、光の通過を
妨げるために不透明化される。これらのレンズのアレイ
構造のタイプは、鋳造法、エンボシングもしくはフォト
エッチングなどの既知の技術を用いて大量生産すること
が比較的容易である。凸状物体６０の場合において、そ
のような”フライアイレンズ”構造は、例えば電鋳され
た銅もしくはニッケルの型で、透明なプラスティックの
薄いシートを熱で型押しすることによって、簡単に作ら
れる。図６における回折的な場合は、そのようなレンズ
のアレイは、低価格で一般に利用できるフォトエッチン
グ技術を用いて作られた、かなり精密な原版から複製さ
れるだろう。

【００１１】しかしながら、図示された本実施例におい
て、光受容体１８はマスク３０に近接した平らな表面の
形態をとっているが、その光受容体は、特別な機械機構
に対して、ドラムもしくは他の曲面の形態をとることが
できる。そのような場合において、光受容体１８の表面
の様々な点は、光受容体が曲がっているため、マスク３
０から等しい距離を保てないであろう。しかしながら、
レンズを通過する光が、それぞれ特定のレンズから光受
容体表面の実際の距離に焦点を結ぶように、わずかに異
なる焦点距離をマスクにあるレンズ６０、６２に与える
ことによって、この均等でない間隔が調節される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学素子のマスク内部の部分的な
断面図であり、本発明による装置の主要な原理を示して
いる。

【図２】本発明によるラスター出力スキャナの部分的な
断面図である。

【図３】本発明によるラスター出力スキャナの他の実施
例の遠近図である。

【図４】本発明による光学装置のマスクにおける開口の
相互関係を示した正面図である。

【図５】本発明による光学装置の他の実施例のマスクに
おける開口の相互関係を示した正面図である。

【図６】本発明によるマスクの実施例の断面図である。

【図７】本発明によるマスクの他の実施例の断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 光源 １２ 書き込みビーム １４ ポリゴン １８ 光受容体 ２０ スポット ３０ マスク ３２ 開口 ４０ レーザー光源 ６０ 凸状物体 ６２ レンズ構造 ６４ 不透明シールド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光面上の予め決められた大きさである
   個々の位置を露光するための装置であって、 点光源から走査経路に沿って、感光面上に光ビームを送
   るのに適切なスキャナ、及び走査経路の中の、感光面と
   スキャナの間に置かれる光学素子であって、その光学素
   子は複数の開口を画定し、それぞれの開口を通って送ら
   れた光ビームが感光面のそれぞれの位置を露光する光学
   素子、を有することを特徴とする露光装置。