[0001] 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.
[0002] Ein derartiger optischer Drucker ist beispielsweise aus der DE-OS 28 12 206 bekannt
und ist im Prinzip in Figur 1 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 Lichtschaltelementen,
die mit Hilfe der Technik der Flüssigkristalle hergestellt werden. Eine noch andere
Technik benutzt zum Aufbau einer Lichtschaltzeile keramische elektro-optische Materialien.
[0003] Durch die DE-A 2 924 882 ist es bekannt, das optische Abbildungssystem eines optischen
Druckers aus zeilenweise angeordneten selbstfokussierenden Linsen aufzubauen.
[0004] Angewendet werden optische Druckköpfe z. B. in elektrophotographischen 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 von Text oder Graphik auf Normalpapier mit hoher Qualität.
[0005] Grundsätzlich wird bei optischen Druckköpfen eine möglichst hohe Dichte von elektronisch
individuell schaltbaren Lichtpunkten angestrebt, um damit die Bildqualität zu erhöhen.
Für die Anwendung in elektrophotographischen 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.
[0006] Verwendet man Lichtschaltmasken in einer Festkörpertechnik, 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.
[0007] 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.
[0008] 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 Einzelobjektiven 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.
[0009] 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.
[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen 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.
[0011] Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die in einer Zeile 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 welcher lichtundurchlässig und größer als der Abstand der Lichtschaltelemente
innerhalb einer Gruppe 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, welche die zugehörigen Lichtpunktmuster
jeweils leicht vergrößert so abbildet, daß in der Bildebene alle abgebildeten Bildpunkte
entlang der gesamten Zeile den gleichen Abstand aufweisen.
[0012] Die Erfindung hat den Vorteil, daß trotz der unterschiedlichen Abstände der Lichtschaltelemente,
die durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Elementengruppen bedingt sind,
ein Raster erreicht wird, welcher zwischen jedem Rasterpunkt gleiche Abstände aufweist.
[0013] Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines optischen Druckers mit Lichtschaltelementen,
Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines optischen Druckers gemäß der Erfindung in Seitenansicht,
Fig. 3 den Drucker nach Figur 2 in Draufsicht und
Fig. 4 die Draufsicht eines Festkörperträgers, auf dessen Oberseite eine Vielzahl
von Lichtschaltelementen aufgebracht sind.
[0014] 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 Zeile von magneto-optischen 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 die anschließend in Streifen entlang der Seitenlinien der Quadrate
zersägt wird.
[0015] 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.
[0016] 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
lichtfokussierende Wirkung erreicht, die zur Abbildung von Lichtpunktmustern ausgenutzt
werden kann.
[0017] 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 zeilenförmige Anordnung von vielen solcher
Linsen kann als zusammenhängende, kompakte Komponente hergestellt werden.
[0018] Bei der Anordnung nach den Figuren 2 und 3 wird eine zusammenhängende Reihe von Gradienten-Linsen
LS verwendet, die so dimensioniert sind, daß die Objektebene sich in geringem Abstand
vor der Eintrittsfläche der Linse befindet, und dieser Abstand der optischen Dicke
des Trägers T der Lichtschaltmaske S entspricht. Die Lichtschaltzellen 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.
[0019] 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 die Brennweite der
Linsen nur wenige Millimeter, so daß sich ein kurzer Abstand zwischen Objektebene
der Lichtschaltmaske S und der Bildebene Z ergibt.
[0020] Entsprechend der gewünschten Breite des Druckkopfes wird eine größere Anzahl von
Gradienten-Linsen LS1, LS2, 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 a 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.
[0021] Um jede beliebige Breite des Druckkopfes realisieren zu können, werden mehrere Lichtschaltmasken
S1, S2, usw. auf der Linsenanordnung LS aneinander gesetzt. Jede Lichtschaltmaske
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 bei
dem Aneinandersetzen mehrerer Lichtschaltmasken S1, S2 ... der Abstand b der Lichtschaltmasken
so gewählt werden kann, daß die Gruppen M verschiedener Lichtschaltmasken S zueinander
auch im äquidistanten Rastermaß R angeordnet sind.
[0022] Für die beispielhaft erwähnten magneto-optischen Lichtschaltmasken 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
ist. Dies ermöglicht dann, die Gruppen M vieler Lichtschaltmasken S im Zusammenhang
entsprechend Fig. 4 auf einer Festkörperscheibe 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.
[0023] 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 Zeilen, 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 Gruppen zersägt werden.
[0024] 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.
[0025] 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.
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 einer Zeile auf der Lichtschaltmaske (S) angeordneten Lichtschaltelemente (LZ)
zu Gruppen (M) zusammengefaßt sind, die jeweils durch einen äquidistanten Zwischenraum
(a) voneinander getrennt sind, in welchem keine Lichtschaltelemente vorgesehen sind,
und welcher lichtundurchlässig und größer als der Abstand der Lichtschaltelemente
(LZ) innerhalb einer Gruppe (M) 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 selbstfokus sierenden Linse (LS) zugeordnet
ist, welche die zugehörigen Lichtpunktmuster jeweils leicht vergrößert so abbildet,
daß in der Bildebene alle abgebildeten Bildpunkte entlang der gesamten Zeile den gleichen
Abstand aufweisen.
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
Gruppe (M) von Lichtelementen (LZ) auf dem Aufzeichnungsträger (Z) durchführen.
4. Optischer Drucker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, 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
das aus der Lichtschaltmaske und der Lichtquelle bestehende Gefüge durch integrierte
Zeilen von lichtemittierenden Dioden gebildet wird.
1. An optical printer, comprising a light source, a light switching mask with light
switching elements, and an optical imaging system which is arranged between the light
switching mask and the photosensitive record carrier in order to transfer the light
dot raster generated in the light switching mask to the record carrier, characterized
in that the light switching elements (LZ) arranged in a row on the light switching
mask (S) are combined in order to form groups (M) which are each time separated from
one another by an equidistant intermediate space (a) in which no light switching elements
are present, which is light-impermeable, and which is larger than the distance between
the light switching elements (LZ) within a group (M), the optical imaging system (A)
consisting of a series of self-focusing lenses (LS) which have the same dimensions
and the same imaging properties and which are arranged at regular distances from one
another, each group (M) of light switching elements (LZ) being associated with a self-focusing
lens (LS) which images the associated light dot raster with a slightly enlarged scale
so that along the entire line the same spacing is obtained between all image points
imaged in the image plane.
2. An optical printer as claimed in Claim 1, characterized in that the light switching
mask (S) with the light switching elements (LZ) is mounted directly on the light entrance
faces of the self-focusing lenses (LS), preferably by means of an adhesive.
3. An optical printer as claimed in the Claims 1 and 2, characterized in that the
self-focusing lenses (LS) produce a single, inverted image of the associated group
(M) of light elements (LZ) on the record carrier (Z).
4. An optical printer as claimed in the Claims 1 and 2, characterized in that the
self-focusing lenses (LS) produce a two-fold image of the associated group (M) of
light switching elements (LZ), via an intermediate image which is situated within
each self-focusing lens (LS), a non-inverted position of the image points thus being
obtained on the record carrier (Z).
5. An optical printer as claimed in the Claims 1 to 4, characterized in that a plurality
of light switching masks (S) with the associated self-focusing lenses (LS) are adjacently
arranged, the distance (b) between the light switching masks (S) being chosen so that
the distance between the last light switching element (LZ) of a light switching mask
(S1) and the first light switching element (LZ) of the next light switching mask (S2)
corresponds to the distance (a) between the groups (M) of light switching elements
(LZ).
6. An optical printer as claimed in the preceding Claims, characterized in that the
structure consisting of the light switching mask and the light source is formed by
integrated rows of light- emitting diodes.
1. Imprimante optique comportant une source lumineuse, un masque commutateur de lumière
muni d'éléments commutateurs de lumière et un système optique de reproduction disposé
entre le masque commutateur de lumière et le support d'enregistrement photosensible
pour transmettre au support d'enregistrement la configuration de spots engendrée dans
le masque commutateur de lumière, caractérisée en ce que les éléments commutateurs
de lumière (LZ) arrangés par lignes sur le masque commutateur de lumière (S) sont
réunis en groupes (M) séparés par des intervalles égaux (a) dans lesquels ne sont
pas prévus d'éléments commutateurs de lumière, intervalles qui sont opaques et qui
sont plus grands que la distance séparant les éléments commutateurs de lumière (LZ)
d'un groupe (M), en ce que le système optique de reproduction (A) est constitué d'un
alignement de lentilles à focalisation automatique (LS) disposées à des distances
régulières les unes des autres et présentant des dimensions et des propriétés de reproduction
égales et en ce que chaque groupe (M) d'éléments commutateurs de lumière (LZ) est
associé à une lentille à focalisation automatique (LS) qui reproduit la trame correspondante
de spots de lumière légèrement agrandie, de telle manière que, dans le plan d'image,
tous les spots reproduits soient séparés par la même distance sur toute la ligne.
2. Imprimante optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le masque commutateur
de lumière (S) muni des éléments commutateurs de lumière (LZ) est monté directement
sur les surfaces d'entrée de lumière de la lentille à focalisation automatique (LS),
et cela de préférence au moyen d'une colle.
3. Imprimante optique selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les
lentilles à focalisation automatique (LS) forment une image simple inversée du groupe
associé (M) d'éléments commutateurs de lumière (LZ) sur le support d'enregistrement
(Z).
4. Imprimante optique selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les
lentilles à focalisation automatique (LS) forment une image double du groupe associé
(M) d'éléments commutateurs de lumière (LZ), image double qui comporte une image intermédiaire
située à l'intérieur de chaque lentille à focalisation automatique (LS), de sorte
qu'on obtient sur le support d'enregistrement (Z) une position non inversée des points
d'image.
5. Imprimante optique selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que plusieurs
masques commutateurs de lumière (S) munis des lentilles à focalisation automatique
associées (LS) sont disposés côte à côte et en ce que la distance (b) entre les masques
commutateurs de lumière (S) est choisie de façon que la distance comprise entre le
dernier élément commutateur de lumière (LZ) d'un masque commutateur de lumière (S1)
et le premier élément commutateur de lumière (LZ) du masque commutateur de lumière
suivant (S2) corresponde à la distance (a) entre les groupes (M) des éléments commutateurs
de lumière (LZ).
6. Imprimante optique selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que
la structure formée par le masque commutateur de lumière et la source lumineuse est
constituée par des alignements intégrés de diodes électroluminescentes.