JP2010271716A - 多重統合型マルチビームレーザ走査システム - Google Patents

Abstract

【課題】印刷分解能を向上して印刷アーティファクトを減少することである。
【解決手段】受光表面に画像を形成する装置であって、複数の第１光線を同時に生成するよう配置された複数の発光素子を備える第１統合マルチビーム光源と、複数の第２光線を同時に生成するよう配置された複数の発光素子を備える第２統合マルチビーム光源を備え、第２統合マルチビーム光源によって生成された光線の光路は第１統合マルチビーム光源によって生成された光線の光路と非平行であり、第１光線の光路および第２光線の光路が互いに実質的に平行となるように両第１および第２光線の光路に配置された第１コンバイナを備え、第１コンバイナは作像ビームアレイを作像経路へ出力し、第１統合マルチビーム光源および第２統合マルチビーム光源は、第２スポットが第１スポットの位置と相対的に偏移するように位置決めおよび配置される。
【選択図】図６

Description

本発明は画像システムに関し、より明確には多重ビームレーザ光源および多重ビームレーザ光源を採用したプリンタ、コピー機、ファクシミリ装置などにおいて使用する画像システムに関する。

現在、数種類の作像（例えば、印刷および複写）装置が存在し、これらは典型的には画像生成に使用するシステム（または作像エンジン）の種類によって分類されている。一例としては、電子写真式マーキングシステムがあり、これはプリンタ、コピー機、ファクシミリ装置および他の多くの同様の装置のための作像エンジン（画像形成エンジン）を成す。

典型的な電子写真式マーキングシステムでは、帯電した感光体などの受光表面をレーザのような発光源により露光させて所望の画像を表現する。感光体の露光部分を放電することにより、感光体の表面に静電潜像が作成される。その後、受光表面の露光部分（または非露光部分）にトナー粒子を選択的に付着させることにより（トナー）潜像が形成され、この潜像を用紙などの基材に転写する。その後、転写されたトナーは通常、熱および／または圧力により基材に溶着され、それにより基材上に持続的な印刷画像が作成される。その後、感光体表面は残留トナーが除去され、次の画像生成に備えて再帯電される。

上述はモノクロ（白黒）の電子写真式マーキングシステムの概略である。電子写真式マーキングではまた、例えば合成カラー画像生成に使用する各色トナー毎に上記プロセスを繰り返すなど、のいくつかの異なる方法で多色（カラー）画像を生成することが可能である。ＲＥＡＤ ＩＯＩプロセス（再帯電（Ｒｅｃｈａｒｇｅ）、露光（Ｅｘｐｏｓｅ）、及び（ａｎｄ）現像（Ｄｅｖｅｌｏｐ）、イメージオンイメージ（Ｉｍａｇｅ Ｏｎ Ｉｍａｇｅ））と呼ぶカラープロセスの一例では、帯電した感光表面を、例えばブラックである第１カラーを表わす光像に露光する。その後、生じた静電潜像をシアントナーで現像してシアントナー画像を生成する。この帯電、露光、現像プロセスを、例えばイエローである第２カラー、例えばマジェンタである第３カラー、そしてブラックである第４カラーに関して同一の感光体を使用して繰り返す。所望の合成カラー画像を生成するために、さまざまな潜像およびカラートナーを重なり合うように配置する。そしてこの合成カラー画像を基材上に転写溶着する。あるいは、トナーカラー毎に個別の帯電、露光、現像ステーションを必要とする多重露光ステーションシステムを採用することもできる。

上述のようなシステムにおける感光体の露光方法の１つとして、レーザアレイ光源サブシステムおよびラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）サブシステムを使用するものがある。レーザアレイ光源サブシステムは、多重光源レーザアレイと、アレイにより出力されるレーザビームの照準調整、焦点調節等を行う関連光学系により典型的に構成される。ＲＯＳサブシステムは、複数の鏡面ファセットを有する回転ポリゴンおよびポストポリゴン光学系により典型的に構成される。動作を単純化して説明すると、平行レーザビームがポリゴンのファセットに反射して作像素子（画像形成素子）を通過することにより、レーザビームが感光体表面の高精度に集束したスポットへ投影される。（感光体が固定された状態で）ポリゴンが回転すると、光源ビームにより感光体表面上で走査ラインと呼ばれる経路がトレースされる。感光体の動作とポリゴンの回転を同期させることにより、スポットラスタにより感光体表面が（走査線毎に）走査される。画像情報を有するレーザビームを調整することによって、所定の潜像が感光体上で生成される。ビームが走査する方向は走査方向と呼ばれ、感光体の動作方向の略垂直方向は処理方向と呼ばれる。

印刷システムの品質の評価基準の１つに分解能がある。基本的に分解能とは、印刷システムが生成する個々の印刷ピクセルパターンの精度を示す評価基準である。現在の印刷システムにおける分解能は最大で２４００ドット／インチ（ｄｐｉ）である。この分解能では、曲線は非常に滑らかであり、カラー部分は途切れがなく、スムーズな色移行などを特徴とする。この分解能を実際に達成するために、個別にアドレス可能であり間隔を置いて配置された複数の光線を同時に生成することが可能な統合アレイを発光源としてＲＯＳシステムと共に使用する。現在の最先端の印刷システムでは、ＲＯＳ印刷に対して３２個のレーザ光源を有する統合アレイを使用する。ＲＯＳ型の電子写真式マーキングシステムにおいて使用される典型的な統合光源としては垂直空洞面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）がある。

例示の８行４列の統合アレイでは、受光表面における各光源列は走査方向に３０〜４０ミクロンの間隔で配置され、各列の光源は２０〜３０ミクロンの間隔で配置され、各列は前列から５〜１０ミクロンずつ処理方向下側へ偏移している。このような典型的なＲＯＳシステムで使用される統合アレイでは、感光体上にスポットパターンが生成され、各スポットは走査方向に４５０〜５５０ミクロンの間隔で配置され、各スポット間の処理方向の間隔は４２．３３３ミクロンであり、各スポット列は前列から１０．５８３ミクロンずつ処理方向下側へ偏移している。図１は、個別にアドレス可能であり、間隔を開けて射出される３２本の光線１２を同時に生成する既知のアレイに基づく統合マルチビーム光源に関する出口ファセットの平面視におけるビームレイアウト１０を示す。図２は、３２個のレーザによりスポット１６を生成する従来の技術に基づく受光表面（画像面）におけるに図１のアレイ（ポスト光学系）により生成されるスポットパターン１４を示す。

図３は、プリンタ、コピー機などの例示の従来の画像装置２０を示す。装置２０全体の詳細な考察は本発明の範囲外であるが、一例として米国特許第７，４６６，３３１号および米国特許第７，２３６，２８０号を参照してもよい。

概して、典型的な装置２０はラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）サブシステム２２と、アレイ光源サブシステム２４と、回転多面鏡およびレンズ組立体２６と、これらの素子を管理して光線「ｂ」を生成するコントローラ２８を備え、この光線ｂは回転する感光体３０の受光表面（感光表面）に入射すよう生成される。感光体３０によって選択的に取得されたトナーはビームｂに露光して潜像を形成し、この潜像は紙基材３２に転写溶着される。感光体のクリーニングと再帯電が行われ、上記プロセスが繰り返される。

図４に既知のラスタ出力ビームアレイ査走サブシステム２２を示す。上述のように、走査サブシステム２２は典型的に多面鏡およびレンズ組立体サブシステム２６を備え、この多面鏡およびレンズ組立体サブシステム２６は回転多面鏡３４と多数の光学素子３６を備え、この光学素子３６は、アレイ光源サブシステム２４の統合マルチビームレーザ光源２５が生成するビームに対して緻密な光学路および光学ビーム調整および補正の提供等の機能を有する。アレイ光源サブシステム２４は１本以上の光線を生成し、これらの光線がビームアレイ３８を形成する。光学素子はビームアレイ３８の焦点調整および視準調整を行い、開口部４０は、アレイが射出する平行ビーム幅を規定する。

ビームスプリッタ４２はビームアレイ３８の光学路に配置されてもよい。ビームアレイ３８の光エネルギの一部がビームスプリッタ４２を通過して多面鏡３４、光学素子３６、そして最終的には受光表面３０に到達するように構成する。ビームスプリッタ４２はこの光エネルギの残り部分の出力先を、光ダイオード光パワーモニタのようなビームモニタ装置４４へ変更する。このようにビームアレイを分割する根拠は、パワー、時間パルス配列、ビーム位置、およびアレイ光源サブシステム２４のその他属性を調整するために使用可能なビームアレイの表示およびビームアレイ３８の生成プロセスの表示を提供することにある。このモニタリングは、最適出力品質を得るために高分解能マルチビームシステムにおいて特に重要である。

米国特許第７２３６２８０号明細書 米国特許第７４６６３３１号明細書

しかしながら、作像品質の改善要求は常に存在する。電子写真式マーキングシステムは多くの光学素子により構成される。これらの光学素子の形状および／または実装時における不可避の不正確性や摩耗、環境の変化などは、必然的に感光体上の走査ラインの品質異常をもたらし、作像品質の劣化の原因となる。そのような異常の１つに感光体上の走査ライン間隔のわずかな変動がある。そのような間隔変動は、たとえわずかでも、一般にバンディングアーティファクトと呼ばれる印刷画像の走査ライン方向における知覚可能な色調変化をもたらす場合がある。図５は、画像１８内の白黒の縞模様を示しており、この縞模様は印刷画像におけるバンディングアーティファクトである。更に、複数カラーの印刷システムでは、色混合が実行され、人の目は色階調の特定の非線形性を正確に検出する能力を有しているために、そのようなバンディングがさらに知覚されやすくなる。もう一つの一般的な作像品質の問題としては、一般に「ジャギー」として知られている曲線を印刷する際に発生する階段状パターンがある。

電子写真式マーキングシステムにおいて画質を向上する方法としては、統合アレイを形成するレーザ光源の数を単純に増やすことより走査分解能を向上させるものがある。しかしながら、３２個の独立した光源を有する統合アレイは現在、かなり標準的かつ容易に利用可能な装置であるが、３２個以上の光源を有する統合レーザアレイはそうではない。したがって、３２個以上の光源を有する統合アレイを組込む場合、特別に設計、構築されたレーザアレイのためのコストの著しい増加についても考慮する必要がある。さらに、あるアレイに光源を追加すると、各光源が縮小するためにアレイ組立てがより困難となってコストも増加することになるか、あるいは光源アレイ領域を拡大するために光学系口径が広がってレーザ毎のパワーの増強が必要となるかのどちらかである。高出力のレーザほど高温となり、寿命が短くなり、繰り返しになるが非標準となる。更に、統合アレイに光源を追加するほど、装置が故障してアレイ装置全体が使用不可能になるリスクも相対的に増加する。

前述の一例としての米国特許第７，２３６，２８０号に開示されるように、２つ以上の統合レーザアレイを単純に隣接して、発生するビームを走査サブシステムの１つのスポットに集束して走査を行った場合、各アレイが射出するビームは異なる光路を移動することになる。熱変化のような固有の作動変動は、異なる光路においては異なる変位をもたらし、最終印刷画像において可視の印刷アーティファクトとして現れる。

このように、統合アレイ内の光源の数を単に増加させるとともに２つの統合アレイを単に隣接させ、その出力先を走査サブシステムに向けるという方法は、分解能の向上要求に対する対応としてはあまり実際的ではないことを示す有力な根拠が多数存在する。

従って、本発明はマーキングシステムが生成する画質を、統合光源の設計変更や出力電力の向上、その他システム構成要素の設計変更、および構成要素のコストの著しい増加を必要とせずに向上するための装置に関する。多数の統合マルチビーム光源およびコンバイナ／スプリッタを組み合わせて使用することにより、生成するビームとスポットの数を増加し、それにより印刷分解能を向上して印刷アーティファクトを減少することができる。

本開示の１つの様態によれば、個別にアドレス可能な発光源から成る２つの統合マルチビーム光源は、各々が光学コンバイナへ光を射出するように位置決めおよび配置されている。このコンバイナは、一般に前記第１レーザビームの光路および前記第２レーザビームの光路が互いに略平行となるように構成されている。更にこのコンバイナは、２つの統合マルチビーム光源の光学系開口部スループットが、単一の統合マルチビーム光源とほぼ同一となるように構成されている。

１つの実施形態によれば、この光学コンバイナはビームスプリッタである。第１統合光源の光路は、その光線エネルギの一部がスプリッタを通過して作像経路（つまり受光表面へ向かう経路）へ到達する一方、残りの光線エネルギは反射するように構成されている。第２統合光源の光路は、その光線エネルギの一部がスプリッタによって作像経路へ反射される一方、残りの光線エネルギはスプリッタを通過するように構成されている。

別の実施形態によれば、スプリッタから光線エネルギを受光するように光センサは位置決めおよび配置されている。この様態では、第１統合アレイの光路は、スプリッタによって反射された光線エネルギ部分が、光センサに導かれるように構成されている。第２統合アレイの光路は、スプリッタを通過した光線エネルギ部分が、光センサへ導かれるように構成されている。この実施形態では、光センサは第１および第２統合マルチビーム光源によって生成された光線の光学パワーまたはその他の属性を測定するために使用されてもよい。

本発明の別の様態によれば、第１および第２統合マルチビーム光源は、第１および第２統合アレイから射出されたビームが、受光表面上の各第１スポットアレイおよび第２スポットアレイに入射するように、コンバイナに対して位置決めおよび配置されている。第２レーザスポットは前記第１レーザスポットの位置と相対的に偏移している。１つの実施形態では、第２スポットアレイは、第１スポットアレイを成す各スポット間の処理方向の間隔の略半分、および走査方向の間隔の略半分だけスポットアレイの位置と相対的に偏移する。第１および第２スポットアレイの相対位置については、他の設定でもよい。

本開示のまた別の様態によれば、電子写真式マーキングシステムはさらに、受光表面に第３スポットアレイを提供する第３統合マルチビーム光源を含んでいる。第３統合マルチビーム光源は、第１および第２統合マルチビーム光源と同種であってもよい。第２コンバイナは、第１および第２統合マルチビーム光源の光路上で第１コンバイナの下流に配置されてもよい。第２のコンバイナは、前第１および第２レーザビームの結合光路、および第３統合マルチビーム光源によって射出された第３レーザビームの光路が、互いに略平行となるように構成されてもよい。更にこの第２コンバイナは、３つの統合マルチビーム光源の光学系開口部スループットが、単一の統合マルチビーム光源とほぼ同一となるように構成される。

第２コンバイナは、第１および第２のビームの結合ビームの一部が電源制御センサへ向かう経路へ反射され、第１および第２ビームの結合ビームの一部が作像経路（例えば前記受光表面へ向かう経路）へ透過されるよう配置された光学スプリッタであってもよく、前記第３ビームの一部は、前記光学スプリッタにより前記電源制御センサへ向かう経路へ透過され、前記第３ビームの一部は、前記光学スプリッタによって前記作像経路へ反射される。あるいは、ここに開示されたアレイ光源サブシステムおよび他の素子のターゲットシステムの設計に基づいて、反射と伝送機能を逆転してもよい。

最後に、本開示は、電子写真式マーキングシステムを含むマーキング、印刷およびその他画像システム等のシステム、およびここに記載した以外のその変形例を包含する。

上述では、本開示に関する多数の固有の様態、特徴および利点の概略を明示している。しかしながら、この概略は包括的ではない。したがって、本開示のこれらおよび他の様態、特徴、実施形態および利点は、ここに提示される請求項に照らして考慮された場合に、添付の図面と共に提示される以下の詳細な説明により明らかになるであろう。

先行技術に基づいて個別にアドレス可能であり間隔を置いて配置された最大３２の光線を同時に生成するレーザアレイのビームレイアウトを示す平面図である。 先行技術に基づいて個々にアドレス可能であり間隔を置いて配置された３２の光線を生成するレーザアレイによって受光表面に生成された３２のスポットパターンを示す。 既知のプリンタ、デジタルコピー機などにおいて、受光表面に画像を形成する装置を示す図である。 既知のプリンタ、デジタルコピー機などの、受光表面に画像を形成する装置におけるアレイ光源、ラスタ出力スキャナおよび光学系部分を示す図である。 従来の印刷装置によって印刷された画像であって、バンディングと呼ばれる効果を示す図である。 本開示の１つの実施形態による２つの統合マルチビーム光源と１つのコンバイナを備えるアレイ光源サブシステムを示す図である。 本開示の１つの実施形態による図６に示すようなアレイ光源サブシステムを含むビームアレイ走査サブシステムを示す図である。 この開示の１つの実施形態による例示のスポットアレイパターンであり、２つの独立した統合マルチビーム光源が射出するビームが感光表面に投影するスポットを示す図である。 この開示の別の実施形態による別の例示のスポットアレイパターンであり、２つの独立した統合マルチビーム光源が射出するビームが感光表面に投影するスポットを示す図である。 本開示の１つの実施形態による３つの統合マルチビーム光源と２つのコンバイナを備えるアレイ光源サブシステムを示す図である。 本開示の１つの実施形態によるプリンタ、デジタルコピー機などの、受光表面に画像を形成する装置を示す図である。

以下の記載は好ましい実施形態およびその変形例に関するものであるが、これらは限定的に解釈されてはならない。記載の実施形態の特定の変形例が強調される場合があるが、本開示により特に説明した例に限らず、多くの実施例が当業者にとっては明白に理解できるであろう。したがって、本明細書の記載はすべての変形、変更、代替案を含むものであり、本明細書および添付の請求項の範囲内のものである。

図６では、ここではアレイ光源サブシステム５０と呼ばれる本開示の１つの様態によるシステムを示す。アレイ光源サブシステム５０は、第１統合マルチビーム光源５２および第２統合マルチビーム光源５４を備え、各光源は個別に制御可能な複数のレーザビームを同時に生成する複数のレーザエミッタ（各エミッタは図示せず）をから成る。まず、第１、第２統合マルチビーム光源５２、５４は、第１統合マルチビーム光源５２によって放射されたビームの光路が、第２統合マルチビーム光源５４によって放射された光学ビームと非平行に位置決めおよび配置されている。以下で更に説明するように、特定の実施形態では、第１統合マルチビーム光源５２によって放射されたビームは、第２統合マルチビーム光源５４によって放射された光学ビームに対して略垂直であってもよい。

一例において、第１、第２統合マルチビーム光源５２、５４は、複数のエミッタが２次元配列されて成る統合垂直空洞面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備える。ＶＣＳＥＬは、個別に操作可能な複数の発光素子がしばしば単一の基材またはダイスに形成されて成る単一構造体に集積されている。ＶＣＳＥＬは単に一例であり、集積端面発光素子のようなその他構造体を採用してもよい。レーザがこの実施形態の一部を形成しているように記載しているが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等のその他多くの発光源を既述のレーザ光源の代わりに同様に用いてもよいことは理解されるであろう。１つの統合マルチビーム光源当たりの個別に制御可能なエミッタ、つまりビームの数は設計選択に左右される。図示のため、１つの光源に対する個別に操作可能なエミッタ数は３２とするが、ここに開示する概念によれば、１つの統合マルチビーム光源当たりのエミッタ数は３２以下でも以上でもよい。

光学素子５６、５８は、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４の各エミッタによって生成されたレーザビームをそれぞれビームアレイ６０、６２に誘導する。開口部６４、６６はそれぞれ、第１および第２ビームアレイのビームアレイ幅を制限する。

アレイ光源サブシステム５０は、第１、第２ビームアレイ６０、６２の光路上に配置されたコンバイナ６８をさらに備える。１つの実施形態ではコンバイナ６８はビームスプリッタであるが、この実施形態におけるコンバイナ６８の機能的な役割を他の種類の素子が果たしてもよい。部分的金属コーティングまたは非分極性多層誘電体コーティングされたビームスプリッタを使用することができる。更に、ペリクルスプリッタ、プレート型または箱形ビームスプリッタを使用することができる。この実施形態によれば、第１ビームアレイ６０はコンバイナに進入して半反射面７０に入射する。この実施形態の１つの特定の例では、半反射面７０は、入射光線エネルギのおよそ５０パーセントを透過させ、残りのおよそ５０パーセントの光エネルギを入射角に対して９０度の角度で反射するが、この実施形態におけるコンバイナ６８の機能的な役割を他の特定の手段によって果たしてもよい。同様に、第２ビームアレイ６２はコンバイナに進入して半反射面７０に入射する。入射した光線エネルギのおよそ５０パーセントは透過され、入射した光線エネルギのおよそ５０パーセントは入射角に対して９０度の角度で半反射面７０により反射される。この実施形態では、第１統合マルチビーム光源５２によって放射されたビームは、第２統合マルチビーム光源５４によって放射された光学ビームに対して略垂直である。しかしながらこの相対的角度は、他の角度でもよく、第１、第２統合マルチビーム光源５２、５４の相対位置はコンバイナ６８の特徴および半反射面７０の角度に大きく左右される。

アレイ光源サブシステム５０はまたビームモニタ７２と、これに関連する焦点調節光学系７４を備える。ビームモニタ７２は、例えば光ダイオード光学パワーモニタを備えるが、その機能については既述であり、この開示の範囲外である。

したがって、アセンブリ５０の素子はそれぞれ、ビームアレイ６０の半反射面７０を通過した光エネルギ部分が（例えば下記に詳細に述べるようにＲＯＳサブシステムに向かう）光路へと進み、光エネルギの残り部分が半反射面７０によってビームモニタ７２の方向へ反射されるように位置決めおよび配置されている。反対に、ビームアレイ６２の光エネルギで半反射面７０を通過した部分は、ビームモニタ７２へ向かう光路へ進み、残りの光エネルギは半反射面７０により前記光路へと反射される。

ビームアレイ６０および６２はそれぞれ、個々の空間的に分離された複数のレーザビームで構成されている。アセンブリ５０の構成要素はさらに、コンバイナ６８から（ＲＯＳサブシステムへ向かう）作像経路へ射出された個々の空間的に分離されたレーザビームが、個々の空間的に分離された複数のレーザビームで構成された作像ビームアレイ７６を形成するよう位置決めおよび配置されている。これらビーム間隔については以下でさらに説明するが、この経路上の第１統合マルチビーム光源５２および第２統合マルチビーム光源５４からのビームは一般に平行となるか、あるいは小さな角度範囲で分散し、相対的なさまざまな光量で空間的に重なり合うことは注目されるべきである。アセンブリ５０の構成要素はさらに、コンバイナ６８からビームモニタ７２へ向かう方向に射出された個々に角度的に分離されたレーザビームが実質的に個々に角度的に分離された複数のレーザビームで構成されたモニタビームアレイ７８を形成するように位置を決めおよび配置されている。ビームモニタ７２に関連した光学系７４は、モニタビームアレイ７８の焦点をビームモニタ７２の一部を形成する検出器表面上に合わせる機能を有する。

上述の実施形態によると、受光表面への書込みに利用可能なビーム数、つまりスポット数が効果的に倍増される。上述のように、典型的な高性能マーキングシステムでは個別に制御可能な３２ものビームを有する統合マルチビーム光源が使用される。したがって、上記の実施形態は個別に制御可能な６４ものビームを有する作像ビームアレイを提供する。重要なのは、作像ビームアレイ７６の個別ビーム数が効果的に倍増される一方、光学開口部スループットは従来のシステムと同様であるという点である。すなわち、レーザの処理方向ビーム間隔と受光表面における処理方向ビーム間隔の比率に変化はない。したがって、上記の実施形態によれば、個々のレーザエミッタのパワーを増加する必要がない。コンバイナ６８としてビームスプリッタを使用すると、第１および第２ビームアレイ５２、５４のそれぞれの光学パワーが５０パーセント減少する。しかしながら、受光表面におけるパワー合計は、受光表面における個別ビームの光学パワーの和である。従来のシステムと比較して、上述の実施形態におけるビーム数は倍増しているため、コンバイナ６８におけるビームパワーの５０パーセントの損失は、この個別ビーム数の倍増によって相殺される。更に、作像ビームアレイ７６の一部を形成しない光学パワーは、統合マルチビーム光源５２、５４の自動出力制御（ＡＰＣ）検出、および出力監視および制御に関するその他の側面に使用される。

次に、本開示の別の実施形態によるアレイ光源サブシステム５０を図７に示すが、このアレイ光源サブシステム５０はここではＲＯＳサブシステムであるビームアレイ走査サブシステム８０に集積されている。アレイ光源サブシステム５０は図６において既述のシステムと実質的に同一である。アレイ光源サブシステム５０から作像ビームアレイ７６が射出される。この実施形態によれば、作像ビームアレイ７６は最大６４個の個々に制御可能で間隔を置いて配置されたレーザビームから成り、感光表面８２上に所望のパターンを形成するようにそれぞれが調整されている。

多面鏡およびレンズ組立体８４は多くの光学素子８６を含み、これらの光学素子８６は、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４が生成するビームに対して緻密な光学路および光学ビーム調整および補正の提供等の機能を有しおり、本開示の範囲には含まれない。

作像ビームアレイ７６を形成するビームは、ほとんどの走査光学システムにおいて光路を共有するため、光学機械安定性およびビーム指向安定性が向上する。アレイ光源サブシステム５０を成す構成要素は、光学素子８６および回転多面鏡８８が第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４により（感光体等の）感光表面８２上にそれぞれの光源におけるビームの相対的な間隔によって一部依存した間隔で生成されたビームを走査するように位置決めおよび配置される。すなわち、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４の相関位置により、感光表面上の各ピクセルのスポット間隔が決定される。

具体的に、この開示の１つの実施形態による感光表面上の１つの例示のスポットアレイ９０を図８に示す（ここに示すべての図と同様、縮尺通りではない）。スポット９２では、第１統合マルチビーム光源５２からのビームは第１統合マルチビーム光源５２から成るエミッタの間隔に比例する間隔で配置されている。同様にスポット９４では第２統合マルチビーム光源５４からのビームは、第２統合マルチビーム光源５４から成るエミッタの間隔に比例する間隔で配置されている。スポット９２、９４の相対位置は、特に第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４の相対的な配置によって決定された値だけ偏移する（但し、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４間のエミッタ間隔は略同一とする）。両アレイは、コリメータレンズ光学軸および互いに対してわずかに偏心しており、これにより受光表面において所望の処理方向ビーム間隔を得ることができる。

１つの実施形態では、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４が生成するスポットの間隔が図８に示す実施形態において走査方向に２００〜３００ミクロンの範囲、およそ２５０ミクロンとなるように走査方向間隔が制御される。更に、１つの実施形態では、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４によって生成されたスポットの間隔は、処理方向に４〜６ミクロン範囲、図８に示す実施形態においておよそ５．２９２ミクロン（４８００ｓｐｉ）である。第１、第２統合マルチビーム光源５２、５４における個々のエミッタ間隔の一例を図１に示す。ここで説明する方向および間隔は例示的な実施形態であり、ここで示した間隔以外の間隔も考慮されると共に本開示の範囲に含まれるものとする。

図９は、この開示の別の実施形態による感光表面上のスポット９２、９４の別の配置９６を示す。この実施形態では、スポット９２、９４の列は相対的に偏移するのではなく、共通配列となっている。しかしながら、スポット行は相対偏移する。例えば、１つの実施形態では、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４によって生成されたスポットの間隔は、処理方向に４−６ミクロン範囲、図９に示す実施形態においておよそ５．２９２ミクロン（４８００ｓｐｉ）である。アレイを互いに対してわずかに偏心して配置することにより、感光表面において所望の処理方向ビーム間隔が達成される。このパターンは、（図１において説明したように）第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４のエミッタ間隔が同一場合は特に、各光源５２、５４の相対位置を制御することにより作成することができる。その他多くのスポット間隔およびパターンが使用可能であり、本開示に含まれるものとする。したがって、スポット９２、９４の特定の間隔およびパターンは設計選択の結果であり、本開示の範囲において制限されるものではないことは理解されるであろう。

上記では２つの統合マルチビーム光源を使用するシステムを説明した。しかしながら、この開示の概念に基づいて、２つ以上の統合マルチビーム光源のアレイ光源サブシステムを実現可能である。例えば、図１０おいて、アレイ光源サブシステム１００は第１、第２および第３統合マルチビーム光源１０２、１０４、１０６を備え、各光源は個別に制御可能な複数のレーザビームを同時に生成する複数のレーザエミッタ（個々のエミッタは図示せず）により成る。光学素子１０８、１１０、１１２は、第１、第２および第３統合マルチビーム光源１０２、１０４、１０６の各エミッタによって生成されたレーザビームをそれぞれビームアレイ１１４、１１６、１１８に誘導する。開口部１２０、１２２、１２４はそれぞれ、第１、第２および第３ビームアレイのビームアレイ幅を制限する。

アレイ光源サブシステム１００は第１および第２コンバイナ１２６、１２８をさらに備え、第１コンバイナ１２６は第１および第２ビームアレイ１１４、１１６の光路上に配置され、第２コンバイナ１２８は第１および第３ビームアレイ１１４、１１８の光路上に配置される。既述のように、１つの実施形態ではコンバイナ１２６、１２８はそれぞれビームスプリッタであるが、コンバイナ１２６、１２８の機能的な役割を他の素子が果たしてもよい。この実施形態によれば、第１ビームアレイ１１４はコンバイナに進入して半反射面１２７に入射する。この実施形態の１つの特定の例では、半反射面１２７は、入射光線エネルギのおよそ５０パーセントを透過させ、残りのおよそ５０パーセントの光エネルギを入射角に対して９０度の角度で反射するが、この実施形態におけるコンバイナ１２６の機能的な役割を他の特定の手段によって果たしてもよい。同様に、第２ビームアレイ１１６はコンバイナに進入して半反射面１２７に入射する。入射した光線エネルギのおよそ５０パーセントは透過され、入射した光線エネルギのおよそ５０パーセントは入射角に対して９０度の角度で半反射面１２７により反射される。第１ビームアレイ１１４の透過部分および第２ビームアレイ１１６の反射部分により成る第１作像ビームアレイ１３８は、コンバイナ１２６から第２コンバイナ１２８へ向かう方向に出力され、第１ビームアレイ１１４の反射部分および第２ビームアレイ１１６の透過部分により成る第１モニタビームアレイ１４０は、コンバイナ１２６から第１ビームモニタ、焦点調節光学系１３０、１３２へ向かう方向に出力される。このように、第１作像ビームアレイ１３８および第１モニタビーム１４０はそれぞれ、第１および第２統合マルチビーム光源５２、５４によって生成されたビームの合成物である。

第２コンバイナ１２８は、第２半反射面１２９において第１作像ビームアレイ１３８および第３ビームアレイ１１８両方を受光するように位置決めおよび配置されている。第１作像ビームアレイ１３８は第２コンバイナ１２８に進入し、そこで第３ビームアレイ１１８と結合して第２作像ビームアレイ１４２が生成され、第２モニタビームアレイ１４４が生成される。そのとき、第２コンバイナは事実上第１コンバイナ１２６と直列配列となる。第１作像ビームアレイ１３８と第３ビームアレイ１１８間において相対的な光エネルギを同一にするためには、コンバイナ１２８の透過／反射比率をコンバイナ１２６の比率と異なるよう設定する必要がある。この実施形態の１つの特定の例では、半反射面１２９は、入射光線エネルギのおよそ２/３（６６．６％パーセント）を透過させ、残りのおよそ１/３（３３．３％パーセント）の光エネルギを入射角に対して９０度の角度で反射させるが、この実施形態におけるコンバイナ１２８の機能的な役割を他の特定の手段によって果たしてもよい。したがって、第１作像ビームアレイ１３８の光エネルギのおよそ２/３がコンバイナ１２８の半反射面１２９により（例えば走査サブシステムへ向かう方向の）作像経路へ透過され、第１作像ビームアレイ１３８の光エネルギのおよそ１/３は、第２ビームモニタ１３４の方向へ反射される。同様に、第３ビームアレイ１１８の光エネルギのおよそ１/３は、コンバイナ１２８の半反射面１２９によって作像経路へ反射され、第３ビームアレイ１１８の光エネルギのおよそ２/３が第２ビームモニタ１３４の方向へ透過される。

第１、第２および第３統合マルチビーム光源１０２、１０４および１０６から成るエミッタ（チャネル）が射出する各ビームのビーム光路を展開した合計光路長は、略同一でなければならない。したがって事実上、図６において既述の実施形態では、第１および第２統合マルチビーム光源６０、６２は、コンバイナ６８までの距離が、略同等の距離ｄとなるよう配置される必要があり、本実施形態では、第１および第２統合マルチビーム光源１０２、１０４は、コンバイナ１２６までの距離が略同等の距離ｄ₁となるよう配置される必要がある。しかしながら、受光表面（図示せず）に対するコンバイナ１２６および１２８の各相対位置に関係して、第３統合マルチビーム光源１０６は、コンバイナ１２８までの距離がｄ₁<ｄ₂である距離ｄ₂となるよう配置されなければならない。実際の距離ｄ₁およびｄ₂は、システム内でそれらが配置される際の関数であるが、例示の距離は、１００ｍｍから１５０ｍｍ（ｔがビームスプリッタ間の距離であり、ｎ_bsはビームスプリッタ基板材料の屈折率であり、ｔ_bsがビームスプリッタの厚さである場合、ｄ₂＝ｄ₁＋ｔ＋ｎ_bsｔ_bs）の範囲となる。第３統合マルチビーム光源１０６、光学素子１１２および開口部１２４をコンバイナ１２８から更に遠ざけることによって、展開チャネル光路長は、すべての光源に対して同一となり、またすべての光源のひとみが一致することになる。

アセンブリ１００の構成要素はさらに、コンバイナ１２８から作像経路へ射出された個々の空間的に分離されたレーザビームが、個々の空間的に分離された複数のレーザビームで構成された第２作像ビームアレイ１４２を形成するよう位置決めおよび配置されている。これらビーム間隔については以下でさらに説明するが、この経路上の第１、第２および第３マルチビーム光源１０２、１０４、１０６からのビームは一般に平行となるか、あるいは小さな角度範囲で分散し、相対的なさまざまな光量で空間的に重なり合うことは注目されるべきである。アセンブリ１００の構成要素はさらに、コンバイナ１２８からビームモニタ１３４へ向かう方向に射出された個々に角度的に分離されたレーザビームが実質的に個々に角度的に分離された複数のレーザビームで構成された第２モニタビームアレイ１４４を形成するように位置を決めおよび配置されている。第２ビームモニタ１３４に関連した光学系１３６は、第２モニタビームアレイ１４４の焦点を第２ビームモニタ１３４の一部を形成する検出器表面上に合わせる機能を有する。

この実施形態において、作像ビームアレイを形成するビームの数は、事実上従来システムの３倍である。第２作像ビームアレイ１４２は、例えば９６個におよぶ個別に制御可能なビームで構成してもよい。重要なのは、光学開口部スループットが従来システムよりも増加しないという点である。再び言うが、レーザの処理方向ビーム間隔と受光表面における処理方向ビーム間隔の比率は変わらない。したがって、個々のレーザエミッタのパワーを増強する必要はない。ここで再び言及しておきたいのは、感光表面におけるパワー合計は単純に受光表面における個別ビームの光学パワーの和であるため、この実施形態において第１作像ビームアレイ１３８および第３ビームアレイ１１８による利用可能な光学パワーがコンバイナ１２８によって２/３も減少するという事実は、最終の第２作像ビームアレイ１４２におけるビーム数が事実上３倍となることで相殺される。再び言うが、第２作像ビームアレイ７の一部を形成しない光学パワーは、統合マルチビーム光源１０２、１０４および１０６の自動出力制御（ＡＰＣ）検出、および出力監視および制御に関するその他の側面に使用される。

前述のシステムは３つの統合マルチビーム光源を使用するものであったが、この開示の概念に基づき３つ以上の統合マルチビーム光源のアレイ光源サブシステムを実現することも可能である。ビームアレイを追加するごとに、アレイに関連した追加の光学素子、追加のコンバイナ、および任意の追加ビームモニタおよびこれに関連した追加の光学素子が、光源アレイアセンブリに追加される。各追加コンバイナの速度伝達比は一般に、光路上のコンバイナの総数を統合マルチビーム光源の総数で割った値と等しくなる（あるいは、反射率が一般に光路上のコンバイナの総数を統合マルチビーム光源の数で割った値と等しくなる）。既述のように、追加の統合マルチビーム光源とこれに関連するコンバイナ間の距離は、各チャネルの展開光路長が同一に保たれるように拡張される。

最後に、図１１に示す本開示の別の態様による画像システム１５０は、少なくとも２つの統合マルチビーム光源と少なくとも１つのコンバイナを有するアレイ光源サブシステム１５２を備え、コントローラ１５４の制御下で、ビームアレイ走査サブシステム１５８に作像ビームアレイ１５６を出力する。これを受けてビームアレイ走査サブシステム１５８は、作像ビームアレイ１５６をさまざまなシステム光学素子（図示せず）へ誘導し、最終的には感光体１６０表面などの受光表面に出力する。その後、パルス状の走査作像ビームアレイ１５６は感光体１６０に潜像を形成し、この潜像は用紙などの作像基材１６２に転写されてもよい。

現在の電気および機械装置の物理的性質およびそれらの製造方法は絶対不変なものではなく、所望の装置および／または結果を得るための統計的な努力である。プロセスの再現性や、出発原料および処理材料の品質、アセンブリの精度などに最大限の注意を払っても、偏差と欠陥は生じる。従って、本開示またはその請求項の記述において無制限のものについては、絶対不変なものとして理解可能あるいは理解すべきである。請求項の制限は本開示の範囲を規定するためのものであり、これらの制限はその範囲に含まれるものとする。更に言えば、「実質的」という用語は、ここでは請求項の制限に関連して使用される場合がある（但し偏差と欠陥への配慮については、この用語と共に言及される制限だけに限られない）。本開示自体の制限と同様にこの用語を正確に規定するのは困難であるが、この用語は「大部分」、「ほぼ実行可能な」、「技術的な制限内において」などと解釈されるべきであろう。

更に、上記発明を実施するための形態において複数の好適な例示的実施形態を説明したが、膨大な数の変形例が存在し、これらの好適な例示的実施形態は単なる例示にすぎず、いかなる点においても本例示の範囲や適用可能性または構成を制限するものではない。例えば、ここで述べた原理は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などのようなレーザ以外の発光源にも適用され、したがって、レーザ光源を使用したシステムの記述は例示的なものであって、本開示によるシステムを制限するものではない。さらに、上述のさまざまな実施形態ならびにその他の特徴および機能またはその代替案を適宜に組み合わせることにより、他の多くの異なるシステムまたはアプリケーションを得ることができるであろう。本開示におけるまたは本開示に関する現状では予見し得ないまたは予期せぬさまざまな代替案、変形、変更または改善は、当業者によっていずれ実施されるものであって、添付の特許請求の範囲内のものである。

したがって、上記記述は、当業者に本開示の実施のための便利な指針を提供するものであり、既述の実施形態の機能および配置に関するさまざまな変更は、添付の特許請求によって規定される本開示の精神および範囲内に存在するものである。

５０，１００，１５２ アレイ光源サブシステム、５２ 第１マルチビーム光源、５４ 第２マルチビーム光源、５６，５８，８６，１０８，１１０，１１２ 光学素子、６０，１１４ 第１ビームアレイ，６２，１１６ 第２ビームアレイ、６４，６６，１２０，１２２，１２４ 開口部、６８ コンバイナ、７０，１２７ 半反射面、７２ ビームモニタ、７４，１３２ 焦点調節光学系、７６，１５６ 作像ビームアレイ、７８ モニタビームアレイ、８０，１５８ ビームアレイ走査サブシステム、８２ 感光表面、８４ 多面鏡およびレンズ組立体、９２，９４ スポット、１０２ 第１統合マルチビーム光源、１０４ 第２統合マルチビーム光源、１０６ 第３統合マルチビーム光源、１１８ 第３ビームアレイ、１２６ 第１コンバイナ、１２８ 第２コンバイナ、１３０ 第１ビームモニタ、１３４ 第２ビームモニタ、１３８ 第１作像ビームアレイ、１４０ 第１モニタビームアレイ、１４２ 第２作像ビームアレイ、１４４ 第２モニタビームアレイ、１５０ 画像システム、１５４ コントローラ、１６０ 感光体。

Claims (4)

1. 受光表面に画像を形成する装置であって、
   実質的に平行な光路内で複数の第１光線を同時に生成するよう配置された複数の発光素子と光学素子を備える第１統合マルチビーム光源を備え、前記複数の第１光線は、前記感光表面上の第１スポットアレイにて前記受光表面に入射し、隣接する第１スポットは実質的に均等な処理方向間隔、および実質的に均等な走査方向間隔で配置され、
   実質的に平行な光路内で複数の第２光線を同時に生成するよう配置された複数の発光素子と光学素子を備える第２統合マルチビーム光源を備え、前記第２統合マルチビーム光源によって生成された前記光線の前記光路は前記第１統合マルチビーム光源によって生成された前記光線の前記光路と非平行であり、前記複数の第２光線は前記感光表面の第２スポットアレイにて前記受光表面に入射し、隣接する第２スポットは実質的に均等な処理方向間隔、および実質的に均等な走査方向間隔で配置され、
   前記第１光線の前記光路および前記第２光線の前記光路が互いに実質的に平行となるように前記両第１および第２光線の前記光路に配置された第１コンバイナを備え、前記第１コンバイナは作像ビームアレイを作像経路へ出力し、
   前記第１統合マルチビーム光源および前記第２統合マルチビーム光源は、前記第２スポットが前記第１スポットの位置と相対的に偏移するように位置決めおよび配置されることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記第１コンバイナは光学ビームスプリッタであり、
   第１ビーム受光表面を有する第１ビームモニタを更に備え、
   前記第１ビーム受光表面は、
   前記各第１光線の一部が前記ビームスプリッタにより前記第１ビーム受光表面へ向かう経路へ反射され、
   前記各第２光線の一部が前記ビームスプリッタによって前記第１ビーム受光表面へ向かう経路へ透過されるように位置決めおよび配置されることを特徴とする装置。
3. 請求項２に記載の装置において、
   前記第１ビーム受光表面は、前記第２光線の前記光学スプリッタに対する前記入射に先立って実質的に前記第２光線の前記光路上に位置するように、また前記第１光線の前記光学スプリッタに対する前入射に先立って前記第１光線の前記光路に実質的に垂直となるように位置決めおよび配置されることを特徴とする装置。
4. 前記各第１および第２統合マルチビーム光源は、個別にアドレス可能であるとともに間隔を開けて配置された３２個の発光素子を備えることを特徴とする請求項３に記載の装置。