DE3224356A1

DE3224356A1 - Optischer drucker mit lichtschaltelementen

Info

Publication number: DE3224356A1
Application number: DE19823224356
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr.-Ing. 2000 Hamburg Hill
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1984-01-12
Also published as: US4480257A; AU1633483A; JPS5912877A; EP0098013B1; AU558949B2; EP0098013A3; EP0098013A2; DE3374468D1; CA1204617A

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 82-072

Optischer Drucker mit Lichtschaltelementen

Die Erfindung betrifft einen optischen Drucker mit einer Lichtquelle, einer Lichtschaltmaske mit Lichtschaltelementen und einem zwischen der Lichtschaltmaske und dem lichtempfindlichen Aufzeichnungsträger angeordneten optischen Abbildungssystem zur Übertragung der in der Lichtschaltmaske erzeugten Lichtpunktmuster auf dem Aufzeichnungsträger.

Ein derartiger optischer Drucker ist beispielsweise aus der DE-OS 28 12 206 bekannt und ist im Prinzip in Figur dargestellt. Als Lichtschaltmaske wird eine magneto-optische Zeile von Lichtschaltelementen benutzt, deren Aufbau und Wirkungsweise in der DE-OS 26 06 596 beschrieben sind. Andere optische Druckköpfe enthalten Zeilen von Lichtsehaltelementen, die mit Hilfe der Technik der Flüssigkristalle hergestellt werden. Eine noch andere Technik benutzt zum Aufbau einer Lichtschaltzeile keramische elektro-optische Materialien.

Angewendet werden optische Druckköpfe z.B. in elektrophotographisehen Druckern zur zeilenweisen Belichtung eines optisch empfindlichen Aufzeichnungsträgers oder Zwischenträgers, von dem dann z.B. durch ein photographisches Verfahren oder im Falle der Elektrophotographie durch ein elektrophotographisches Verfahren ein optisches Bild hergestellt wird. Insbesondere elektrophotographische Drucker besitzen eine steigende Bedeutung für die Druck- und Bürotechnik zur Erzeugung yoa Text oder Graphik auf Normalpapier mit hoher Qualität.

... Grundsätzlich wird bei optischen Druckköpfen eine möglichst hohe Dichte von elektronisch individuell schalt-

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baren Lichtpunkten angestrebt, um damit die Bildqualität zu erhöhen. Für die Anwendung in elektrophotographisehen Druckern strebt man mindestens.10 Lichtpunkte pro Millimeter an. Es wird aber auch mit sogenannten Laserstrahl-Druckköpfen heute schon eine Auflösung von bis zu 16 Lichtpunkten pro Millimeter erreicht.

Verwendet man Lichtschaltmaskea in einer Pestkörpertechnik, wie sie z.B. in der DE-OS 28 12 206 näher beschrieben sind, dann kann die Punktdichte zwar die erforderliche Größe erreichen, Jedoch ist der absoluten Länge einer Lichtschaltzeile eine Grenze durch die Herstellungstechnologie gesetzt. So werden zum Beispiel die oben ausgeführten magneto-optischen Lichtschaltmasken mit einer photolithographischen Maskentechnik hergestellt. Sie können nur Längen von maximal einigen Zentimetern erreichen. Realisiert sind z.B. Lichtschaltmasken nach dem magneto-optischen Prinzip, die bis zu 512 Schaltelemente integriert auf einem Träger enthalten bei einer Dichte von 16 Schaltelementen/mm. Auch Punktdichten von 20 Schaltelementen/mm sind mit der heutigen Technik ohne Schwierigkeiten zu realisieren.

Für die Belichtung einer Zeile auf einer Papierseite vom Format DIN A4 in einem optischen Drucker ist dann ein modulartiges Aneinandersetzen von mehreren solcher Lichtschaltmasken mit einer Zeile von Lichtschaltelementen erforderlich. So ist ein optischer Drucker vorgeschlagen worden, bei dem mehrere Lichtschaltzeilen nebeneinander angeordnet sind und jede Lichtschaltzeile mit einem eigenen Objektiv auf den Aufzeichnungsträger abgebildet wird.

Nachteilig bei diesem Aufbau eines optischen Druckkopfes ist, daß der Abbildungsabstand zwischen der Objektebene der Lichtschaltmaske und der Bildebene des Aufzeichnungsträgers relativ groß ist, da bei der Verwendung von Ein-

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zelobjektiven für die Abbildung einer Zeile, die mehrere Zentimeter lang ist, der öffnung und Brennweite Grenzen gesetzt sind. Typische Abbildungsabstände für die Abbildung von ca. 500 Lichtpunkten im Rastermaß 16 Punkte/mm liegen bei 15 bis 20 cm. Auch muß der Durchmesser der Objektive relativ groß werden, damit ein großes öffnungsverhältnis erreicht wird und möglichst viel Licht der Objektpunkte erfaßt wird. Nachteilig sind auch relativ hohe Kosten für derartige Einzelobjektive.

Eine Verringerung des beanspruchten Abbildungsvolumens läßt sich im Prinzip durch eine Aufteilung in kürzere Lichtschaltmasken mit entsprechend größerer Anzahl von Abbildungsobjektiven erreichen. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Brennweite von Objektiven bei kleinerem abzubildenden Objektfeld kürzer gewählt werden kann. Nachteilig bei dieser Lösung ist aber, daß die Montagekosten ansteigen, da eine größere Anzahl von Lichtschaltmasken und Objektiven verwendet werden, die alle untereinander exakt positioniert werden müssen, damit in der Bildebene auf dem Aufzeichungsträger eine lückenlose und gerade Linie von Lichtpunkten entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optisehen Drucker der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem einerseits die Zeilen mit möglichst hohem Integrationsgrad, d.h. hoher Bildpunktzahl auf einem Substrat aufgezeichnet werden, der andererseits aber bei kleinem Abbildungsvolumen nur einfache und kostengünstige Abbildungsoptiken benötigt.

Erfindungsgemäß wird die*: dadurch gelöst, daß die in gleichmäßigen Abständen zeileniüäßig auf der Lichtschaltmaske angeordneten Lichtschaltelemente zu Gruppen zusammengefasst sind, die jeweils durch einen äquidistanten Zwischenraum voneinander getrennt sind, in welchem keine Lichtschaltelemente vorgesehen sind und der lichtundurch-

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lässig ist, daß das optische Abbildungssystem aus einer Reihe von in gleichmäßigen Abständen angeordneten selbstfokussierenden Linsen gleicher Abmessungen und gleicher Abbildungseigenschaften besteht und daß jede Gruppe von Lichtschaltelementen einer selbstfokussierenden Linse zugeordnet ist.

Die Erfindung hat den Vorteils daß trotz der unterschiedlichen Abstände der Lichtschaltelement©, die durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Elementengruppen bedingt sind, ein Raster erreicht wird, daß zwischen jedem Rasterpunkt gleiche Abstände aufweist.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

den speziellen Aufbau eines optischen Druckers mit Lichtschaltelementen,

den prinzipiellen Aufbau eines optischen Druckers gemäß der Erfindung in Seitenansicht,

den Drucker nach Figur 2 in Draufsicht und

die Draufsicht eines Festkörperträgers, auf dessen Oberseite eine Vielzahl von Lichtschaltelementen aufgebracht sind.

In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau eines optischen Druckers dargestellt. Er enthält eine linienförmige Lichtquelle L, der eine Lichtschaltmaske S vorgelagert ist, die aus einem Festkörperträger T besteht, auf der

eine magneto-optische Zeile von Lichtschaltelementen LZ aufgebracht ist. Eine solche Lichtschaltmaske S kann beispielsweise aus einer runden Festkörperscheibe hergestellt werden, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, in der in quadratischer Aufteilung eine Vielzahl von Lichtschaltelementen in bekannter Weise aufgebracht werden und anschließend in Streifen entlang der Seitenlinien der Quadrate zersägt werden.

Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4

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Zwischen dem Aufzeichnungsträger Z und der Lichtschaltmaske S ist das optische Abbildungssystem A zur Übertragung der in den Lichtschaltelementen LZ erzeugten Bildmuster angeordnet. Durch dieses Abbildungssystem A wird somit für Jedes geschaltete Lichtschaltelement ein Abdruckpunkt auf dem Aufzeichnungsträger erzeugt. Die Abstände dieser Abdruckpunkte voneinander entsprechen damit den Abständen der Lichtschaltelemente voneinander.

Bei dem in Figur 2 und 3 dargestellten optischen Drucker werden als Abbildungssystem A selbstfokussierende Linsen oder Gradientenlinsen LS, sogenannte Selfoc-Linsen verwendet. Diese an sich bekannten Linsen bestehen aus einem Glaszylinder, in dem ein konzentrischer Brechungsindexgradient erzeugt ist. Durch diesen Brechungsindexgradienten wird eine licht-fokussierende Wirkung erreicht, die zur Abbildung von Lichtpunktmustern ausgenutzt werden kann.

Eine Gradienten-Linse besitzt ebene Ein- und Austrittsflächen. Die Länge der Linse und die Größe des Brechungsindexgradienten bestimmen die Abbildungseigenschaften, wie z.B. die wirksame Brennweite. Die Linse kann so dimensioniert werden, daß im Grenzfall die Objektebene in der Eintrittsebene der Linse und die Bildebene in der Austrittsebene liegen, also der Strahlengang zur Abbildung sich ganz innerhalb des Glasstabes befindet. Eine matrix- oder zellenförmige Anordnung von vielen solcher Linsen kann als zusammenhängende, kompakte Komponente hergestellt werden.

Bei der Anordnung nach der» Figuren 2 und 3 wird eine zusammenhängende Reihe von Gradieatan-Linsen LS verwendet, die so dimensioniert sind, daß die Objektebene sich in geringem Abstand vor der Eintrittsfläche der Linse befindet, _iund dieser Abstand der optischen Dicke des Trägers T der Lichtschaltmaske S entspricht. Die Lichtschalt-

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zellen LZ befinden sich auf der Oberfläche, des Trägers T. Eine Gruppe M von Lichtschaltelementen LZ ist Jeweils innerhalb der Öffnung einer Gradienten-Linse LS angeordnet und überdeckt eine Breite, die kleiner ist als der Durchmesser einer Linse. Dadurch wird möglichst alles Licht, das durch die öffnungen der Lichtschaltmaske hindurchtritt, von der Linse erfaßt.

Durch die optische Abbildung einer Linse wird das zugeordnete Lichtpunktmuster leicht vergrößert so abgebildet, daß in der Bildebene der Linse und damit auf dem Aufzeichnungsträger Z eine Breite R überdeckt wird, die der Breite der Linse LS entspricht. R bestimmt auch das Rastermaß der Linsen LS1 bis LSn. In der Praxis beträgt is die Brennweite der Linsen nur wenige Millimeter, so daß sich ein kurzer Abstand zwischen Objektebene der Lichtschal tmaske S und der Bildebene Z ergibt.

Entsprechend der gewünschten Breite des Druckkopfes wird eine größere Anzahl von Gradienten-Linsen LS 1, LS 2, usw. nebeneinander angeordnet. Derartige Linsen sind an sich bekannt und werden für den Abbildungsmaßstab von 1:1 bei der Bildabtastung in Kopiergeräten eingesetzt. Entsprechend der Linsenanordnung in Fig. 2 sind die Lichtschaltelemente LZ in der Lichtschaltmaske S so zu Gruppen M angeordnet, daß der Mittenabstand der Gruppen M dem Rastermaß R der Gradienten-Linsen LS entspricht. Der freie nicht genutzte Zwischenraum ς zwischen den einzelnen Gruppen von Lichtschaltelementen LZ bestimmt den Vergrößerungsmaßstab, der notwendig ist, damit in der Bildebene Z die abgebildeten Lichtpunkte gerade "lückenlos" aneinander stoßen und eine Linie von Lichtpunkten in äquidistanten Abständen bilden.

Um jede beliebige Breite des Druckkopfes realisieren zu können, werden mehrere Lichtschaltmasken S1, S2, usw. auf der Linsenanordnung LS aneinander gesetzt. Jede Licht-

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schaltmaske S wird dabei möglichst groß gewählt, damit möglichst wenig Lichtschaltmasken zueinander positioniert werden müssen. Andererseits wird der freie, Zwischenraum a zwischen den Gruppen von Lichtschaltelementen LZ einer Lichtschaltmaske so groß gewählt, daß ein Aneinandersetzen mehrerer Lichtschaltmasken S1, S2 ... so erfolgen kann, daß die Gruppen M verschiedener Lichtschaltmasken S zueinander auch im äquidistanten Rastermaß R angeordnet sind.

Für die beispielhaft erwähnten magneto-optischen Lichtschal tmasken S, die aus einem größeren Substrat bei der Herstellung herausgesägt werden (Fig. 4), bestimmt sich die minimale Breite der Zwischenräume a aus der Breite, die für den Sägeschnitt erforderlich is%. Dies ermöglicht dann, die Gruppen M vieler Lichtschaltmasken S im Zusammenhang entsprechend Fig. 4 auf einerFestkörperscheibe herzustellen, und dann entsprechend optimalen technologischen Gesichtspunkten eine bestimmte Anzahl von Gruppen M im Zusammenhang als jeweils eine Lichtschaltmaske S herauszusägen. Damit ergibt sich eine optimale Ausnutzung der Scheibenfläche bei der Herstellung. Jede Gruppe M stellt auf der Festkörperscheibe ein Quadrat dar, das mit Ziffern bezeichnet ist. Entlang dieser Quadratseiten kann ein Sägeschnitt gelegt werden, so daß Lichtschaltmasken S verschiedener Längen erstellt werden können.

Der beschriebene Aufbau des optischen Druckkopfes mit den erwähnten Lichtschaltmasken ist prinzipiell auch anwendbar auf Druckköpfe, die Zeilen von licht-emittierenden Dioden (LEDs) enthalten. Bei Zeilen von licht-emittierenden Dioden bestehen ähnliche Herstellungsbedingungen wie bei den magneto-optischen Zeil«n, so daß durch den erfindungsgemäßen Aufbau sich ein kompaKter Druckkopf aus Einzelzeilen von LEDs herstellen läßt, die zunächst im Zusammenhang auf einer Halbleiterscheibe herstellbar sind und dann je nach Ausbeute beziehungsweise Anderen technologischen Gesichtspunkten zu Einzelzeilen mit mehreren

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Gruppen zersägt werden. ,

Der in Fig. 2 beispielhaft skizzierte Strahlengang bei der Abbildung durch eine Gradienten-Linse erzeugt ein lagemäßig invertiertes Bild der Objektpunkte einer Gruppe M. Beträgt beispielsweise die Anzahl der Lichtschaltelemente LZ in einer Gruppe M 32 und die Länge der Gruppe M 1,6 mm, so werden auf dem Aufzeichnungsträger Z 32 Bildpunkte dargestellt, wobei die Gesamtlänge R 2,0 mm beträgt.

Prinzipiell sind Gradienten-Linsen auch so herstellbar, daß eine zweifache Abbildung der Objektpunkte mit einem Zwischenbild innerhalb der Linse entsteht. Dabei wird eine nicht invertierte Abbildung erzielt. Dies kann für die Datenorganisation bei der Steuerung der Lichtschaltmaske Vorteile bieten.

Claims

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 82-072 Sf PATENTANSPRÜCHE

1. Optischer Drucker mit einer Lichtquelle, einer Lichtschaltmaske mit Lichtschaltelementen und einem zwischen der Lichtschaltmaske und dem lichtempfindlichen Aufzeichnungsträger angeordneten optischen Abbildungssystem zur Übertragung der in der Lichtschaltmaske erzeugten Lichtpunktmuster auf dem Aufzeichnungsträger, dadurch gekennzeichnet. daß die in gleichmäßigen Abständen zeilenmäßig auf der Lichtschaltmaske (S) angeordneten Lichtschaltelemente (LZ) zu Gruppen (H) zusammengefasst sind, die jeweils durch einen äquidistanten Zwischenraum (a) voneinander getrennt sind, in welchem keine Lichtschaltelemente vorgesehen sind und der lichtundurchlässig ist,

daß das optische Abbildungssystem (A) aus einer Reihe von in gleichmäßigen Abständen angeordneten selbstfokussierenden Linsen (LS) gleicher Abmessungen und gleicher Abbildungseigenschaften besteht und daß jede Gruppe (M) von Lichtschaltelementen (LZ) einer selbstfokussierenden Linse (LS) zugeordnet ist.

2. Optischer Drucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet.

daß die Lichtschaltmaske (S) mit den Lichtschaltelementen (LZ) direkt auf den Lichteintrittsflächen der selbstfokussierenden Linsen (LS) angeordnet, vorzugsweise aufgeklebt sind,

3. Optischer Drucker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet.

daß die selbstfokussierenden Linsen (LS) eine einfache invertierte Abbildung der ihnen zugeordneten

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Gruppe (M) von Lichtelementen (LZ) auf dem Aufzeichnungsträger (Z) durchführen.

4. Optischer Drucker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet_t

daß die selbstfokussierenden Linsen (LS) eine zweifache Abbildung der ihnen zugeordneten Gruppe (M) von Lichtschaltelementen (LZ) über ein im Inneren jeder selbstfokussierenden Linse (LS) liegendes Zwischenbild erzeugen, wobei auf dem Aufzeichnungsträger (Z) eine nichtinvertierte Lage der Bildpunkte entsteht.

5. Optischer Drucker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet.

daß mehrere Lichtschaltmasken (S) mit den zugeordneten selbstfokussierenden Linsen (LS) nebeneinander angeordnet sind und
daß der Abstand (b) der Lichtschaltmasken (S) so gewählt ist, daß der Abstand zwischen dem letzten Lichtschaltelement (LZ) einer Lichtschaltmaske (S1) und dem ersten Lichtschaltelement (LZ) der nachfolgenden Lichtschaltmaske (S2) dem Abstand (a) zwischen den Gruppen (M) der Lichtschaltelemente (LZ) entspricht.

6. Optischer Drucker nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet.

daß die Lichtschaltmaske und die Lichtquelle durch integrierte Zeilen von lichtemittierenden Dioden ersetzt sind.