JPS63503589A - レーザプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 レーザプリンタ この発明はレーザプリンタに、更に詳しくは、レーザ芝の 打点誤差を最小化するためみ１６プリンタにおける装置に関係している。

レーザプリンタはフィルムのような受容媒体上に印刷を行うためにグラフィック アートにおいて使用されている。このようなプリンタがカラープリンタとして使 用される場合には、それは一般に原色のそれぞれに対する別々のチャネルを備え ている。各チャネルには所定の波長の強力な可干渉性（コヒーレント）の光のビ ームを投射するレーザ装置がある。この光のビームはビームコンバイナにより組 み合わされ、そして組合せ光ビームは回転多面鏡によって画像面を横切って走査 されるスポット（点）を形成する。各チャネルにおける光ビームの強度は画像情 報を表す電気信号に従って変調される。−形式のレーザについては、音響光学的 ｆ調器を使用してビームを変調することができる。

カラープリンタが高品質のプリントを生成するためには画像面における三つの光 ビームの精密な一致が存在しなければならない。そのようなプリンタに使用され たレーザにおいては、レーザビームは光軸に沿って配置された固定面における一 点から発生する傾向があることが測定されている。この面は、必ずしもレーザの 任意の物理的部分と整列する必要はないが、しかし、しばしばレーザの出口に配 置されている。製造中のレーザの光学的アラインメントは固定面の位置及びこの 面の法線に対しである角度で光ビームがこの面を出るこの面内の点の位置に基づ いている。ビームは通常、振動、熱的変化及びその他の要因により使用後にはこ の最初のアラインメントから外れている。それゆえ、画像面において組み合わさ れた三つのビームの不整合を引き起こす打点誤差が生じる。打点誤差は又ビーム が音響光学的変調器のような位置感知性構成部分を通過するときにビーム強度変 調を引き起こすことがあり、このような変調は画像にアーティファクトを誘起す ることがある。

米国特許第３９７４５０７号は固体接合レーザな用いて薄い膜に穴を機械加工す るためのマイクログラフィックス装置に向けられている。レーザの出力面と薄膜 との間にはレーザの出力ビームの非点収差及びだ円断面を補正するためにレンズ 配列が挿入されている。しかしながら、この特許に開示されたレンズ配列はここ で開示された形式のレーザプリンタにおける打点誤差を補正するためには適当で ない。

上に論述された従来技術における諸問題を克服したレーザプリンタを提供するこ とがこの発明の目的である。

開示されたプリンタは、異なった波長の光ビームを組み合わせてレーザ打点誤差 の影響が最小化されるような組合せビームを生成するように特に構成される。

この発明の一態様によれば、複数の光学的チャネルな備えたレーザプリンタであ って、チャネルに沿って特定波長の光ビームを投射するための各チャネルにおけ る装置、光ビームを組み合わせて整合面において組合せビームスポットを形成す るようにするための装置、組合せビームスポットを受容部材上へ投射するだめの 装置、及び各チャネルにおけるビームの大きさを最適性能のために調整し且つ組 合せビームスポットをそれぞれのチャネルにおける所定の点に配置された各チャ ネルにおける平面に対して光学的に共役にするための光学的装置、を備えている 前記のプリンタが提供される。

この発明の一実施例においては、レーザプリンタは三つの光学的チャネルを備え ている。各チャネルにはチャネル光軸に沿って特定波長のビームを投射する気体 レーザ装置、及びビデオ信号に従ってビームを変調する音響光学的変調器がある 。ビームコンバイナは三つのチャネルからのビームを組み合わせて整合面におい て組合せビームスポットを形成する。組合せビームスポットはビームを受容媒体 上へと走査する多面鏡に中継さ几る。プリンタには画像面における組合せビーム スポットをレーザ打点誤差が発生する点における各チャネルのビームスポットと 光学的に共役にする光学的素子がある。

この発明の光学的配列は打点誤差を補正し且つ又ガウスレーザビームを最適性能 のための大きさにする。ビームスポットは画像面において精密に一致させること ができ、従ってこの発明は二つ以上の光学的チャネルが組み合わされてカラー画 像が生成されるレーザプリンタに使用されるのに特に適している。打点誤差を補 正するために開示のプリンタにおいて使用された特定の技術は、非常に安定であ り且つ光学的再調整（アラインメント）なしで長期間にわたって使用され得るプ リンタを生じることになる。

今度はこの発明の諸実施例が例として添付の原図面を参照して説明されるが、こ の原図面中、第１図はこの発明のレーザプリンタの概略的形式における平面図で あり、 第２図は打点誤差を補正するために第１図のプリンタに使用される光学系の概略 図であり、又第３図は打点誤差を補正する際に使用される光学的素子を示してい る。

ここで使用されたように、「共役面」の用語は光軸に沿って配置された画像面又 は物体面を指している。「ビームスポット」の用語は光軸に垂直な面における光 ビームの断面を指している。「走査方向」の用語は受容媒体を横断しての走査ビ ームの移動方向を指しており、又「横断走査方向」の用語は走査ビームに対する 受容媒体の移動方向を指している。

第１図に言及すると、この発明に従って構成されたレーザプリンタ１０が示され ている。プリンタ１０は三つの分離した光学的チャネル１２．１４及び１６を備 えている。チャネル１２には、特定の波長、例えば４７６．２％情の１本の主ス ペクトル線を持った青い光を発生するアルゴンイオン（ＡＲ＋）レーザ装置１８ がある。チャネル１４のヘリウム−ネオンレーザ装置２０は６３２．８ｎｍの波 長の赤い光を発生する。チャネル１６のレーザ装置２２も又アルゴンイオンレー ザ装置であって、例えば５１４．５％惰の波長の緑の光を発生する。三つのレー ザ装置１８．２０．２２のそれぞれは、画像面１０８ｉに配置された感光性受容 媒体３０を露光させるために使用される円形対称断面を持ったガウスレーザビー ムを発生する。

第１図に示されたように、チャネル１２．１４及び１６のそれぞれにおける光学 的素子は概して同じであり、従って、これらの素子の機能はチャネル１２に関し て説明されるが、チャネル１４及び１６における対応する素子が同じ方法で機能 することは理解される。チャネル１２には矢印３４（第１図）によって示された ビデオ信号に従ってチャネル光ビームを変調するために音響光学的変調器３２が 準備されている。変調器３２は周知の形式のものであって、ガラス又はＴｏｏ、 結晶で作られる得るような透明セルを備えることができる。

レーザ装置１８からのビームは光軸３６に沿って音響光学的変調器３２へ中継さ れる。以下において更に詳細に論述されるように、打点誤差はレーザビームにお いて（しばしばレーザ装置１８の出口で）発生することがあり、従って破線３５ は光軸３６からのビームの偏移を線図式に示すために使用されている。ビームは レーザ装置１８を出ると、まずシャッタ３８を通過し、次に一対の正レンズ４０ ，４２を通過し、これらのレンズがビームを音響光学的変調器４８へ導く。変調 器４８は検出器５０及び適当な回路部（図示されていない）との組合せにおいて 、プリンタ１０における雑音低減を行うための装置として役立つ。このような装 置について一層完全な説明は、ポールドウ４ン（Ｂａｌｄｗｉｎ）及びウー（Ｗ ｏ　ｏ　）の名において１９８４年６月１１日出願された「光ビーム強度制御装 置（Ｌｉｇｈｔ　Ｂａａｒｎ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏ−１１ｉｎｇ 　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　）　Ｊ　という名称の、この発明の譲受人に譲渡された 米国特許出願連続番号第６１９４５３号に見いだすことができる。

ビームは変調器４８を出ると、正レンズ５２を通過して、ビームスプリッタ５４ により変調器３２へ導かれる。

変調器３２からの被変調ビームは、レンズ素子６１及び６３を備えた複合レンズ ６０を通過し、半波長板６４及び偏光子６５からなる可変光学的減衰器６２を通 過して、折返し鏡６６によりビームコンバイナ７０へ導かれる。

ビームコンバイナ７０は、チャネル１４の偏光子６５αからの被変調ビーム、及 びチャネル１６の折返し＠６６ｂからの被変調ビームを受ける素子７４を備えて いる。素子７４は、間にダイクロイック（二色性）フィルタ（図示されていない ）をはさんだガラスプリズム７６．７８からなっている。素子７４はチャネル１ ６からの緑の光を第２素子８０へ中継し、且つ又チャネル１４からの赤い光を素 子８０へ送る。素子８０は素子７０からのビームを折返し鏡８２へ送り且つ又チ ャネル１２からの青いビームを鏡８２へ中継する。折返し鏡８２は第１図に示さ れたように軸３６に沿って組合せビームを投射する。

以下において説明されるように、チャネル１２．１４及び１６のそれぞれにおけ る光学的素子は整合面１０８ｒにおいてそれぞれのチャネルビームの空中像を生 成して組合せビームスポットを形成する。面１０８ｒにおけるビームのそれぞれ のウェスト（＜びれ部）寸法は同じにすることができる。しかしながら、三つの ビームのウェスト寸法は波長の平方根の比に従りて定めらｎることが望ましい。

それゆえ、例えば、赤いビーム（６３３ｓｍ）のウェストは青のウェス）（４７ ６％ｍ）より１５．３％大きい。これは三つのレーザビームが光学系の残部を同 様に伝搬し且つビーム寸法の同じ比が画像面１０８１において保存されることを 確実にする。

整合面１０８ｒにおける組合せビームスポットは、ビームの一部分をレンズ９４ 経由で象限検出器９２に導き且つビームの一部分を横断走査光学系９６及び走査 光学系９８経由でビーム制御鏡１００に導くビームスプリッタ９０を経由して投 射され、鏡１００はビームを回転可能な多面鏡１０２に導（。多面鏡１０２は技 術上周知のように所定の走査角度だけビームを走査するように構成されている。

多面鏡１０２はビームを円筒鏡１０４に導き、この円筒鏡を部材３０に配置され た画像面１０８ｉに導く。鏡１０４は、ビームがこの点では赤、緑及び青の色の 混合物であるので、多面鏡１０２の小面鏡におけるビームスポットの画像をすべ ての横断走査角度で且つ多重波長で部材３０へ光学的に中継する。円筒鏡１０４ は横断走査方向にだけ能力を持っていて、横断走査方向において部材３０上に小 面鏡の画像を形成する。それゆえ、横断走査方向において、画像面１０８−にお けるビームスポットは多面鏡の小面鏡におけるビームスポットと光学的に共役に されている。

この発明の重要な特徴は、打点誤差が発生するように思われる面を画像面１０８ ｊ及び打点誤差が最小化されるべきその他の面と共役にすることによって打点誤 差を補正する光学的装置をチャネル１２．１４及び１６のそれぞれに準備したこ とである。レーザウェストも又その適当な位置に中継される。第１図に示された ように、画像面１０８　ｉ、整合面１０８　ｒ、変調器３２における面１０８ｉ ｚ、変調器４８に近接した面１０８ｄ、及びレーザ装置１８の出口における面１ ０８１はすべて共役な面であって、線及び星印（りによって示されている。チャ ネル１２におけるウェスト面は二つの曲線によって示されており且つ参照数字１ １０によって指示されている。

打点誤差はレーザ装置１８において発生することがあり、従って、面１０８ｒに おける組合せビームスポットはレーザ装置１８の出口に近接した面１０８１と光 学的に共役にされている。打点誤差は、これにより引き起こされるビーム強度に おける変化を防止するために音響光李的変調器３２において最小化されなければ ならず、これを行うために変調器３２に共役面１０８αが配置されている。ビー ムウェスト１１０も又変調器３２に配置されている。共役面及びビームウェスト を所望の位置に配置するための光学的素子は第１図に示され且つ上に記載されて いる。しかしながら、共役面及びウェスト位置に関する入力及び出力条件が指定 されると、一つ以上のレンズを持った種々の光学系を使用して所望の位置を得る ことができることは明らかであろう。そのような光学系は、参照数字１１２によ って指示されて、第２図に線図で示されている。光学系１１２は主平面Ｐ及びＰ ′を持っていて、星印によって指示された両共役面間で機能する。第３図には単 レンズ５９の形式の光学系が示されている。

第３図を参照して、次のことを示すことができる。

Ｗ、及びＷ、は共役面におけるビームスポットの半径であり、 λは光の波長（例えば、４７６．２％ｍ）であり、Ｗｏ及びＷ。′はレンズ５９ のそれぞれ入力ウェスト及び出力ウェストにおけるビームスポットの半径であり 、Ｓｌ及びＳ、は共役ビームスポットを含む面からウェストまでの距離である。

二つの共役面と関連した倍率Ｍは、これらの面におけるビーム半径の比に等しい ことを示すことができる。すなわち、 二つの共役面間の全距離ＣＺ）はそこで次式によって与えられる。

注意されるべきことであるが、５１−０及び５２−０の両方に対して、一つのレ ンズの解は不可能であり、従って二つのレンズ素子を持った非焦点系が必要とさ れる。

Ｚ及びＭに対して得られた値を用いて、レンズ５９の焦点距離ｆは次のようにめ ることができ、且つ距離ｄ１及びｄ、は ｄ、＝／　（１±Ｍ） 出願人の発明の特定の実例的な例においては、Ｗｏは０、１　ｍｍ、　Ｗ０′ハ ０．２　ｍｍ、　Ｓ　、は５０ｗ％Ｓｘは１０（１＋ｍであり、且つλは０．６ ３３ミクロンである。方程式１及び２を用いて、Ｗ、は０．１４：２＋ｍであり 且つＷ２は０．２２４ｙ＋ｒｎであることがわかる。（３）を用いてＭが１．５ ７７であることがめられ、又（４）を用いてＺが４３９．６８ｍｍでおることが められる。（５）及び（６）から、ｆが１０４．４Ｕであり、ｄｌが１７０．５ ７ｘｍであり且つｄ、が２６９．１０龍であることがわかる。

二つのレンズを持った光学系については、諸計算はレンズ５９（第３図）につい て上述されたものと大体同じである。しかしながら、二つのレンズに含む解につ いては、Ｚは次のようにめられる。

但し、ｚｐｐ’は第２図に示された配列の主平面Ｐ及び２７間の距離である。

二つのレンズを持った光学系の実例的な一つの例においては、各レンズが同じ倍 率を持っており且つ各レンズの焦点距離が１１１．８７ｍｒｘであって、二つの 素子間の距離は１０３．８６龍ｍである。一方の共役面（すなわち、第２図にお いて観察されたときに左側の共役面）から￥、１゜のレンズまでの距離は７’１ ．８２ｍｍである。この配列は上述の実施例（第３図）におけるように同じ入力 及び出力条件を持っているが、しかし共役面間の全距離は３５０龍である。

第３図に示された実施例におけるように同じ入力及び出力条件並びに３５０ｉ＋ ｉ＋の全距離Ｚに対して三つ以上のレンズを持つことも又可能である。そのよう な系は素子を再配置することによってレンズの製造誤差又は入力パラメータにお ける誤差を補正されることができる。第１図には、レンズ４０．４２及び５２か らなる三つのレンズを持った光学系が示されている。この場合には、レンズ４０ ．４２及び５２に対する焦点距離はそれぞれ５０．１２．３５及び２５．、でよ いであろう。面１０８１とレンズ４０との間の距離は６２．１１ｍ　、レンズ４ ０とレンズ４２との間は６３．８５ｍｍ、レンズ４２とレンズ５２との間は４０ ．５６ｍ厘、又レンズ５２と面１０８ａとの間は１８３．４５真ｍである。

前述の事柄から、この発明が、レーザ装置、例えば面１０８１におけるレーザ装 置１８、の出口角度における変化から生じる打点誤差を補正するのに有効である ことは明らかであろう。このような補正は、面１０８１を変調器１１０における 面１０８ａはもとより面１０８ｒ及び１０８１と光学的に共役にする光学的装置 によって行われる。この光学的装置はＫｎ器３２及び基準面１０８ｒにおけるガ ウスレーザビームを適当な寸法にしてプリンタ１０の性能を最適化するよ５に構 成される。

＋１１１−　米 ＦＩＧ、　３ 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の光学的チヤネル（１２、１４、１６）を備えたレーザプリンタであつ て、 チヤネルに沿つて特定波長の光のビームを投射するための各チヤネルにおける装 置（１８、２０、２２）、前記の光ビームを組み合わせて整合面（１０８γ）に おける組合せビームスポツトを形成するための装置（７０）、前記の組合せビー ムスポツトを受容部材（３０）上へ投射するための装置（９６、９８、１００、 １０２、１０４）、及び 各チヤネルにおけるビームの大きさを最適性能のために調整し、且つ前記の組合 せビームスポツトをそれぞれのチヤネルにおける所定の点に配置された各チヤネ ルにおける面（１０８ι、１０８α）と光学的に共役にするための光学的装置（ ４０、４２、５２、６０）、を備えている前記のレーザプリンタ。
2. ２．前記のチヤネルのそれぞれが音響光学的変調器（３２）を備えており且つ各 チヤネルにおける前記の面（１０８α）がこのチヤネルの変調器に配置されてい る、請求項１に記載のレーザプリンタ。
3. ３．光ビームを投射するための各チヤネルにおける前記の装置がレーザ装置（１ ８）であり、且つ前記の面（１０８ι）が前記のレーザ装置の出口に近接して配 置されている、請求項１に記載のレーザプリンタ。
4. ４．少なくとも二つの分離した光学的チヤネル（１２、１４、１６）を備えたレ ーザプリンタであつて、（ａ）光軸に沿つて特定波長の光ビームを投射する各チ ヤネルにおけるレーザ装置（１８、２０、２２）、（ｂ）光ビームの強度を変調 するための各チヤネルにおける装置（３２）、 （ｃ）各チヤネルからのビームを組み合わせて整合面（１０８γ）における組合 せビームスポツトを形成するビームコンバイナ（７０）、 （ｄ）前記の組合せビームスポツトを画像面（１０８ｉ）上へ投射するための装 置（９６、９８、１００、１０２、１０４）、及び （ｅ）整合面（１０８γ）における組合せビームスポツトをビーム打点誤差が発 生する位置にある各チヤネルにおける面（１０８γ、１０８α）と光学的に共役 にするための光学的装置（４０、４２、５２、６０）であつて、変調装置（３２ ）内でビームウェストの面像を形成する各チヤネルにおけるレンズ装置（４０、 ４２、５２）を含んでいる前記の光学的装置、 を備えている前記のレーザプリンタ。
5. ５．前記の投射装置が、画像面（１０８ｉ）における組合せビームスポツトの画 像を走査方向において形成するための走査光学系（９８）及び整合面（１０８γ ）における組合せビームスポツトを画像面（１０８ｉ）におけるビームスポツト 面像と横断走査方向において共役にするための横断走査光学系（９６、１０４） を備えている、請求項４に記載のレーザプリンタ。
6. ６．前記の整合面（１０８γ）における前記のビームのウエスト寸法が等しい、 請求項４に記載のレーザプリンタ。
7. ７．前記の整合面（１０８γ）における各ビームが、それそれのビームの波長の 平方根に応じて定められたウエスト寸法を持つている、請求項４に記載のレーザ プリンタ。
8. ８．前記のビームコンバイナ（７０）が、少なくとも二つの光学的素子（７６、 ７８）、及び一つのチヤネルからの光ビームを反射し且つもう一つのチヤネルか らの光ビームを透過するためのダイクロイツクフイルタを備えている、請求項４ に記載の発明。