特許 6614882 レーザラインジェネレータのための導光体ベースの光学システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6614882

(24)【登録日】2019年11月15日

(45)【発行日】2019年12月4日

(54)【発明の名称】レーザラインジェネレータのための導光体ベースの光学システム

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20191125BHJP

   B41J 2/447 20060101ALI20191125BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20191125BHJP

   G02B 6/32 20060101ALI20191125BHJP

   H01S 5/02 20060101ALI20191125BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20191125BHJP

   G02B 26/02 20060101ALN20191125BHJP

   G02B 26/08 20060101ALN20191125BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 505

   B41J2/447 101C

   G02B6/42

   G02B6/32

   H01S5/02

   H01S5/40

   B41J2/447 101A

   !G02B26/02 E

   !G02B26/08 E

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-179121(P2015-179121)

(22)【出願日】2015年9月11日

(65)【公開番号】特開2016-71357(P2016-71357A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2018年9月5日

(31)【優先権主張番号】14/500,902

(32)【優先日】2014年9月29日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】504407000

【氏名又は名称】パロ アルト リサーチ センター インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】パトリック・ワイ・マエダ

(72)【発明者】

【氏名】ティモシー・デイヴィット・ストウ

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５０７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１００３１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２２０４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００６２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５１３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３４００７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０３Ｆ ７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

照射面上に細長い均質なライン照射パターンを生成するためのレーザラインジェネレータシステムであって、
複数のダイオードレーザであり、各ダイオードレーザは、スロー軸方向に整列されているスロー軸を有するコヒーレント光を発するように構成されている、複数のダイオードレーザと、
光学システムであり、
前記複数のダイオードレーザによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている導光体であって、該導光体は、光学的に透明な誘電体材料を含み、また側壁、上壁および下壁を含み、該側壁が前記光学的に透明な誘電体材料を通じて前記上壁および前記下壁に衝突しないように伝播する前記コヒーレントレーザ光の内部全反射をもたらし、もって、強度変化が１０％より小さい実質的に均質な光が前記導光体を出射するように、前記コヒーレント光が混合されるように構成されている、導光体と、
前記導光体と前記照射面との間に位置付けられており、前記均質光が、前記照射面上に前記スロー軸方向に延伸する細長い線幅を有する前記均質なライン照射パターンを形成するように、前記導光体を出射する前記均質化された光を結像するように構成されている少なくとも１つのスロー軸中継レンズと
を含む、光学システムと
を備える、レーザラインジェネレータシステム。

【請求項2】

照射面上に細長い均質なライン照射パターンを生成するためのレーザラインジェネレータシステムであって、
複数のダイオードレーザであり、各ダイオードレーザは、スロー軸方向に整列されているスロー軸を有するコヒーレント光を発するように構成されている、複数のダイオードレーザと、
光学システムであり、
前記複数のダイオードレーザによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている導光体であって、実質的に均質な光が前記導光体を出射するように、前記コヒーレント光を混合するように構成されている、導光体と、
前記導光体と前記照射面との間に位置付けられており、前記均質光が、前記照射面上に前記スロー軸方向に延伸する細長い線幅を有する前記均質なライン照射パターンを形成するように、前記導光体を出射する前記均質化された光を結像するように構成されている少なくとも１つのスロー軸中継レンズと
を含む、光学システムと
を備え、
前記複数のレーザダイオードはレーザダイオードバー上に一体的に配置されており、前記スロー軸方向において整列されており、前記導光体は、前記複数のレーザダイオードによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている平坦な入射面、平坦な出射面、および前記入射面と前記出射面との間に延伸する、対向する平坦な側壁、上壁および下壁を含む一体型固体構造を形成する光学的に透過性の誘電体材料を含み、前記対向する側壁は、前記コヒーレント光が前記導光体を通じて前記上壁および前記下壁に衝突しないように伝播するときに、前記コヒーレントレーザ光の内部全反射を生成するように構成されており、それによって、前記コヒーレント光は、前記出射面を通じて出射する前に均質光に変換される、
レーザラインジェネレータシステム。

【請求項3】

前記レーザダイオードバーは、４０％よりも大きいフィルファクタを含む構成に配置されている少なくとも２０個の前記レーザダイオードを含む、請求項２に記載のレーザラインジェネレータシステム。

【請求項4】

前記スロー軸方向における前記入射面の第１の幅は、前記スロー軸方向における前記出射面の第２の幅以上である、請求項３に記載のレーザラインジェネレータシステム。

【請求項5】

前記導光体の前記対向する平坦な側壁は、２：１以上のダウンテーパを含む、請求項４に記載のレーザラインジェネレータシステム。

【請求項6】

照射面上に細長い均質なライン照射パターンを生成するためのレーザラインジェネレータシステムであって、
複数のダイオードレーザであり、各ダイオードレーザは、スロー軸方向に整列されているスロー軸を有するコヒーレント光を発するように構成されている、複数のダイオードレーザと、
光学システムであり、
前記複数のダイオードレーザによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている導光体であって、該導光体は、光学的に透明な誘電体材料を含み、また側壁、上壁および下壁を含み、該側壁が前記光学的に透明な誘電体材料を通じて前記上壁および前記下壁に衝突しないように伝播する前記コヒーレントレーザ光の内部全反射をもたらし、実質的に均質な光が前記導光体を出射するように、前記コヒーレント光を混合するように構成されている、導光体と、
前記導光体と前記照射面との間に位置付けられており、前記均質光が、前記照射面上に前記スロー軸方向に延伸する細長い線幅を有する前記均質なライン照射パターンを形成するように、前記導光体を出射する前記均質化された光を結像するように構成されている少なくとも１つのスロー軸中継レンズと
を含む、光学システムと
を備え、
前記少なくとも１つのスロー軸中継レンズは、前記導光体を出射する前記均質化光を前記照射面上に投影するように構成および配置されており、それによって、前記ライン照射パターンを生成する第１のスロー軸レンズおよび第２のスロー軸レンズを含むケプラー式望遠鏡を含む、
レーザラインジェネレータシステム。

【請求項7】

前記第１のスロー軸レンズおよび前記第２のスロー軸レンズの各々は、少なくとも１つの非円柱状面を有する円柱レンズを含む、請求項６に記載のレーザラインジェネレータシステム。

【請求項8】

単一通過画像形成システムであって、
複数のダイオードレーザであり、各ダイオードレーザは、スロー軸方向に整列されているスロー軸を有するコヒーレント光を発するように構成されている、複数のダイオードレーザと、
第１の光学システムであり、
前記複数のダイオードレーザによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている導光体であって、前記導光体は、前記複数のレーザダイオードによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている平坦な入射面、平坦な出射面、および前記入射面と前記出射面との間に延伸する、対向する平坦な側壁、上壁および下壁を含む一体型固体構造を形成する光学的に透過性の誘電体材料を含み、前記対向する側壁は、前記コヒーレント光が前記導光体を通じて前記上壁および前記下壁に衝突しないように伝播するときに、前記コヒーレントレーザ光の内部全反射を生成するように構成され、実質的に均質な光が前記導光体を出射するように、前記コヒーレント光を混合するように構成されている、導光体と、
前記実質的に均質な光を受け取るように位置付けられており、前記実質的に均質な光が、前記スロー軸方向に延伸する細長い線幅を有するライン照射パターンを形成するように、前記導光体を出射する前記均質化された光を結像するように構成されている少なくとも１つのスロー軸中継レンズと
を含む、第１の光学システムと、
空間光変調器であり、
複数の光変調素子であって、２次元アレイに配置されており、各前記変調素子が前記ライン画像パターンの関連部分を受け取るように配置されている、複数の光変調素子と、
コントローラであって、前記コントローラによって生成される関連制御信号に応答して、各変調素子が調整可能であるように前記複数の変調素子を、第１の変調状態と第２の変調状態との間で個々に制御し、それによって、前記各変調素子が前記第１の変調状態にあるとき、前記各変調素子は関連する受け取った均質光部分を、関連する変調光部分が対応する所定の方向に方向付けられるように変調し、前記各変調素子が前記第２の変調状態にあるとき、前記各変調素子は、前記関連する変調光部分が前記対応する所定の方向に沿って通過するのを妨げられるように、前記関連する受け取った均質光部分を変調するようにするための、コントローラと
を含む、空間光変調器と、
前記第１の変調状態に配置されている前記各変調素子から前記変調光部分を受け取るように位置付けられており、前記変調光部分を集光して、前記集光された変調光部分が細長いスキャンライン画像を生成するように配置されている第２の光学システムと
を備える、単一通過画像形成システム。

【請求項9】

前記複数のレーザダイオードは、一体的に配置されており、４０％よりも大きいフィルファクタを含む構成において前記スロー軸方向に整列されている少なくとも２０個の前記レーザダイオードを備える、請求項８に記載の画像形成システム。

【請求項10】

単一通過画像形成システムであって、
複数のダイオードレーザを含むレーザダイオードバーであり、各ダイオードレーザは、スロー軸方向に整列されているスロー軸を有するコヒーレント光を発するように構成されている、レーザダイオードバーと、
第１の光学システムであり、
前記複数のダイオードレーザによって生成される前記コヒーレント光を受け取るように位置付けられている導光体であって、該導光体は、光学的に透明な誘電体材料を含み、また側壁、上壁および下壁を含み、該側壁が前記光学的に透明な誘電体材料を通じて前記上壁および前記下壁に衝突しないように伝播する前記コヒーレントレーザ光の内部全反射をもたらし、実質的に均質な光が前記導光体を出射するように、前記コヒーレント光を混合するように構成されている、導光体と、
前記実質的に均質な光を受け取るように位置付けられており、前記実質的に均質な光が、前記スロー軸方向に延伸する細長い線幅を有するライン照射パターンを形成するように、前記導光体を出射する前記均質化された光を結像するように構成されている少なくとも１つのスロー軸中継レンズと
を含む、第１の光学システムと、
空間光変調器であり、
複数の光変調素子であって、２次元アレイに配置されており、各前記変調素子が前記均質なライン画像パターンの関連部分を受け取るように配置されている、複数の光変調素子と、
コントローラであって、前記コントローラによって生成される関連制御信号に応答して、各変調素子が調整可能であるように前記複数の変調素子を、第１の変調状態と第２の変調状態との間で個々に制御し、それによって、前記各変調素子が前記第１の変調状態にあるとき、前記各変調素子は、前記関連する受け取った均質光部分を対応する所定の方向に方向付けることによって、関連する変調光部分を生成し、前記各変調素子が前記第２の変調状態にあるとき、前記関連する受け取った均質光部分は、前記各変調素子によって、前記対応する所定の方向に沿って通過するのを妨げられるようにするための、コントローラと
を含む、空間光変調器と、
前記第１の変調状態に配置されている前記各変調素子から前記変調光部分を受け取るように位置付けられており、前記変調光部分を集光して、前記集光された変調光部分が細長いスキャンライン画像を生成するように配置されているアナモフィック光学システムと
を含む、単一通過画像形成システムと、
スキャン構造であって、前記単一通過画像形成システムに対して、前記アナモフィック光学システムによって生成される前記細長いスキャンライン画像が、前記スキャン構造の結像面上に規定されている結像領域上に配置されるように位置付けられている、スキャン構造と
を備える、装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像形成システムに関し、特に、高速画像生成のために高エネルギーライン照射パターンを利用する画像形成システムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザダイオードは、発光ダイオードに見られるものと同様の半導体ダイオードのｐ−ｎ接合によって活性媒質が形成される、電気的に励起される半導体レーザである。ダイオードレーザバーは、半導体処理技法を使用して単一の基板上に作製される複数のレーザダイオードを含むデバイスであり、レーザダイオードは、小さい間隙によって分離されて直線上に配置され、レーザダイオード「アレイ」から発せられる光が、一連の直線状に構成された平行なビームを形成する。レーザダイオードバーは、単一のレーザダイオードによって生成することができるよりも多くのレーザ光を必要とする高出力レーザ用途に使用される。最近の世代の高出力レーザダイオードバー（たとえば、Ｊｅｎｏｐｔｉｋによって製造されている高出力レーザダイオードバーＪＤＬ−ＢＡＢ−５０−４７−９７６−ＴＥ−１２０−２．０）は、５０％のフィルファクタを有するレーザダイオードバーあたり４７個のレーザダイオードを含む。

【0003】

多くのレーザダイオード用途は、レーザダイオードバーによって生成されるコヒーレント光を収集し、均一化することを必要とする。図１０は、結像面上に均一な光照射パターンＬＩＰを生成するために、複数のコヒーレント光ビームＣＬを混合（変換）するために２つのマイクロレンズアレイおよび集光レンズを利用する、従来の多重開口ビーム統合光学システム２０を示す単純化された図である。従来の多重開口ビーム統合光学システム２０は、相対的に少数のレーザダイオード（たとえば、１９個のレーザダイオード）および２０％〜３０％のフィルファクタを有するレーザダイオードバーとともに使用するのには適しているが、最近の高出力レーザダイオード（たとえば、４７個のレーザダイオードおよび５０％のフィルファクタを有する）を使用する光学システム２０を利用するのは困難である。光学システム２０のマイクロレンズアレイは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ幅であり、精密に位置合わせする必要がある複数の小型レンズから構成される。レーザダイオードバーのフィルファクタがより高くなる（すなわち、４０％〜５０％）結果として、発光器幅が小型レンズ幅のより大きい割合を占めることになり、それによって、光のいくらかが第２のマイクロレンズアレイにおいて隣接する小型レンズに当たるようになり、集光レンズによって照明領域上の適切な位置へと方向付けられなくなる可能性がある。この問題を回避するために、スロー軸コリメータテレスコープ（ＳＡＣ−ＴＥＬ）マイクロレンズアレイのような、追加のレンズアレイを使用しなければならない。しかしながら、この構成は、作製および精密に位置合わせされなければならない多数の個々の要素を必要とし、これによってシステム製造費用が非常に高くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

均質光が目標照射面上にライン照射パターンを形成するように、生成されるコヒーレント（レーザ）光を効率的かつコスト効率的に収集および均質化する光学システムを含むレーザラインジェネレータシステム、たとえば、レーザダイオードバーが必要とされている。また、そのようなレーザラインジェネレータシステムを利用する単一通過画像形成システムおよび印刷／スキャン装置も必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、２つ以上のダイオードレーザによって生成されるコヒーレント（レーザ）光を収集し均質化するための導光体、および、目標照射面上に細長い均質なライン照射パターンを形成するように均質光を投影（合焦）するための少なくとも１つのスロー軸中継レンズを利用する光学システムを含むレーザラインジェネレータシステムに関する。導光体は、光学的に透過性の誘電体材料（たとえば、ガラスまたはプラスチック）を含む固体一体型光学素子であり、当該光学素子は、コヒーレント光がこの光学材料を通じて伝播するときに導光体壁に衝突するときはいつでも内部全反射を受けるように構成および位置付けされており、それによって、導光体に入射するコヒーレント光は混合（変換）されて、ライン照射パターンによって形成される領域全体にわたって実質的に均質な光（すなわち、平均強度の変化が１０％以下である光）として導光体を出射する。スロー軸中継レンズは導光体と照射面との間に位置付けられ、所望の細長い均質なライン照射パターンを目標照射面上に形成するために、導光体を出射する均質光を画像形成する（すなわち、線幅を所望のサイズまで拡大し、ビーム広がりを所望の量まで調整し、結果もたらされる細長いライン照射パターンが全体的に均質光によって形成され、スロー軸方向において所望のライン幅を有するように、集光レンズから照射面までの作動距離を制御する）ように構成されている。複数のダイオードレーザによって生成されるコヒーレントレーザ光を均質化するために導光体を利用することによって、本発明は、使用されるレンズの数を低減して、精細なピッチのマイクロレンズアレイを必要とすることなく細長い均質なライン照射パターンの生成を容易にし、それによって、含まれる光学素子がより少なく、組み立て誤差に対してよりロバストで、組み立ておよび位置合わせが大幅により容易であるレーザラインジェネレータシステムが提供される。これらの要因によって、新規のレーザラインジェネレータシステムの全体的な製造費用が、従来の多重開口ビーム統合光学システムに対して推定で３分の１から５分の１に低減する。

【0006】

本発明の実際の実施形態によれば、ダイオードレーザの各々は、スロー軸方向およびファースト軸方向を有するコヒーレント光を発するように構成されており、レーザダイオードは、すべてのダイオードレーザによって生成される個々の光部分が導光体に入射するときに同じ向きを有するように、スロー軸方向において整列されている。ダイオードレーザバーは、ウェハ上に製造され、複数の直線状部分にダイシングされている端面発光レーザアレイから構成される。ＳＡ方向はウェハ面に平行であり、ＦＡ方向はウェハ面に垂直である。この結果としてまた、各個々のレーザの出力開口がより矩形になり、レーザ出力開口のＦＡ幅が、ＳＡ幅よりもはるかにより小さくなる。レーザ開口幅によって出力ビーム広がり角がより小さくなり、また逆にもなる。そのため、開口幅の比を逆にすることによって、ＦＡ出力ビーム広がりがＳＡ出力ビーム広がりよりも大きくなる。本発明の特定の実施形態によれば、レーザダイオードは、スロー軸方向において整列され、高（すなわち、４０％よりも大きい）フィルファクタ構成に配置された多数（たとえば、２０個以上）のレーザダイオード発光器を含む高出力レーザダイオードアレイ／バー上に一体的に配置され、テーパ状導光体は、スロー軸方向に細長く、すべてのレーザダイオードによって生成されるコヒーレント光を受け取るように位置付けられている平坦な入射面を含む。この構成によって、５０％のフィルファクタで配置されている最大４９個のレーザダイオードを含む、低コストで高出力のレーザダイオードバーを使用することが容易になる。導光体によってもたらされる光混合は、これらのレーザダイオードバー上で利用可能なダイオードレーザの数の増大とともに、コヒーレント光と関連付けられる干渉効果から光強度の不均一性を平均化する一助となり、それによって、照射面において相対的に均一な（均質な）ライン照射パターンが生成される。

【0007】

本発明の別の態様によれば、テーパ状導光体は、入射面と平坦な出射面との間に延伸する、対向する平坦な側壁を含む一体型固体構造であり、入射面の（第１のまたは入射）幅（すなわち、スロー軸方向において測定される）は、出射面の（第２のまたは出射）幅以上である。特定の実施形態において、導光体はスロー軸方向においてテーパ状になっており、それによって、入射面のスロー軸入射幅は、出射面のスロー軸出射幅よりも２〜３倍大きい。高フィルファクタレーザ光アレイ／バー（すなわち、単一の基板上での半導体処理によって形成される複数のレーザダイオード（コヒーレント光源））を、ダウンテーパ状導光体と組み合わせて使用して高強度の均質なライン照射パターンを生成することは新規であり、非自明であると考えられる。すなわち、従来の照射システムにおいては、均一な光パターンを生成するために、テーパ状導光体および非テーパ状導光体が単独で、コヒーレントでない、非レーザ光源と組み合わせて利用されている、すなわち、干渉効果によって引き起こされる強度の不均一性が存在することに起因して、導光体はコヒーレントレーザ光源とともに使用されていない。非コヒーレント入力光を収集、混合、および成形することに加えて、テーパ状導光体は、従来のシステムにおいてまた、混合光の広がりを低減するのにも使用されており、そのため、導光体は、入射面が出射面よりも小さくなるように構成されている（すなわち、テーパ状導光体は従来、「アップテーパ」構成で使用されている）。本発明は実験を通じて、多数のレーザダイオード（たとえば、２０個以上）を有するフィルファクタの高い（すなわち、４０％〜５０％）レーザダイオードバーと組み合わせて２×または３×ダウンテーパを使用することによって、導波路を出射する光が実質的に均質化されると判断した。その上、導波路に十分な強度を提供することによって、本発明は、平行な側壁（すなわち、スロー軸方向において）または平行な導波路を有する導光体が、多数のレーザダイオード（たとえば、２０個以上）を有する高フィルファクタ（すなわち４０％〜５０％）レーザダイオードバーと組み合わさって、導波路を出射する光を実質的に均質化することを見出した。

【0008】

本発明の好ましい実施形態によれば、スロー軸中継レンズ機能は、協働して導光体を照射面に向けて出射する均質化された光を結像するように構成および配置されている２つのスロー軸レンズを含むケプラー式望遠鏡を使用して実装される。具体的には、ケプラー式望遠鏡は、均質化された光がスロー軸レンズによってスロー軸（幅）方向において所望のライン幅値まで拡大されるように（すなわち、均質化された光ビームの広がりが所望の広がりレベルまで調整されるように）構成されており、第２のスロー軸レンズから照射面までの作動距離が第２のスロー軸レンズの焦点距離に等しくなるように配置されており、それによって、均一な強度プロファイルおよび鮮明な端部を有するライン照射パターンが形成される。特定の実施形態において、それらスロー軸レンズの各々は、少なくとも１つの非円柱状面を有する円柱レンズであり、これは、端部の鮮明性およびスロー軸方向におけるライン幅にわたる強度プロファイルに関して優れたレーザライン性能をもたらす。代替的な実施形態において、各円柱レンズの非円柱状面は、円錐形状または多項式形状のうちの一方を有する。例示的な実際の実施形態において、スロー軸方向において整列された出射面を有する導光体が生成され、ケプラー式望遠鏡は、ライン照射パターンが、導光体の出射（第２の）幅に第１のスロー軸レンズの第１の焦点距離を乗算し、これを第２のスロー軸レンズの第２の焦点距離で除算した値に等しいライン幅を有するよう位置決めされ、配置された円柱状レンズを含む。この構成を、３：１ダウンテーパ状導光体（たとえば、１２ｍｍの入射幅および４ｍｍの出射幅を有する）、２．７６のケプラー式望遠鏡の第１の焦点距離／第２の焦点距離の比とともに使用して、また、９７６〜１０２０ｎｍの範囲内の波長を有するコヒーレント光を生成するレーザダイオードバーを使用して、本発明者らは、約１１ｍｍのライン幅を有する優れたライン照射パターンを生成した。代替的な実施形態において、スロー軸レンズの各々が非円柱レンズであるケプラー式望遠鏡が利用される。

【0009】

別の実施形態において、レーザ光をファースト軸方向においてコリメートするために、１つまたは複数のファースト軸（ＦＡ）レンズが、レーザダイオードバーと照射面との間の光路内に配置される。当該技術分野において理解されるように、レーザダイオードバーによって、ファースト軸方向においてダイオードレーザビームがガウスであり、ガウスビーム伝搬法に従って合焦されるように、コヒーレントなラインが生成される。１つの特定の実施形態において、（第１の）ＦＡレンズがレーザダイオードバーと導光体との間に配置され、ＦＡレンズは、ファースト軸方向においてライン照明パターンＬＩＰを均質化するために、レーザダイオードバーを出射したコヒーレント光を、導光体に入射する前にコリメートするように構成されている。照射面における均質光の合焦を補助するために、任意選択の第２のＦＡレンズがケプラー式望遠鏡と照射面と間に配置される。

【0010】

本発明はまた、上述した光ラインジェネレータシステムを利用する単一通過画像形成システム、ライン照射パターンを受け取るように配置されており、所定のスキャンライン画像データに従って均質光を変調するように制御される空間光変調器、および、変調された均質光を合焦して狭いスキャンライン画像を形成するアナモフィック光学システムにも関する。本発明の好ましい実施形態によれば、空間光変調器は、パッケージ形態ではＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒと称される、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＤＬＰ（商標）チップを含む。

【0011】

本発明の特定の実際の実施形態によれば、スキャン／印刷装置は、上述した単一通過画像形成システムと、アナモフィック光学システムから集光された変調光を受け取るように配置されているスキャン構造（たとえば、画像形成ドラムシリンダ）とを含む。特定の実施形態によれば、結像面は、可変データリソグラフィ印刷に使用されるもののような湿潤溶液（湿し水）を保持するものであってもよい。

【0012】

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点が、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関連してよりよく理解されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の例示的な実施形態による、一般化されたレーザラインジェネレータシステムを示す上面斜視図である。

【図2A】図２（Ａ）は、動作中の本発明の一実施形態によるレーザラインジェネレータシステムを示す単純化された上面図である。

【図2B】図２（Ｂ）は、動作中の本発明の一実施形態によるレーザラインジェネレータシステムを示す単純化された側面図である。

【図3】図３は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）のシステムによって生成されるレーザライン照射パターンの例示的なライン強度プロファイルを示す図である。

【図4】図４は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）のシステムによって生成されるレーザライン照射パターンの放射照度を示す図である。

【図5】図５は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）のシステムによって生成されるレーザライン照射パターンのスロー軸ビーム広がりを示す図である。

【図6A】図６（Ａ）は、動作中の本発明の別の実施形態によるレーザラインジェネレータを示す単純化された上面図である。

【図6B】図６（Ｂ）は、動作中の本発明の別の実施形態によるレーザラインジェネレータを示す単純化された側面図である。

【図7】図７は、本発明の別の実施形態によるレーザラインジェネレータシステムを利用した単一通過画像形成システムを示す上側正面斜視図である。

【図8A】図８（Ａ）は、動作中の図７に示す空間光変調器の単一の光変調素子を示す斜視図である。

【図8B】図８（Ｂ）は、動作中の図７に示す空間光変調器の単一の光変調素子を示す斜視図である。

【図8C】図８（Ｃ）は、動作中の図７に示す空間光変調器の単一の光変調素子を示す斜視図である。

【図9】図９は、本発明の別の特定の実施形態による単純化されたスキャン／印刷装置を示す斜視図である。

【図10】図１０は、従来の多重開口ビーム統合光学システムを示す単純化された図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明は、画像形成システムおよび関連装置（たとえば、スキャナおよびプリンタ）における改善に関する。以下の説明は、当業者が、特定の用途およびその要件の文脈において規定されているように、本発明を作成および使用することを可能にするために提示されている。本明細書において使用されている場合、「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「上（ｔｏｐ）」、「側部（ｓｉｄｅ）」、「下側（ｌｏｗｅｒ）」、および「正面（ｆｒｏｎｔ）」のような方向を示す用語は、説明を目的として相対位置を提示するように意図されており、絶対的な基準系を指定するようには意図されていない。加えて、「一体的に形成されている（ｉｎｔｅｇｒａｌｌｙ ｆｏｒｍｅｄ）」という語句は、本明細書においては、単一の成形または機械加工された構造の接続関係を説明するために使用されている。好ましい実施形態に対する様々な改変が、当業者には明らかとなり、本明細書において定義されている一般原理は他の実施形態に適用することができる。それゆえ、本発明は、図示および説明されている特定の実施形態には限定されず、本明細書において開示されている原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

【0015】

図１は、関連付けられるダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４によって生成されるコヒーレント（レーザ）光ビームＬ１〜Ｌ４を収集し均質化するために導光体（光学素子）１２０を利用する光学システム１１０と、目標照射面１０７上に細長い均質なライン照射パターンＬＩＰを形成するように、導光体１２０を出射する実質的に均質な光ＨＬを投影（合焦）するための少なくとも１つのスロー軸中継レンズ１３０とを含む、一般化されたレーザラインジェネレータシステム１００を示す上面斜視図である。

【0016】

好ましい実施形態によれば、システム１００は、既知の作成技法に従って半導体基板上に一体的に形成されているダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４を含むレーザダイオードバー１０１を含む。図１の上部に示す拡大部分においてダイオードレーザ１０５−１によって示されているように、各ダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４は、延伸幅Ｗを有し、ダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４は、レーザダイオードバー１０１の一面上の水平（直交するＸ軸）方向においてピッチＰだけ離間されている。ダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４は、拡大部分に示されているように、各光ビームＬ１〜Ｌ４が、水平（Ｘ軸）方向に整列したスロー軸方向ＳＡおよび垂直（Ｙ軸）方向に整列したファースト軸方向ＦＡを有するように、平行なＺ軸方向において関連付けられるコヒーレント光ビームＬ１〜Ｌ４を発する。

【0017】

ダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４は、すべてのダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４によって生成される個々の光部分Ｌ１〜Ｌ４が、導光体１２０に入射するときに同じ向きを有するように（すなわち、図１の上部に示されているように、導光体素子に入射するときに光ビームＬ１およびＬ２のスロー軸方向が「水平」であり、光ビームＬ１およびＬ２のファースト軸方向が「垂直」であるように）、レーザダイオードバー１０１上で水平方向に整列して配置されている。説明を単純化するためにダイオードレーザバー１０１は４つのレーザダイオード１０５−１〜１０５−４を有して示されているが、レーザダイオードバー１０１は、４０％よりも大きいフィルファクタ（すなわち、レーザダイオード幅ＷをピッチＰで除算した値）で配置されている多数（たとえば、２０個以上）のレーザダイオード（発光器）を含むことが理解される。好ましい実施形態によれば、レーザダイオードバー１０１は、５０％以上のフィルファクタで配置されている最大４９個のレーザダイオードを含む最近の世代の高出力レーザダイオードバーを含む。

【0018】

導光体１２０は、コヒーレント光ビームＬ１〜Ｌ４を受け取る（収集する）ようにレーザダイオードバー１０１に対してＺ軸方向に位置付けられており、実質的に均質な光ＨＬ（すなわち、２％未満の強度変動を有する非コヒーレント光）が、Ｚ軸方向に向けられている導光体１２０を出射するようにコヒーレント光を混合（均質化）するように構成されている固体光学素子である。導光体１２０は、既知の技法を使用して一体的に形成されている光学的に透過性の誘電体材料（たとえば、透過性／透明ガラスまたはプラスチック）を含み、平坦な入射面１２１と、平坦な出射面１２２と、対向する平坦な側壁１２３−１および１２３−２と、入射面１２１と出射面１２２との間に延伸する、対向する上壁１２４−１および下壁１２４−２とを含む。導光体１２０はレーザダイオードバー１０１に対して、平坦な入射面１２１がＸＹ平面内に配置され、光ビームＬ１〜Ｌ４の放出（Ｚ軸）方向に垂直であるように位置付けられる。平坦な出射面１２２は入射面１２１に平行である。側壁１２３−１および１２３−２は、光ビームＬ１〜Ｌ４が上記導光体１２０を通じて伝播するときにコヒーレントレーザ光の内部全反射を生成するように構成されている（たとえば、後述するように平行またはダウンテーパ状になっている）。具体的には、ＳＡ方向において、光が導光体構造１２０を通じて伝播するときに側壁に衝突するときはいつでも内部全反射を受け、それによって、多数のダイオードレーザ／光ビームによって生成されるさらなる光混合が、出射面１２２において実質的に均質な光を生成するためにコヒーレント光と関連付けられる干渉効果からの光強度の不均一性を平均化する役割を果たす。ＦＡ方向において、光はＦＡコリメータレンズによって、導光体の全長を通じて伝播し、それゆえ上壁および下壁に衝突しないように、導光体よりも小さくなるように成形される。コヒーレント光の均質化（混合）は図１において、入射面１２１と出射面１２２との間で段階的に陰影を付けることによって示されている（すなわち、相対的にコヒーレントな光は明るくまたは陰影なしで示されており、実質的に均質な光はより暗い陰影によって示されている）。

【0019】

本発明の一態様によれば、導光体１２０の側壁１２３−１〜１２３−２は、平行であるかまたはダウンテーパ状になっているかのいずれかである。すなわち、図１を参照すると、入射面１２１の（第１の）幅Ｗ１（すなわち、Ｘ軸方向において測定される）は、出射面１２２の第２の幅Ｗ２に等しいものとして示されており、それによって、側壁１２３−１および１２３−２はテーパ状になっていない（すなわち、平行である）。代替的に、図２は、入射面１２１Ａの幅Ｗ１Ａが、出射面１２２Ａの第２の幅Ｗ２Ａよりも大きい（すなわち、側壁１２３Ａ−１および１２３Ａ−２がダウンテーパ状になっている）導光体１２０Ａを含むシステム１００Ａを示している。非テーパ状導光体１２０またはダウンテーパ状導光体１２０Ａのいずれかをコヒーレント（すなわちレーザ）光源（たとえば、レーザライトバー）とともに使用することによって、本発明のレーザラインジェネレータシステムが、従来の構成に対して区別される。すなわち、テーパ状導光体および非テーパ状導光体は従来の照射システムにおいては単独で、コヒーレントでない、非レーザ光源と組み合わせて利用されており、本発明以前では、干渉効果によって引き起こされる強度の不均一性が存在することに起因して、導光体はコヒーレントレーザ光源と組み合わせては使用されていない。加えて、導光体が、均一に近い強度の光パターンを生成するために光を収集、混合、および成形するのに使用されていた用途において、テーパ状導光体は一般的に、非コヒーレント光の広がりを低減するために「アップテーパ」構成において使用されていた（すなわち、小さい方の端面が入射面であり、大きい方の端面が出射面であった）。この導光体を使用することによってシステム１００の光路長は従来のマルチレンズ手法よりも増大するが、高密度コヒーレント光源（たとえば、最近の世代の高出力レーザダイオードバーに見られるものなど）を非テーパ状またはダウンテーパ状導光体と組み合わせることによって、製造費用および複雑度を最小限に抑えながら、優れて均質な光が生成される。

【0020】

再び図１を参照すると、スロー軸中継レンズ１３０が導光体１２０と照射面１０７との間に位置付けられており、画像の均質光ＨＬが照射面１０７上に、Ｘ軸方向に延伸する所定の細長い線幅ＷＬを有するライン照射パターンＬＩＰを形成するように、導光体１２０を出射する均質光ＨＬを結像するように構成されている。すなわち、スロー軸中継レンズ１３０の目的は、線幅ＷＬが照射面１０７において所望のサイズを有するように均質光ＨＬを拡大し、ビーム広がりを所望の量まで調整し、ライン照射パターンＬＩＰが全体的に均質光によって形成され、Ｘ軸（すなわちスロー軸）方向において所望の線幅ＷＬを有するように、照射面１０７までの作動距離を制御することである。照射面１０７上に均質化された光を結像するためにダイオードレーザ１０５−１〜１０５−４およびスロー軸中継レンズ１３０によって生成されるコヒーレントレーザ光を均質化するために導光体１２０を利用することによって、本発明は、使用されるレンズの数を低減して、精細なピッチのマイクロレンズアレイを必要とすることなく細長い均質なライン照射パターンＬＩＰの生成を容易にし、それによって、レーザラインジェネレータシステム１００は、含まれる光学素子がより少なく、組み立て誤差に対してよりロバストで、組み立ておよび位置合わせが大幅により容易である。これらの要因によって、レーザラインジェネレータシステム１００の全体的な製造費用が、従来の多重開口ビーム統合光学システムに対して推定で３分の１から５分の１に低減する。

【0021】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、レーザダイオードバー１０１（上述）と、テーパ状導光体１２０Ａ（上記）と、ケプラー式望遠鏡１３０Ａと、任意選択のファースト軸（ＦＡ）レンズ１１５Ａとを含む、本発明の特定の実施形態によるレーザラインジェネレータシステム１００Ａを示す。

【0022】

テーパ状導光体１２０Ａは、平坦な入射面１２１Ａと、平坦な出射面１２２Ａと、平坦な側壁１２３Ａ−１および１２３Ａ−２と、平坦な上壁１２４Ａ−１および下壁１２４Ａ−２とを含む、上述したものと同様に形成される光学素子である。本発明によれば、テーパ状導光体１２０Ａは、スロー軸方向ＳＡにおいて２：１以上のダウンテーパを有し（すなわち、図２（Ａ）に示されているように、入射面１２１Ａの幅Ｗ１Ａは、出射面１２２Ａの幅Ｗ２Ａの幅の少なくとも２倍であり）、ファースト軸方向ＦＡにおいてはゼロテーパを含む（すなわち、図２（Ｂ）に示されているように、上面１２４Ａ−１および下面１２４Ａ−２は平行である）。この構成によって、ダイオードバー１０１Ａからの光はスロー軸（ＳＡ）方向のみにおいて導光体壁に反射し、図３に示すものと同様の、照射面における光強度プロファイルを生成し、図４に示すものと同様の、照射面におけるライン照射パターンを生成する。ファースト軸（ＦＡ）方向においては、非テーパ状構成が設計されており、それによって、光は、導光体側壁に反射することなく導光体を通じて進行する。ＦＡ方向における光強度プロファイルはガウスであり、ガウスプロファイルの狭い幅は、レーザダイオードおよびＦＡコリメータレンズのＦＡビーム広がりの特性によって決定される。この構成によって、ダイオードバー１０１Ａからの光は導光体を直に通過し、図４に示すものと同様の、照射面における放射照度を有し、図５に示すものと同様の、照射面における角度分布を有する実質的に均質な光を生成する。

【0023】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す実施形態の一態様によれば、図１におけるレンズ１３０によって実施されるスロー軸中継レンズ機能は、それぞれ焦点距離ｆ１およびＦ２を有するように構成されており、図２（Ａ）に示されているように協働して導光体１２０Ａを出射する均質化された光を照射面１０７Ａ上に結像するように配置されているスロー軸円柱レンズ１３０Ａ−１および１３０Ａ−２を含むケプラー式望遠鏡１３０Ａを使用して実施される。具体的には、ケプラー式望遠鏡１３０Ａは、均質化された光がスロー軸レンズ１３０Ａ−１および１３０Ａ−２によってスロー軸（幅）方向において所望のライン幅値ＷＬＡまで拡大されるように（すなわち、均質化された光ビームの広がりが所望の広がりレベルまで調整されるように）構成されており、第２のスロー軸レンズ１３０Ａ−２から照射面１０７Ａまでの作動距離が第２のスロー軸レンズ１３０Ａ−２の焦点距離ｆ２に等しくなるように配置されており、それによって、均一な強度プロファイルおよび鮮明な端部を有するライン照射パターンＬＩＰが形成される。特定の実施形態において、それらスロー軸円柱レンズ１３０Ａ−１および１３０Ａ−２の各々は、少なくとも１つの非円柱状面を有し、これは、端部の鮮明性およびスロー軸方向におけるライン幅にわたる強度プロファイルに関して優れたレーザライン性能をもたらす。代替的な実施形態において、各円柱レンズの非円柱状面は、円錐形状または多項式形状のうちの一方を有する。

【0024】

再び図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照すると、レーザラインジェネレータシステム１００Ａはまた、レーザダイオードバー１０１と導光体１２０Ａとの間の光学経路に配置されており、コヒーレントレーザ光を、導光体１２０Ａに入射する前にコヒーレントレーザ光をファースト軸方向においてコリメートする役割を果たすファースト軸（ＦＡ）レンズ１１５Ａをも含む。当該技術分野において理解されるように、レーザダイオードバーによって、ファースト軸方向においてダイオードレーザビームがガウスであり、ガウスビーム伝搬法に従って合焦されるように、コヒーレントなラインが生成される。ＦＡレンズ１１５Ａは、ファースト軸（ＦＡ）方向においてライン照射パターンＬＩＰを均質化するために、レーザダイオードバー１０１Ａを出射するコヒーレント光を、導光体１２０Ａに入射する前にコリメートするように配置および構成されている。

【0025】

表１（下記）は、例示されている実際の実施形態によるシステム１００Ａに関するさらなる詳細を規定する光学設計指示を含む。ケプラー式望遠鏡１３０Ａを図２（Ａ）および図（Ｂ）に示されているように配置することによって、出射面１２２Ａの出射（第２の）幅Ｗ２Ａにスロー軸レンズ１３０Ａ−１の焦点距離ｆ１を乗算し、これをスロー軸レンズ１３０Ａ−２の焦点距離ｆ２で除算した値に等しい線幅ＷＬＡを有する（すなわち、ＷＬＡ＝Ｗ２Ａｘ（ｆ１／ｆ２））ライン照射パターンＬＩＰが、照射面１０７Ａにおいて生成される。たとえば、導光体１２０Ａが３：１ダウンテーパ状導光体（たとえば、１２ｍｍの入射幅Ｗ１Ａおよび４ｍｍの出射幅Ｗ２Ａを有する）を有するように表１の仕様を使用し、２．７６の第１の焦点距離／第２の焦点距離の比を有するケプラー式望遠鏡１３０Ａを形成し、９７６〜１０２０ｎｍの範囲内の波長λを有するコヒーレント光を生成するタイプのレーザダイオードバー（たとえば、アルミニウムインジウムガリウムヒ素リン化物（Ａｌ−Ｉｎ−Ｇａ−Ａｓ−Ｐ））を使用して、本発明者らは、約１１ｍｍの線幅ＷＬＡを有する優れたライン照射パターンを生成した。

【0026】

【表1】

【0027】

非円柱状面方程式（式１、下記にコピー）が、例示的な実施形態によるＦＡレンズ１１５Ａの非円柱状面形状を説明する。

【0028】

【数1】

【0029】

式中、ｚは面だれであり、Ｃは表面曲率（１／Ｒ）であり、Ｒは表面曲率半径（１／Ｃ）であり、ｒは半径座標であり、ｋは表面の円錐定数であり、ｋ＞０は偏球を表し、ｋ＝０は球を表し、−１＜ｋ＜０は偏球を表し、ｋ＝−１は放物線を表し、ｋ＜−１は双曲線を表す。

【0030】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して上述した特定の実施形態は例示であるように意図されており、特許請求される本発明の精神および範囲内にあるままで、他の任意選択の特徴（たとえば、後述するもの）が実装されてもよい。

【0031】

図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、上述したようにレーザダイオードバー１０１およびダウンテーパ状導光体１２０Ｂを利用するが、下記に記すいくつかの観点で異なっている別の特定の実施形態によるレーザラインジェネレータシステム１００Ｂを示す。

【0032】

第１に、レーザラインジェネレータシステム１００Ｂは、ケプラー式望遠鏡１３０Ｂが、円錐面を有する２つの非円柱レンズ１３０Ｂ−１および１３０Ｂ−２（すなわち、円柱レンズの代わりに）によって形成されるという点において、先行する実施形態とは異なる。非円柱レンズは、多量の光学収差を導入することなく、必要とされる拡大および結像を可能にする。この結果として、照射面においてより鮮明な端部でより均一な放射照度分布がもたらされる。

【0033】

第２に、レーザラインジェネレータシステム１００Ｂは、レーザダイオードバー１０１と導光体１２０Ｂとの間の光路に配置される第１のファースト軸（ＦＡ）レンズ１１５Ａと、ケプラー式望遠鏡１３０Ｂと照射面１０７Ｂとの間に配置される任意選択の第２のＦＡレンズ１１５Ｂの両方を含む。図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して図示および説明した実施形態におけるように、第１のＦＡレンズ１１５Ａは、コヒーレントレーザ光を、導光体１２０Ｂに入射する前にファースト軸方向においてコリメートする役割を果たす。存在するとき、任意選択の第２のＦＡレンズ１１５Ｂは、照射面１０７Ｂにおける均質光の合焦を補助する役割を果たす。ＦＡ方向において、ビーム幅がＦＡ方向において導光体の幅よりも常にはるかに小さいため、光は導光体の上面および下面に衝突しない。それゆえ、導光体は、ＦＡ方向においてテーパ状になっている必要はなく、上面および下面は研磨光学面である必要はない。

【0034】

上述したレーザラインジェネレータ光学システムはいずれも、図７〜図９を参照して後述するもののような、より複雑なシステムおよび装置内で利用されてもよい。

【0035】

図７は、本発明の実際の例示的な実施形態による単一通過画像形成システム２００を示す斜視図である。画像形成システム２００は、その表面が上記の説明と一致するように照射面１０７Ｃを形成する空間光変調器２２０上にライン照射パターンＬＩＰを形成する均質光ＨＬを生成するために、簡潔にするために破線のボックスによって示されており、上述した詳細のいずれかを含むラインジェネレータ光学システム１００を利用する。画像形成システム２００はまた、図７において単純化する目的でブロック型構造によって表されているアナモフィック（第２の）光学システム２３０をも含み、光学システム２３０は、後述するように空間光変調器から反射される変調光を受け取るように位置付けられており、変調光を集光して細長いスキャンライン画像ＳＬを生成するように構成されている。実際には、アナモフィックシステム２３０は、一般的に、「ＳＩＮＧＬＥ−ＰＡＳＳ ＩＭＡＧＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＵＳＩＮＧ ＳＰＡＴＩＡＬ ＬＩＧＨＴ ＭＯＤＵＬＡＴＯＲ ＡＮＤ ＡＮＡＭＯＲＰＨＩＣ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＯＰＴＩＣＳ」と題する、共同所有の米国特許第８，４７２，１０４号明細書に記載されているような、複数の別個の円柱または非円柱レンズから構成される。

【0036】

空間光変調器２２０は、所定のスキャンライン画像データに従って均質光ＨＬの部分を反射（変調）する目的を果たし、それによって、空間光変調器２２０は、アナモフィック光学システム２３０上に投影される変調光場ＭＨＬを生成する。空間光変調器２２０は、支持構造上の２次元アレイに配置されているミラー（変調素子）２２５と、スキャンライン画像データに応答して変調素子２２５に制御信号を送信するように構成されている制御回路であって、それによって、各変調素子２２５が「オン」状態と「オフ」状態との間で個々に制御される、制御回路とを含む。変調素子２２５は、各変調素子２２５のミラー（または、回折素子もしくは熱光学吸収素子のような他の光変調構造）が、均質光ＨＬのうちの対応する部分を受け取る（たとえば、変調素子２２５−１が均質光部分ＨＬ−Ｇを受け取る）ように配置されており、現在の「オン」または「オフ」状態に従って、アナモフィック光学システム２３０に向かう所定の方向に沿って、受け取った対応する変調光部分を選択的に通過させるかまたは方向を変えるように位置付けられている。特に、各光変調素子２２５は、スキャンライン画像データＩＤの中の関連部分に応じて「オン」（第１の）変調状態と「オフ」（第２の）変調状態との間でスイッチングするように、個々に制御可能である。所与の変調素子（たとえば、変調素子２２５−１）が「オン」変調状態にあるとき、その変調素子は、その所与の変調素子が受け取った関連光部分（たとえば、光部分ＨＬ−Ｇ）をアナモフィック光学機器２３０に向けて（すなわち、反射光部分ＨＬ−Ｇ１によって示されるように）方向付けるように作動される。反対に、変調素子２２５−１が「オフ」変調状態にあるとき、その変調素子は、その所与の変調素子が受け取った関連光部分（たとえば、光部分ＨＬ−Ｇ）がアナモフィック光学システム２３０に到達するのを（すなわち、反射光部分ＨＬ−Ｇ２によって示されるように）妨げる（ブロックする、または方向を変える）ように作動される。図示されている例において、反射光部分ＨＬ−Ｇ２は、「オフ」変調素子から反射される他のすべての「無駄な」光ＷＬとともに、ヒートシンク２４０に向けて方向付けられる。外部供給源（図示せず）からデバイスコントローラへ供給される画像データに従って、変調素子２２５を選択的に「オン」または「オフ」にすることによって、空間光変調器２２０は、連続的な均質光ＨＬの部分を変調し（すなわち、通過させるまたは通過させない）、アナモフィック光学システム２３０へと通過する２次元変調光場ＭＨＬが生成されるようにする役割を果たす。

【0037】

本発明の一態様によれば、空間光変調器２２０の中の光変調素子２２５は、行および列から成る２次元アレイに配置され、アナモフィック光学システム２３０は、変調素子の各列を通過した光部分を、スキャンライン画像ＳＬの水平方向に離間された対応する画像形成領域上へ集光するように構成されている。本明細書において使用される場合、各「列」は、実質的にスキャンライン画像ＳＬに垂直である方向に配列された光変調素子を含み、各「行」は、実質的にスキャンライン画像ＳＬに平行な方向に配列された光変調素子を含む。

【0038】

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、図７のミラー機構２２５−１をさらに詳細に示す斜視／ブロック図である。図８（Ａ）は、第１の（たとえば、「オン」）変調状態にあるミラー機構２２５−１を示し、第１の変調状態において、受け取った光部分ＨＬ−Ｇは、第１の角度θ１でミラー２１２を離れる反射（変調）光部分ＨＬ−Ｇ１となる。「オン」変調状態を設定するために、ＳＲＡＭメモリセル２４０は、あらかじめ書き込まれたデータ値を格納して、出力信号Ｄが、電極プレート２３１および高架電極２２７へ送られる高電圧（ＶＤＤ）を含むとともに、出力信号Ｄバーが、電極プレート２３２および高架電極２２８へ送られる低電圧（グランド）を含むようにする。これらの電極は、静電引力によってミラーの位置を制御する。電極プレート２３１および２３２によって形成される電極対は、ヨーク２２２に作用するように位置付けられ、高架電極２２７および２２８によって形成される電極対は、ミラー２１２に作用するように位置付けられる。大抵の場合、同等のバイアス電荷が、ヨーク２２２の両側に同時に加えられる（たとえば、図８（Ａ）に示されているように、バイアス制御信号２２７Ｇ−２が、電極プレート２２７および２２８ならびに高架電極２３１および２３２の両方に加えられる）。予期されるように中心位置へはじく代わりに、この同等のバイアスは、ミラー２１２と高架電極２３１／電極プレート２２７との間の引力が、ミラー２１２と高架電極２３２／電極プレート２２８との間の引力よりも大きいため（すなわち、前者の側が電極により近いため）、実際には現在の「オン」位置にミラー２１２を保持する。

【0039】

「オン」位置から「オフ」位置へミラー２１２を移動させるために、必要とされる画像データビットが、制御信号２２７Ｇ−１によってＳＲＡＭメモリセル２４０内へロードされる（図８（Ａ）の下側部分を参照）。図８（Ａ）に示されているように、すべてのＳＲＡＭセルが画像データをロードされると、バイアス制御信号はアサート停止され、それによって、ＳＲＡＭセル２４０から電極プレート２３１および高架電極２２７へＤ信号が、およびＳＲＡＭセル２４０から電極プレート２３２および高架電極２２８へＤバーが送信され、それによってミラー２１２が図８（Ｂ）に示されている「オフ」位置へ移動させられ、それによって受け取られた光部分ＨＬ−Ｇは、ミラー２１２を第２の角度θ２で離れる反射光部分ＨＬ−Ｇ２となる。一実施形態では、ミラー２１２の平らな上面は、図８（Ａ）に示されている「オン」状態と図８（Ｂ）に示されている「オフ」状態との間において、約１０〜１２°の範囲内で傾く（角度的に移動する）。その後バイアス制御信号２２７Ｇ−２が、図８（Ｃ）に示されているように復元されると、ミラー２１２は、「オフ」位置に維持され、次に必要とされる移動をメモリセル２４０内へロードすることができる。電圧レベルをＳＲＡＭセルから直に駆動することができるようにミラーをアドレス指定するのに必要な電圧レベルを低減するため、また、バイアス電圧をチップ全体について同時に除去することができ、そのためすべてのミラーが同時に移動するため、このバイアスシステムが使用される。

【0040】

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示されているように、ミラー機構２２５Ｇ−１の回動ねじり軸によって、ミラー２１２は、ＤＬＰチップハウジングのｘ−ｙ座標に対して斜めの軸を中心として回転する。このように斜めに傾けるには、光の出射角がＤＬＰチップの表面に直交するように、画像形成システム内の空間光変調器から受け取った入射光部分が各ミラー機構２２５Ｇ上へ合成入射角で投影される必要がある。この要件は、画像形成システムを並べて配置することを困難にする。

【0041】

図９は、本発明の別の実施形態による単一通過画像形成システム２００およびスキャン構造（たとえば、画像形成ドラムシリンダ）４６０を含むスキャン／印刷装置４００を示す単純化された斜視図である。上述したように、画像形成システム２００は、一般的に、均質光場ＨＬを生成するためのレーザラインジェネレータシステム１００、空間光変調器２２０、およびアナモフィック光学（たとえば、投影レンズ）システム２３０を含み、これらは本質的には上記に記載したように機能する。図９の右上部分を参照すると、画像形成ドラムシリンダ（ローラ）４６０は、アナモフィック光学システム２３０が、まとまってアナモフィック光学システム２３０を形成する工程直交光学サブシステム２３３および工程方向光学サブシステム２３７を用いて、空間光変調器２２０から受け取った変調光部分を、画像形成ドラムシリンダ４６０の結像面４６２上へ、特に、結像面４６２の結像領域４６７内へ結像して集光するように、画像システム２００に対して位置付けられる。図示されている実施形態において、工程直交光学サブシステム２３３が、空間光変調器２２０を通過した光を水平方向において反転させるように（すなわち、変調光部分ＨＬ−Ｂ４１、ＨＬ−Ｂ４２およびＨＬ−Ｂ４３が、工程直交光学サブシステム２３３の右側から結像領域４６７の左側に向けて方向付けられるように）動作する。加えて、代替的な実施形態において、画像形成ドラムシリンダ４６０は、結像面４６２が、アナモフィック光学システム２３０によって規定されるスキャンライン（または焦線）と一致し、それによって、集光された光部分（たとえば、集光された光部分ＨＬ−Ｃ４１、ＨＬ−Ｃ４２およびＨＬ−Ｃ４３）が凝縮して結像領域４６７の関連部分内に単一の１次元スポット（光画素）ＳＬ−４を形成するように、または、結像面４６２が、アナモフィック光学システム２３０によって規定される焦線と一致し、それによって、光部分が、いくつかの結像線を含むスワスを形成するように（すなわち、光部分ＨＬ−Ｃ４１によって形成される光部分画素が、光部分ＨＬ−Ｃ４３によって形成される光部分画素から分離されるように）位置付けられる。本発明の好ましい実施形態において、画像形成ドラムシリンダ４６０の側面図を示す、図９の右上部分内の破線のバブルによって示されているように、結像面４６２は、スキャンラインＳＬ−４においてビームＨＬ−Ｃ４１、ＨＬ−Ｃ４２およびＨＬ−Ｃ４３によって生成される画像が、破線のバブル内に示されているように反転されるように、焦線ＦＬの位置に設定される。装置４００に関するさらなる詳細は、「ＡＮＡＭＯＲＰＨＩＣ ＰＲＯＪＥＣＴＩＯＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ」と題する共同所有の米国特許第８，４０５．９１３号明細書に記載されている。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】