JPH03503109A - レーザープリンター - 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゛−１ン　一 本発明はレーザープリンターに関し、且つ特にカラーイメージングのために使用 されるようになっているプリンターに関する。

レーザープリンターはフィルムのような受取媒体に印刷するために写真術で及び グラフィックアートで使用されている。そのようなプリンターがカラーイメージ ングのために使用される時、プリンターは一般的に原色のそれぞれのための分離 したチャネルを含む０例えば、米国特許第４．７２８，９６５号に、３つの光学 チャネルを含むレーザープリンターが開示されており、各チャネルは所定の波長 で強いコヒーレント光のビームを投射する気体レーザーを含む、各チャネルでの 光ビームの強さは原色の１つについての像情報を表す電気的信号に従って音響光 学変調装置によって変調される。３つの光ビームはビーム複合装置によって複合 され、且つ複合された光ビームは回転する多辺形体によって受取媒体上へ走査さ れる。

近年、レーザープリンターで気体レーザーの代わりにダイオードレーザ−を使用 する試みがなされている。ダイオードレーザ−の使用はプリンターのコストを減 らし且つプリンターの大きさ及び複雑性の思い切った減少を可能にする。ダイオ ードレーザ−は駆動電流を簡単に変調することによって数百ＭＨｚ程に高い周波 数で直接に変調され、従って外部の変調装置が必要とされない、更に、ダイオー ドレーザ−の低い開存ノイズは気体レーザープリンターでノイズ消去のために使 用される高帯域幅のサーボ制御を排除することを可能にする。しかしながら、グ ラフィックアートのプリンターでダイオードレーザ−を使用することで解決され ねばならない問題がある０問題の１つは入手可能なガリウムアルミニウムひ化物 ダイオードレーザ−が赤外線の光を発することである。その結果として、赤外線 に感光する特別の記録媒体が使用されねばならず、且つ多レーザー系でのダイオ ードレーザ−はレーザー間に最も広い可能なスペクトルの分離を得るために注意 深く選択されねばならない、ダイオードレーザ−プリンターでの別の問題は、ダ イオードレーザ−とコリメータとの間の距離が周囲温度の変化によって変化し得 るのでレーザースポットの焦点を維持することにある。また、所望の偏光を有す る複合されたビームを作るためにカラー系でダイオードレーザ−を重ね合わせる こと及び高品質の連続階調の像を得るように複合されたビームを形づけることで 問題がある。

従来技術の上述した問題を克服すること及び改良されたレーザープリンターを提 供することは本発明の目的である。

本発明の一観点によれば、複数個の光学ヘッドであって、該光学ヘッドのそれぞ れが他のレーザーと異なる波長で光のビームを放射するようになっているダイオ ードレーザ−を含み、ヘッドのそれぞれがコリメータレンズと、所定の周囲温度 範囲にわたってダイオードレーザ−及びレンズの間に一定の距離を維持するため の手段とを含む光学ヘッド、情報信号に従ってレーザーのそれぞれから光ビーム を変調するための手段と、複合された光ビームを作るように光ビームを複合する ための手段と、複合すれたビームを形づけるための手段と、複合されたビームを 偽感光受取媒体上へ走査するための手厳と、受取媒体及び走査手段の間の相対的 移動を横断走査方向へ行うための手段と、変調手段、走査手段及び相対的移動を 行う手段を互いに調時された関係で制御するための手段とを含むレーザープリン ターが提供される。

本発明の一実施例では、レーザープリンターは概ね円形の配置で取付けられた３ つのダイオードレーザ−を含む、レーザーのそれぞれは異なる波長で光を発し、 且つ各レーザービームは原色の１つを表す像信号に従って変調される。最終スポ ットの大きさを整えるために、レーザービームのそれぞれはアポディゼーション 作用マスクの楕円形窓を通過される。アボディゼーション作用マスクを通過した 後、３つのレーザーからのビームは複合されたビームを形成するように２つのグ イクロイックミラーによって重ね合わされる。複合されたビームは２つの球面ミ ラーによって形づけられ且つ多辺形体によって受取媒体上へ走査される。多辺形 体及び受取媒体の間に配置されたシリンダミラーは多辺形体の小面を受取媒体上 へ横断走査方向へ映す作用をする。

既知のレーザープリンターを超える本発明の第一の利点は、プリンターの大きさ 及び複雑性が実質的に減らされており、且つ信頼性が改善されていることである 。ダイオードレーザ−は駆動電流を簡単に変調することによって数百ＭＨｚ位高 い周波数で直接に変調されることができ、従って外部の音響光学変調装置及び関 連光学装置が必要とされない、開示されたプリンターで光学ヘッドのそれぞれは 周囲温度の範囲にわたってダイオードレーザ−とコリメータレンズとの間に一定 の距離を維持するための手段を含む、開示されたプリンターでレーザービームは 最適な性能を与えるように複合され且つ形づけられる。

本発明の実施例は次に添付図面を参照して例として説明される０図面において、 第１図は本発明のレーザープリンターの斜視図であり、第２図は本発明で使用さ れる光学ヘッドの側面図であって、若干の部分が断面図で示されており、第３図 は遠視野輝度の正規化された半径対入力ビームウェストに対する截頭楕円の半径 の比を示すグラフであり、且つ 第４図は本発明での電子素子のブロック線図である。

第１図を参照すると、本発明に従って構成されたダイオードレーザ−プリンター １０が示されている。プリンター１０は１４．１５及び１６で表示された３つの 光学ヘッドを備える。光学ヘッド１４〜１６は円形配置で設置され且つ１２０° 離間されている。光学ヘッド１４〜１６からのビームはグイクロイックζシー１ ８及び２０によって複合される。ミラー１８及び２０からの複合されたビームは 光学軸線２２に沿って球面ミラー３０及び３２へ移動する。

球面ミラー３２から反射された複合されたビームは旋回ミラー４２によって回転 可能な多辺形体（ポリゴン）４０上へ向けられる。多辺形体４０はビームをシリ ンダミラー４４を横切って走査し、該シリンダミラーはビームを受取媒体４６上 へ向ける。受取媒体４６は回転可能なドラム４８上に取付けられる。

光学ヘッド１４〜１６は第２図に示されるように構成されることができる。光学 ヘッド１４〜１６のそれぞれは概ね同じものであり、従って光学ヘッド１４だけ がここで説明される。第２図に示したように、光学ヘッド１４は光源５２及び光 学装置５４を備え、その両方は管状支持体５６中に支持される。

光源５２はダイオードレーザ−５８と、熱伝達板６０と、熱電式冷却素子６２と 、ヒートシンク６４とを含む。

ダイオードレーザ−５日は出力側６６においてカバー６８によって取囲まれてお り、該カバーはＲＴＶコーポレーシッンから入手可能な第１０６番シリコーンの ような絶縁体材料で作られる。ダイオードレーザ−５８は締着具２６によって絶 縁体リング７０へ取付けられ、該絶縁体リングは例えばゼネラル・エレクトリッ ク・カンパニーによって商標レフサン３４１４で販売されている材料のようなガ ラス充填ポリカーボネートで作られる。絶縁体リング７０は締着具（図示せず） によって環状レーザーマウント７１へ取付けられる。レーザーマウント７１は例 えば銅であることができる。支持体５６中の止ねじ７４は絶縁体リング７０と接 触状態にねじ込まれて光源５２を光学装置５４に対して整合させる。ダイオード レーザ−５８からの熱はヒートシンク６４へ伝達され、該ヒートシンクは過剰の 熱をフィン付放熱器フ５（第１図）を通して周囲環境へ放出する。

良好な階調及び色再生を得るために、プリンター１０のダイオードレーザ−は最 も広い可能なスペクトル分離及びダイナミックレンジを有しなければならない、 光学へラド１４のレーザー５８は８１０ｎ園（５ｍＷ）で放射し且つシャープ・ カンパニーから入手し得るＬＴ０１０ＭＦ番であることができる。光学へラド１ ５のレーザーは８７０ｎ■（２０ｍＷ）で放射し且つヒタチ・コーポレーシヨン で製作された８３１２Ｅ番であることができる。光学ヘッド１６のレーザーは７ ５０ｎ閣（５ｍＷ）で放射し且つ例えばシャープで製作されたＬＴ０３０ＭＰ番 であることができる。短い波長を有するダイオードレーザ−がいま入手可能であ るが、それらのダイナミックレンジ、即ちレーザー動作闇値での電力に対する最 大電力の比が連続階調の印刷のために不充分であることが判明している。

光学装置５４はレンズハウジング８５と、ハウジング中のコリメータレンズ８６ と、ねじ山付レンズ保持体８７とを含む、ダイオードレーザ−８５及びレンズ８ ６は、ダイオードレーザ−とレンズとの間の距離が所定の温度範囲にわたって、 例えば２０℃から３９℃までの周囲温度の範囲にわたって一定に維持されるよう に光学装置１４中に取付けられる。ヘッド１４の素子は周囲温度の変化によって 膨張し且つ収縮する。各素子はそれが作られるその材料の熱膨張率（ＣＴＥ）に 従って膨張し又は収縮し、周囲温度変化のそれぞれの程度に対する膨張又は収縮 の量は素子のを効長さに素子のＣＴＥを掛けた値に等しい積Ｐ、に依存する。温 度変化中レーザー５８及びレンズ８６の相対的位置を決定するヘッド１４の素子 は、リング７０であるレーザーダイオード５８のための取付手段と、ハウジング ８５であるレンズ８６のための支持手段と、支持体５６であるリング７０及びハ ウジング８５のための支持手段とである。好適な実施例では、支持体５６はオー テスナイト系ステンレス鋼であり、ハウジング８５は６０６１アルミニウムから 作られ、リング７０はレフサン３４１４ガラス充填ポリカーボネートから作られ る。リング７０の積ｐ、（ＣＴＥｘ有効長さ）とハウジング８５の積Ｐｂとの和 は支持体５Ｇの積ｐ、に等しいので、レーザー５８及びレンズ８６の相対的位置 は一定のままである。従って、リング７０及びハウジング８５の軸線方向への膨 張又は収縮の複合は支持体５６の軸線方向への膨張又は収縮を相殺し、その結果 として、レーザー５８及びレンズ８６の相対的位置は変化しない。

コリメータレンズ８６は例えばオリンパスレンズ第ＡＶ８６５０−２番であるこ とができる。中性濃度フィルター９８は各レーザーがその最大出力で作動するこ とを可能にすることによってダイナミックレンジを最大にするために各光学ヘッ ド１４〜１６に含まれる。第２図に示したように、フィルター９８はレーザー５ ８への光学的フィードバックを防止するために光学軸線に対して僅かの角度で、 例えば５°の角度で取付けられる。レーザーはビーム発散でかなり相違するので 、硬質縁部付アボデイゼーシゴン作用マスク９７が適正なスポットの大きさを最 終像辺面で得られるようにビームを整えるために各光学ヘッド１４〜１６に含ま れる。アボディゼーション作用マスク９７のそれぞれは楕円形窓９５を含み、楕 円形窓９５の短半径に沿う部分が第２図に示されている。１つの代表的な例では 、プリンター１０のための楕円形窓は次のように寸法付けられる。

ヘッド１４−　ｗ、　＝０．０５２４、ｗ、−０，１６９３、ｎ−８６χヘツド １５−　ｗ、　＝０．０５３１、ｗ、−０，１６９３、ｎ−８４χヘツド１６− １１．　＝０．０４９２、ｗ、−０，１５７５、ｎ＝８４χここで、−７、楕円 の短半径、は横断走査方向にあり、ｈ、長半径、は走査方向にあり、ｎは入射パ ワーに対する窓を通るビームパワーの比であり、寸法の全てはインチである。

アポディゼーシッン作用マスクを使用する別の利点は第３図に示されており、そ こでｋ、遠視野輝度の正規化された半径（４０％ピークレベルにおける）、はｗ 、／ωア、入力ビームウェストに対する截頭楕円の半径の比に対してプロットさ れる。第３図で、曲線（ａ）は１／ω、−〇、３のときであり、曲線（ｂ）は＠ ８／ω８−１．０のときであり、曲！（ｃ）は！１．／ω、＝３．０のときであ る。第３図から、截頭比が１又はそれより小さいとき、遠視野幅はレーザー発散 に対して比較的不感性であることは理解されよう、これは、個々のレーザー発散 が普通にはそれらの公称値から１０％程多（変化し、従ってアボディゼーシ町ン が最終スポットの大きさの変化を最小限にするので有利である。アボディゼーシ ョンの更に別の利点は、それがコヒーレント光に対して発せられる非コヒーレン ト光を抑制することを助けることによってレーザーのコントラスト比を増すこと である。

光学ヘッド１４〜１６からの３つのコリメートビームは２つの僅かにくさび状に されたダイクロイック板又はミラー１８及び２０を用いて重ね合わされる。第１ 図に示したように、ミラー１８及び２０は、ミラー１８及び２Ｇへのそれぞれの 垂線が両方共に光学軸線２２に対して３０°の角度にあり且つミラー１８及び２ ０がそれぞれ光学軸線２２と６０°の角度をなすように配置される。

ミラー１８及び２０は互いに６０°の角度をなす、光学ヘッド１４からのビーム はミラー１８で３０°の入射角度で当たり且つ光学へラド１５からのビームと複 合される。光学ヘッド１６からのビームはミラー２０で３０゜の入射角度で当た り且つヘッド１４及び１６からのビームに重ね合わされて複合ビームを形成し、 該複合ビームは光学軸ｔｉ９１２２に沿って球面ミラー３０へ向けられる。

ヘッド１４〜１６からのダイオードレーザ−出力の偏光はレーザー中継点に対し て平行であり、従って楕円形ビームの短軸線に対して平行である。ビームはミラ ー１８及び２０によって複合された後同じ光学素子を通過するので、ビームは同 じ楕円形の整合を有するにちがいない。

偏光回転体が装置１０で使用されず、従ってビームの偏光は整合されているにち がいない、ミラー１８及び２０の皮膜は３つのビーム全てが同じ偏光を有するこ とを可能とする種類の修正された長波長域フィルターとして作用し、皮膜は既知 の様態で誘電体の酸化物から作られる。

本発明で焦点合わせされたスポットの４０％半径は走査平面で中間ビーム（８１ ０ｎｍ）について約２４μ霧である。スポットがガウス形状を有すると仮定する と、ウェスト、即ち１／ｅ８半径は約３０μ腸であり、截頭ビームによって与え られた実際のスポットのウェストは約３５μ■である。この値は、それがピクセ ルの大きさく７８゜１５μ■）とからみ合わされる時にこの方向への有効な書込 まれたスポットが横断走査方向へのスポットと同じ変調伝達関数（ＭＴＦ）を有 するように使用される。理想的には、他のビームでのウェストは走査ラインにわ たる全ビームのスポット焦点ずれを合致させるためにそれらの波長の二乗根でこ のビームに対して基準化される。

これは３つのスポットの大きさが走査ラインの長さにわたって一定のままである ことを保証する。

アナモフインクビームを形付けることは球面ミラー３０及び３２の使用によって 走査装置１０で行われる。傾動された球面ミラーは大きな非点収差を生じ、複合 されたビームを多辺形体上で横断走査方向へ焦点合わせし且つ像上で走査方向へ 焦点合わせするための自然の及び色消しの方法を提供する。２つの傾動された球 面ミラーの組合せは追加の及び有効な自由度を有するコンパクトな解決を与える 。２つの傾動された球面体の多くの形状は必要とされる非点収差を生じ、使用さ れた特別の組合せは同じビーム方向を維持し且つ間隔に対する相対的不感度を維 持するその特性のために選択された。４つのパラメータ、即ちミラー３０及び３ ２の半径、共通の傾動角度■、及びミラー間の距離ｔがある。満足されねばなら ない３つの条件、即ち走査方向及び横断走査方向への適正な焦点距離及び走査方 向への逆焦点距離と横断走査方向への逆焦点距離との間の適正な差がある。ミラ ー間の距離りはコンパクトな設計を得るために自由なパラメータであるように選 択された。１つの適当な設計は次の通りである。

Ｒ（ミラー３０）＝３０４．８ｍ５（凹面）Ｒ（ミラー３２）　−−４３１，２ ｍｍ　（凸面）１　＝　３７．５゜ ｔ＝５２．３ｍｍ 本発明で用いたような球面ミラーのより完全な検討はディビット・ケスラーの名 義で１９８６年５月１３日に発行された「ガウス形ビームを球面ミラーで形付け る装置」と題する米国特許第４，５８８．２６９号（本発明と同じ譲受人へ譲渡 された）で見られることができる。

多辺形体４０は例えば１４個の小面４１を有することができ、多辺形体は７３８ ０ｒｐ−の速度で回転されることができる。多辺形体４０はダイヤモンドで機械 加工された小面４１を有し、自己ポンプ作用空気軸受（図示せず）上で回転し、 且つ移送鎖錠サーボ系で制御される。

プリンターＩＯに適当な多辺形体及び駆動モータの組合せ体はコバルによって製 作されたモデル第ＺＳ−００９番である。

高品質の連続階調の像のために、多辺形体４０の揺れ又は角錐角度誤差のような 好ましくない束縛する人為的構造は目視可能な程度以下に減少されねばならない 、一般的に、ピクセル位置の変化は目視可能な人為的構造を回避するためにピク セル間隔の一千分の−より小さく保たれねばならない０本発明では、シリンダミ ラー４４は走査装置の平面を像平面上へ横断走査方向へ映す０倍率は、多辺形体 の小面の残りの平面外への運動がそれが回転する時に走査の終了時に過大なスポ ット不整合を生じないように選択される０本発明で使用され得るシリンダミラー は１２４．７５ｍ５に等しい曲率半径を有する。

本発明の１つの利点は、走査長さ及び解像度の一定の範囲について、多辺形体４ ０に続いて視野平坦化又はｆ−θレンズを使用することを必要としないことであ る。

そのような利点は例えばここで開示された光学素子が３２５ビクセル／インチの 解像度で４インチラインを生ずるように使用される時に得られる。

プリンター１０のための制御系８９が第４図に示される。制御系８９は像走査装 置から又は像記憶媒体（図示せず）から受取った像データを記憶するためのフレ ーム記憶装置９０を備える。フレーム記憶装置９０に記憶されたデータは例えば 各ピクセルに対して３つの８ビツト値を含み、各便はピクセルについての赤、緑 、又は青の入力を表す、マトリックス乗算回路９２は望ましい色修正を行うため に３×３マトリツクスを８ビツト赤、緑、及び前値に乗算する。

回路９２からの出力はＲＡＭ参照用テーブル９１へ適用され、ｔｉＲＡＭ参照用 テーブルは線形化、較正、記録材料の３つの色層の感光度曲線の不一致に対する 補償、及び多辺形体４０の小面対小面の反射率変化に対する修正に対する必要な 基準化を行う、参照用テーブル９１の更新された値は中央処理装置９３によって 与えられることができる。参照用テーブル９１からのデジタル出力はデジタル対 アナログ（Ｄ／Ａ）変換器９４へ与えられ、Ｄ／Ａ変換器からの出力はダイオー ドレーザ−のための電圧対電流励振器９６を駆動する。ダイオードレーザ−のた めの熱電式冷却器は熱電式冷却器サーボ９９によって制御される。

制御及びタイミング論理回路１００はプリンター１０の動作中のデータ流れを管 理するため及びプリンターのタイミングを制御するために設けられる０回路１０ ０はドラムサーボ１１２、多辺形体サーボ１１０、及び光学繊維ライン開始セン サ１０２からのタイミング信号を受入れ、且つこれら信号を印刷動作を同期する ために使用する。これらのタイミング信号はエンコーダ１０４から入力を受取る ドラムサーボ１１２からの一回転当り一回のパルスと、エンコーダ１０６から入 力を受取るサーボ１１０からの一回転当り一回のパルスと、レーザービームがラ イン開始センサ１０２の光学繊維（図示せず）を横切る時に発生されるライン開 始パルスとを含む、これらの信号の受取りの際に、ピクセルクロックは起動され 且つデータはデータ回路を通して刻時される。また、回路１００には、ライン長 さ制御のためのライン当りピクセルのカウンタと、参照用テーブル９１のアドレ ス指定を制御するための小面カウンタとが含まれる。

受取媒体４６は例えばハロゲン化銀の偽感光カラー紙であることができる。１つ のそのような媒体は１９８６年１０月２８日に許可された米国特許第４．６１９ ．８９２号に開示されている０本発明で使用されるダイオードレーザ−は最も広 い可能なスペクトル分離を得るように選択されている。

５　しかしながら、ダイオードレーザ−の波長分離は比較的小さく、７５０〜８ ７０ｎｍであるので、カラー紙は良好な色分離及び穿孔のない再生を与えるため に狭いスペクトル応答と共に充分な速度差を有しなければならない。

偽感光の色糸が使用されているので、与えられた像染料色を形成する層は層のど れか（頂部、中間部又は底部）であることができ且つ３つの波長のどれかによっ て露出されることができる。

国際調査報告　　　　２゜Ｔ／ｌＪｓ　８９／。５８□。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．複数個の光学ヘッド（１４、１５、１６）であって、該光学ヘッドのそれぞ れが他のレーザーと異なる波長で光のビームを発するようになっているダイオー ドレーザー（５８）を含み、前記ヘッドのそれぞれがコリメータレンズ（８６） と、所定の周囲温度範囲にわたって前記ダイオードレーザー（５８）及び前記レ ンズ（８６）の間に一定の距離を維持するための手段（７０、８５、６５）とを 含む複数個の光学ヘッド（１４、１５、１６）と、 前記レーザーのそれぞれからの光ビームを情報信号に従って変調するための手段 （９１、９２、９４、９６）と、 前記光ビームを複合して複合された光ビームを形成するための手段（１８、２０ ）と、 前記複合されたビームを形づけるための手段（３０、３２）と、 前記複合されたビームを偽感光受取媒体（４６）上へ走査するための手段（４０ ）と、 前記受取媒体（４６）及び前記走査手段（４０）の間で横断走査方向へ相対的移 動を行うための手段（４８）と、 前記変調手段、前記走査手段、及び相対的移動を行うための前記手段を互いに調 時された関係で制御するための手段（１００）と、 を含むレーザープリンター。
2. ２．シリンダミラー（４４）が前記走査手段（４０）と前記受取媒体（４６）と の間に配置されている請求項１に記載されたプリンター。
3. ３．前記走査手段が回転可能な多辺形体（４０）である請求項１に記載されたプ リンター。
4. ４．前記プリンターが３つの光学ヘッド（１４、１５、１６）を含む請求項１に 記載されたプリンター。
5. ５．前記ダイオードレーザー（５８）の１つが約７５０ｎｍで放射し、前記レー ザー（５８）の別の１つが約８１０ｎｍで放射し、且つ他のレーザー（５８）が 約８７０ｎｍで放射する請求項４に記載されたプリンター。
6. ６．受取媒体（４６）が赤外線感光性媒体である請求項１に記載されたプリンタ ー。
7. ７．前記受取媒体（４６）がハロゲン化銀の偽感光カラー媒体である請求項１に 記載されたプリンター。
8. ８．前記変調手段が情報信号を前記ダイオードレーザーのそれぞれへ供給するた めの励振器（９６）を含み、且つレーザーのそれぞれへの情報信号が原色の１つ についての情報を含む請求項１に記載されたプリンター。
9. ９．前記変調手段が色修正手段（９２）を含む請求項１に記載されたプリンター 。
10. １０．前記変調手段が前記情報信号を修正する際に使用するための参照用テーブ ル（９１）を含む請求項１に記載されたプリンター。
11. １１．前記受取媒体（４６）が回転可能なドラム（４８）で支持されている請求 項１に記載されたプリンター。