JPH06214180A - 光学走査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オーバーフィルドポリゴンデザインにおける
迷光反射を、光学アイソレータを使用することによって
抑制する。 【構成】 光路に位置される光学アイソレータ１６は、
ポラライザ４０と四分の一波長板４２を含む。平行光
は、ポラライザ４０を通過し、直線偏光される。板４２
は、入射する直線偏光ビームの電場ベクトルＰと、板の
主平面４２Ａと、の間の角度Θが４５度であるように調
整されている。角度Θにおいて、板４２から出射される
走査ビーム２２は、右回りに円偏光されるが、ファセッ
ト２４Ｂからの反射ビーム（迷光）２８は、左回りに円
偏光される。反射ビームは板４２に透過され、ビーム２
８’は再び直線偏光されるが、元々の偏光に対して直角
になる。このため、迷光ビーム２８’はポラライザ４０
を通過することができず消滅される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラスタ出力走査（スキ
ャンニング）システム（ＲＯＳ）に関し、特に、オーバ
ーフィルドビームで照射されるイメージング（画像形
成）ファセットに隣接するポリゴン（多角形）ファセッ
トから反射される迷光を抑制するための改良光学システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ラスタ出力スキャナを具備するディジタ
ルプリンタは、感光媒体の表面上に変調された走査線を
形成するための走査要素として回転ポリゴンを使用す
る。典型的なシステムでは、入力ビデオ信号に従って変
調されるビームは、ヘリウムネオンレーザ、あるいはダ
イオードレーザ（半導体レーザ）のような光源から出射
される。変調光は、プレ−ポリゴン（ポリゴンの上流
の）コンディショニング光学システムを通して回転ポリ
ゴンに送られる。ポリゴンは３，０００〜３０，０００
rpm （回転／分）の範囲で回転し、ポスト−ポリゴン
（ポリゴンの下流の）光学システムを通過するようにビ
ームを走査し、処理方向に動く感光媒体の全処理幅を横
切る走査線としてレーザスポットのイメージを形成す
る。従来のＲＯＳシステムにおいては、典型的には、３
つの走査モードがある。第１のモードでは、プレ−ポリ
ゴンコンディショニング光学システムは、アンダーフィ
ルドデザインを具備する；例えば、レーザからの光は、
ダイオードレーザの場合はコリメート（平行化）される
が、ガスレーザの場合は拡張され、イメージングポリゴ
ンファッセット上に、主走査方向で、典型的にはファセ
ットの略三分の一の適切なビーム幅にコリメートされ
る。アンダーフィルドデザインは、イメージングファセ
ットの高いスループット効率（処理能力）と均一な照射
のために、一般的に好まれてきた。第２のモードは、オ
ーバーフィルドデザインであり、光ビームは、イメージ
ングポリゴンファセットに、主走査方向で、ファセット
の略３倍大きいビーム幅までコリメートされ（レーザダ
イオード）、あるいは拡張される（ガスレーザ）。オー
バーフィルドデザインでは、画像（イメージ）媒体に既
定スポットサイズを生成するために要求される、ファセ
ットサイズに対する要求は、同じ直径のポリゴンにより
多くのファセットを設けることで大いに縮小される。こ
のことにより、走査システムは、既定ポリゴンモータ
で、一秒当りより多くの走査線を形成し、あるいは、言
い換えれば、それほどパワフルでない、より安価なポリ
ゴンモータ駆動の使用を可能にされる。オーバーフィル
ドデザインには、これまで完全に解決されていない、い
くつかの不具合がある。スループット効率は、アンーダ
ーフィルドデザインでは５０％の能力であるのに対し
て、（オーバーフィルドデザインは）比較的低く（２０
％）、イメージングファセットの照射がアンダーフィル
ドデザインほど均一ではない。しかし、この照射の問題
は、米国特許第４，９４１，７２１号において開示され
た技術によって処理されてきたのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】オーバーフィルドデザ
インは、上記にあげられた不具合に加えて、感光媒体に
走査線を形成するために完全に照射されているファセッ
トに隣接するファセットからの光の迷反射という重大な
問題を抱えている。この迷反射光は、プレ−ポリゴン光
学システムを通して反射し返され、プレ−ポリゴン光学
システムにおいては、光は、部分的に（光を）透過し、
部分的に（光を）反射する、レーザ正面を通過すること
によってレーザに入り込むか、あるいは、部分的に反射
するダイオードレーザ正面から同時に別の反射を受ける
かのどちらかである。光がレーザのキャビティに入る
と、光はレーザの出力を不安定なものにする可能性があ
る。光はプレ−ポリゴン光学シスムを通して反射し返さ
れ、イメージングファセットに戻され、ポスト−ポリゴ
ン光学システムを通して反射され、画像平面に入射し、
望ましくない光像を形成するおそれがある。従来技術で
は、迷光の問題を小さくする試みがなされてきた。米国
特許第４，９７８，１８５号で開示されたように、イメ
ージングファセットに隣接するファセットの領域を非反
射物質でコーティングし、物質から反射される光、つま
りコーティングされない場合迷光として反射されるであ
ろう光を排除する技術が述べられている。この処理は、
いくつかのシステムにとっては非経済的であり得る、な
ぜなら、各ポリゴンの各々のファセットが高精度に処理
され非反射物質でコーティングされなければならないか
らである。

【０００４】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の一態様で
は、レーザとポリゴンの間に光学アイソレータが置か
れ、そこで、イメージングファセットに隣接するファセ
ットから反射し返された迷光ビームが吸収される。特
に、本発明は、オーバーフィルドポリゴンデザインにお
ける望ましくない迷光反射を排除する光学走査システム
に関し、高強度の、変調され、偏光され、コリメートさ
れた光ビーム源と、前記光ビーム源と感光媒体との間の
光路に置かれた複数の光反射ファセットを有し、前記フ
ァセットの一つが、焦点を合わせられた光ビームによっ
て完全に照射され、感光媒体の方に反射される走査ビー
ムを生成し、その一方で隣接ファセットが、少なくとも
部分的に照射され、垂直に入射する光の少なくとも一部
を前記光路に沿って迷光として逆方向に反射するポリゴ
ンスキャナと、前記完全に照射されたファセットから反
射された前記走査ビームの焦点を前記感光媒体の表面に
合わせる手段と、光路に沿って、前記ポリゴンスキャナ
から逆進方向に反射し返される前記迷光の通り道を妨げ
るために、前記光ビーム源と前記ポリゴンスキャナの間
の光路に置かれるアイソレータ手段と、を含む。

【０００５】

【実施例】図１を参照すると、オーバーフィルドポリゴ
ンファセットデザインを有するＲＯＳシステム１０が示
されている。レーザダイオード１２は、高強度の、コリ
メートされ、偏光される放射線の源として動作する。レ
ーザダイオード１２は、自己変調し、光の出力ビーム
は、ビデオ信号に含まれるインフォメーションに合わせ
て変調される。変調されたビームは、コリメータアセン
ブリ１４によってコリメートされる。別法として、図１
に点線の形で示されているように、ガスレーザ１２’が
使用されることも可能であり、ガスレーザ１２’は、ほ
ぼコリメートされた出力を生成するが、ビーム拡張光学
系１４’によってビームが拡張されることを要求する。
ガスレーザ出力は、直線偏光、あるいはランダム偏光さ
れ得る。どちらの実施例でも、コリメートされた光束
は、走査方向に幅を有し、ファセット２４Ａと２４Ｂを
オーバーフィルするであろう。光線２２ａと２２ｂは、
オーバーフィルドイメージビームを表している。光線２
２ａと２２ｂは、シリンダレンズ２０を通過する。レン
ズ２０は、コリメートされた入力ビームを整形し、モー
タポリゴン誘発サジタルビームポジション（揺動）エラ
ーを補償することを光学的に正しいものにする。ダイオ
ード１２、コリメータ１４、及びレンズ２０は、プレ−
ポリゴン光学システムを形成する。レンズは、垂直軸、
あるいは走査軸にビームのコリメーション（平行）を保
ちながら、ポリゴンにおける垂直軸の面に焦点を合わせ
られたビームを生成する。このように、コリメートされ
た光ビームは、ポリゴンモータ２６によって回転させら
れているポリゴン２４のファセット２４Ａと２４Ｂを横
切って送られる。ファセット２４Ａは、イメージングフ
ァセットとしての照射目的として示され、一方ファセッ
ト２４Ｂは、隣接ファセットである。ポリゴンが回転す
ると、入射光の一部は、ある回転角度で隣接ファセット
２４Ｂに法線方向で入射する。光は、ダッシュドライン
で示される、迷光反射ビーム２８によって表されるよう
に、光路に沿って反射し返される。このビームは、レン
ズ２０とコリメータアセンブリ１４を通過し、ダイオー
ド１２の反射フロント面、あるいはガスレーザ１２’の
フロントミラーに集束される。ビームは、プレ−ポリゴ
ン光路に沿って走査ファセット２４Ａに部分的に反射し
返され、またダイオード１２のフロント面あるいはガス
レーザミラーを通って部分的に透過される。ダイオード
のフロント面、あるいはガスレーザのフロントミラーか
ら反射された光は、ｆΘ結像レンズ３０を含むポスト−
ポリゴン光学システムを通して走査される。レンズ３０
は、ポリゴン２４の回転と、処理方向に動く受光体（例
えば感光体）３２の表面への横方向に走査されたビーム
の屈折と、の間に直線関係を提供するように設計され
る。変調されたビームは、受光体３２の表面での像線露
光を形成し、受光体３２は、迷光ビーム反射によって引
き起こされた照射の望ましくないスポットも含もうとす
るであろう。さらに、レーザダイオードのファセット、
あるいはガスレーザのフロントミラーに到達する反射光
は、ファセットあるいはフロントミラーを通過し、レー
ザダイオードあるいはガスレーザの出力を不安定なもの
にする可能性がある。

【０００６】迷光は、光路に位置されるものとして図２
に示される光学アイソレータ１６の動作によって、レー
ザダイオードあるいはガスレーザに達することを阻まれ
る。アイソレータ１６は、ポリゴンから光路に沿って反
射し返されていたビーム、例えばファセット２４Ｂから
の迷反射、を消滅させる機能を有する光学コンポーネン
トである。図２及び図３において示される第１の実施例
では、アイソレータ１６は、コリメートされたビーム路
に置かれる直線ポラライザ（偏光子）４０と四分の一波
長板４２を含む。図３は、迷光にアイソレータ１６が及
ぼす効果を示すためにポラライザ４０と板４２以外のも
のを除いた全てのコンポーネントで展開された光路を示
す。レーザ１２の出力は直線偏光され、ポラライザ４０
はレーザの偏光軸に一直線に並べられるように光路に置
かれる。ガスレーザの場合には、レーザの出力は、直線
偏光、あるいはランダム偏光され得る。どちらにして
も、光は、ポラライザ４０を一旦通過すると直線偏光さ
れる。ポラライザ４０は、本実施例では、偏光ビームス
プリッタキューブであるが、多層誘電板ポラライザであ
ってもよい。その他のタイプのポラライザも同様に可能
である。アセンブリ１４からのコリメートされた光は、
偏光板に影響を与えることなくポラライザ４０を通過す
る。四分の一波長板４２は、入射する直線偏光ビームの
電場ベクトルＰと、四分の一波長板の主平面４２Ａと、
の間の角度Θが４５度であるように調節されている。こ
の角度Θにおいて、四分の一波長板４２から出射される
ビーム２２（走査ビーム２２）は、示される時計回り方
向に円偏光されるように表されている。ファセット２４
Ｂから反射されたビーム２８も円偏光されるが、反対方
向にである。反射されたビームは、四分の一波長板４２
の中に再び透過される。ビーム２８’は、再び直線偏光
されるが、もともとの偏光に対して直角になる。ビーム
は、このように、ポラライザ４０を通過することができ
ないので消滅されるのである。ポラライザ４０と四分の
一波長板４２の、４５度に等しい角度Θを有する組み合
わせは、ファセット２４Ｂのようなファセットに垂直に
当たる光からの反射ビームを通さないのである。

【０００７】図４を参照すると、液晶テクノロジーを使
用する光学アイソレータの第２の実施例が示されてい
る。それに相当する液晶光学効果を述べたものとして
は、例えば、エス．ディー．ヤコブス（S.D.Jacobs）他
による「液晶レーザ光学：デザイン、構成、性能（Liqu
id Crystal Laser Optics: Design, Fabrication, and
Performance ）」の J. Opt. Soc. Am. B.の第５巻１９
６２頁（１９８８年）を参照のこと。光学アイソレータ
５０は、複屈折液晶四分の一波長板５２と、コレステリ
ック液晶セル５４を含む。コレステリック結晶セル５４
は、コレステリックの螺旋ツイストと同じ向きに円偏光
された光を透過し、逆円偏光された光を反射するという
異例の特性を持つ。板５２の複屈折とセル５４のコレス
テリックセルを正しく選択することによって、円偏光さ
れた光は、高効率で２つの液晶アイソレータエレメント
を通して透過される。アイソレータ５０の動作は、図５
に示されている。レーザ１２の出力は、直線偏光され、
波長板５２によって、円偏光されたビームに変換され
る。波長板５２は、あらゆる水晶あるいは液水晶の、伸
張ポリマ薄膜あるいは適切な厚みの他の複屈折物質であ
り得る。円偏光されたビームは、セル５４を通して透過
される。鏡面反射（正反射）された光ビーム２８は、ビ
ーム路に沿って戻り、コレステリック液晶セル５４から
拡散反射される、なぜなら、円偏光された光は、円偏光
方向を反転する反射の際に、１８０度位相シフトされる
からである。最大迷光反射のために、コレステリックか
らの鏡面反射は、液晶の均一面アラインメントによって
可能とされる。図６に示されている実施例では、セル５
４は、反射が光学システムからそらされるように光路と
関係を持たせて置かれている。

【０００８】アイソレータ５０の好ましいロケーション
は、レーザとコリメータの間（ガスレーザの場合には、
レーザとビームエクスパンダとの間）として図４に示さ
れている。この場合、好ましい波長板５２は、複屈折液
晶である。このロケーションでは、液晶板５２とセル５
４の両方の幅広い角許容（＞２０°）ということにおい
て有利であり、及び、非常に小さいサイズの液晶板やセ
ルの使用が可能になり、波面収差の許容範囲を達成しや
すくする。しかし、アイソレータ５０は、アイソレータ
１６の場合のように、コリメートされたビーム路に位置
されることも可能であろう。このロケーションでは、ア
イソレータは、コリメータと同じアセンブリに、より簡
単に取り付けられ、高度の分離力が保証される。不具合
なことは、液晶セルが、１０−２０ｍｍのレベルで大き
くてはっきりしたアパーチャ（開口）であろうとし、許
容範囲の波面収差を達成する困難さを増加させるという
ことである。

【図面の簡単な説明】

【図１】迷光の問題を示すオーバーフィルドポリゴンＲ
ＯＳデザインを示す。

【図２】プレ−ポリゴン光学システムに位置される本発
明の光学アイソレータの第１の実施例を有する図１のデ
ザインを示す。

【図３】光学アイソレータを通過する偏光された光の性
質を変化させることにおける図２の光学アイソレータの
動作を示す。

【図４】本発明の光学アイソレータの第２の実施例を示
す。

【図５】図４の光学アイソレータの動作を示す。

【図６】図４の光学アイソレータの代わりの動作を示
す。

【符号の説明】

１０ ＲＯＳシステム １２ レーザダイオード １２’ ガスレーザ １４ コリメータ １６ 光学アイソレータ ２０ シリンダレンズ ２２ａ、２２ｂ 光線 ２４ ポリゴン ２４Ａ、２４Ｂ ファセット ２８ 迷光反射ビーム ４０ ポラライザ ４２ 四分の一波長板 ５２ 複屈折液晶四分の一波長板 ５４ コレステリック液晶セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン エイ．ダービン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター ハンター サークル 1283 (72)発明者 ジョン アール．アンドリュース アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14450 フェアポート ビタースウィート ロー ド 28

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーバーフィルドポリゴンデザインにお
   ける望ましくない迷光反射を補償する光学走査システム
   であって、 高強度の、変調され、偏光され、コリメートされた光ビ
   ーム源と、 前記光ビーム源と感光媒体との間の光路に置かれた複数
   の光反射ファセットを有し、前記ファセットの一つが、
   焦点を合わせられた光ビームによって完全に照射され、
   感光媒体の方に反射される走査ビームを生成し、その一
   方で隣接ファセットが、少なくとも部分的に照射され、
   法線方向に入射する光の少なくとも一部を前記光路に沿
   って迷光として逆方向に反射するポリゴンスキャナと、 前記完全に照射されたファセットから反射された前記走
   査ビームの焦点を前記感光媒体の表面に合わせる手段
   と、 光路に沿って、前記ポリゴンスキャナから逆進方向に反
   射し返される前記迷光の通り道を妨げるために、前記光
   ビーム源と前記ポリゴンスキャナの間の光路に置かれる
   アイソレータ手段と、 を含む光学走査システム。