Brevet FR2463680A1 — publié le 19810227

l'invention concerne une tête d'impression pour des imprimantes optiques. Des imprimantes à grande vitesse utilisées pour le traitement de données sont destinées à transformer des si- gnaux électriques d'entrée en des images visuelles facilement reconnaissables scus une forme imprimée. Parmi des imprimantes de ce genre, l'invention est applicable à un dispositif optique d'impression utilisant des sources de lumière et des dispositifs photosensibles, et plus particulièrement à une imprimante optique utilisant des dis- positifs émetteurs de lumière à l'état solide. Pour les dispositifs émetteurs de lumière, on utili- se des rangées linéaires de diodes émettrices de lumière ou des lasers semi-conducteurs. Une série de dispositifs émetteurs de lumière peut, par exemple, être constituée par un arseniure phosphure de gallium comme matériau de base, ayant E couches de Ga As P formées par un procédé de développement à orientation contrô- lée par un substrat de cristal, et un grand nombre de cou- ches de P sous une forme linéaire réalisée par diffusion de zinc. Toutefois, une dimension maximale d'arseniure phosphu- re de gallium que l'on peut obtenir comme matériau de base est limitée approximativement à cinq centimètres sur la base de son diamètre de pastilles. Afin d'augmenter la largeur d'impression d'une im- primante, on utilise plusieurs ensembles de dispositifs émet- teurs de lumière, et il est nécessaire d'aligner les images lumineuses provenant de ces dispositifs émetteurs sur une seule ligne droite d'images sur la surface photosensible. Jusqu'ici, pour des imprimantes optiques, la lumière émise par chaque dispositif émetteur d'une rangée est reliée à la surface photosensible au moyen de chaque câble individuel en fibres optiques situé en face du dispositif émetteur de lumière correspondant. Ce dispositif émetteur de lumière et une extrémité du câble opposé en fibres optiques viennent en contact l'un avec l'autre ou sont disposés tout près l'un de l'autre, en laissant un espace faible qui peut ne pas dépasser l'ordre de quelques microns. L'autre extrémité du câble en fibres op- 2463680- tiques et la surface photosensible sont disposées de façon analogue en laissant un espace qui peut être approximative- ment de l'ordre de cent microns. Dans ce cas, les espacements précités sont très dif- ficiles à donner en exemple, et en conséquence doivent être maintenus de façon très précise, puisque les intervalles su- périeurs aux valturs citées précédemment ont une influence nuisible sur les propriétés de transmission de l lumière et l'amplitude des spots lumineux, c'estrà-dire la qualité de l'impression. Il est, toutefois, extrêmement difficile de respecter ces intervalles avec précision. En outre,si un câ- ble en fibres vient en contact avec la surface photosensi- ble, avec la distance entre le câble en fibres et la surfa- ce photosensible sur le tambour non réalisée correctement, le câble et la surface photosensible peuvent être endomma- gés par suite de la rotation du tambour. Dans le cas d'un câble en fibres, son plan d'image est situé à l'extrémité de sa section transversale, de sor- te que la distance focale n'estdisponible qu'à l'intérieur du câble. Un objet de l'invention est de réaliser une nouvel- le tête d'impression pour des imprimantes optiques à grande vitesse. Un autre objet de l'invention est de réaliser une -25 tête d'impression capable de fournir une impression de hau- te qualité. Un troisième objet dé l'invention est de permettre un réglage facile des rapports entre les positions de cha- cun des composants d'une tête d'impression. Une tête d'impression suivant l'invention comprend un certain nombre de rangées contenant chacune plusieurs dispositifs émetteurs de lumière qui peuvent être déclenchés sélectivement, et un dispositif optique pour former des ima- ges lumineuses, depuis ces émetteurs, sur une surface pho- tosensible. Plusieurs séries de dispositifs émetteurs de lumière sont réparties sur plusieurs rangées, avec les émetteurs de lumière disposés sur une seule ligne dans la même direction que ces sries. Le dispositif optique est constitué par plu- sieurs rangées d'ensembles optiques fibreux placés dans un ordre donné et dont les axes optiques sont orientés perpen- diculairement à la surface plitosensible précitée. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite avec référen- ce aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue schématique d'une impri- mante optique suivant l'invention. la figure 2 montre ul mode de réalisation de l'in- vention dans lequel, entre autres, on a représenté la dis- position des rangées de dispositifs émetteurs de lumière et des ensembles optiques fibreux rangés dans un ordre donné, ainsi que les images lumineuses des émetteurs de lumière. La figure 3 est une vue latérale des dispositifs émetteurs de lumière et des ensembles optiques fibreux ran- gés dans un ordre donné. La figure 4 montre une manière de monter les dis- positifs émetteurs de lumière et les ensembles optiques fi- breux rangés dans un ordre donné. La figure 5 montre les dispositifs émetteurs de lu- mière et un mode de réalisation vu depuis la surface photo- sensible. Les figures 6 et 7 montrent des réalisations des ensembles optiques fibreux rangés dans un ordre donné, vus de- puis les axes optiques. La figure 8 montre des images lumineuses émises par des dispositifs émetteurs, telles que formées sur la sur- face photosensible. La figure 9 montre un système d'entraInement pour des dispositifs émetteurs de lumière. Sur la figure 1, on a représenté un système d'im- pression optique suivant l'invention. Ce système comprend une imprimante optique qui fournit un ensemble de points constitutifs de caractères, au moyen, par exemple, d'un sys- tème xérographique utilisant une surface photosensible. Un certain nombre de signaux électriques d'entrée représentant une information relative à des caractères sont envoyés par un ensemble 10 de contrôle entrée/sortie à un registre à dé- calage 11. Ce registre emmagasine temporairement les infor- mations relatives aux caractères et, après synchronisation del'information pour la totalité d'une ligne d'impression, transmet l'information pour la totalité de la ligne de points à ur. circuit de commande 12 de dispositifs émetteurs de lu- mière. Le circuit 12 est excité par l'information précitée, et des séries de dispositifs émetteurs de lumière 14 montés sur des supports en céramique 13 deviennent éclairants. Les dispositifs 14 possèdent un grand nombre d'émetteurs de lu- mière 15 ou de diodes émettrices de lumière disposées en li- gne. Les émetteurs 15 sont excités sélectivement par le cir- cuit de commande 12. La lumière émise par les dispositifs 14 est projetée sous la forme d'-imaees lumineuses sur une sur- face photosensible 18 d'un tambour photosensible 17 par l'in- termédiaire d'ensembles fibreux 16 rangés dans un ordre don- né. Les axes optiques des ensembles 16 sont perpendicu- laires à la surface 18 ou suivant l'axe de rotation 27 du tambour 17. En conséquence, deux rangées d'images lumineuses sont formées sur lasurface photosensible 18. Toutefois, des points pour une ligne peuvent être représentés sous la forme d'images lumineuses suivant une unique rangée linéaire sur la surface 18 si le temps d'éclairement des ensembles émetteurs 14 est retardé en conséquence. Quand la projection d'une chaine de points représen- tant une première ligne complète est terminée, une seconde ligne est formée au moyen d'une nouvelle succession de points. Quand cette succession d'opérations est répétée, l'impres- sion des caractères constitutifs de chaque ligne individuel- le est réalisée. De cette manière, les caractères destinés à composer les lignes suivantes sont imprimés sur une base ligne à ligne. Le mode d'impression par utilisation d'images lumi- neuses sur un tambour photosensible 17 est bien connu des techniciens. En résumé, un chargeur 19 envoie une charge corona sur un tambour 17. Si la surface 18 est exposée à la lumiè- re émise par les dispositifs 14, des images électrostatiques latentes scnt formées dans les zones ainsi exposées. Le tam- bour 17 étant entralné à une\vitesse constante par un moteur , un régulateur 22 en matériau magnétique développe les images latentes électrostatiques quand les zones précitées arrivent au voisinage d'un développateur 21. Un étage de transfert 23 attire alors électrosta- tiquement le matériau depuis la surface 18 et transfère les images sur une feuille de papier 24. Un étage de séparation est prévu pour séparer une feuille de papier imprimée de la surface photosensible 17. Un reste éventuel de matériau sur la surface 18 peut %tre enlevé au moyen d'un étage de nettoyage 26. Tandis que, dans l'imprimante optique qui vient d'être décrite, on utilise un tambour photosensible comme dispositif photosensible, on peut le remplacer par une feuil- le de papier pour copie photosensible ou par une surface pho- tosensible d'un aessin que l'on amène au moyen d'une cour- roie transporteuse. En bref, on peut utiliser n'importe quel appareil ayant une surface photosensible capable de former des ima- ges lumineuses. La figure 2 montre un mode de réalisation du sys- tème de la figure 1. Des séries 14a et 14b de dispositifs émettant de la lumière comprenant chacune un grand nombre d'émetteurs 15 disposés sur une même ligne droite sont mon- tés sur des supports en céramique 13a et 13b et sont dispo- sés suivant plusieurs lignes, par exemple au nombre de deux, le long d'un axe longitudinal du tambour 17. Les supports 13a et 13b sont placés à des distances déterminées les uns des autres, sur leurs rangées respectives, parallèlement à la surface photosensble 18. En conséquence, les dispositifs 14a et 14b sont décalés alternativement suivant deux rangées discontinues ayant la même direction que les rangées d'émet- teurs 15. Les dispositifs 14a d'une rangée a et les disposi- tifs 14b d'une rangée b sont séparés latéralement les uns des autres de la distance déterminée précitée, et les émetteurs de chaque rangée sont disposés suivant une ligne droite, tandis que les deux rangées d'émetteurs sont parallèles l'- une à l'autre. Un ensemble optique fibreux la est placé entre les dispositifs 14a de la rangée a et la surface photosensi- ble 18, tandis qu'un ensemble optique fibreux 16b est dispo- sé entre les dispositifs 14b de la rangée b et la surface 18 précitée. Les axes optiques des ensembles 16a et 16b sont di- rigés perpendiculairement à la surface 18. Chacun des ensem- bles 16a et 16b possède une puissance de lentille équimulti- ple. La lumière émise par chacun des dispositifs 14a est pro- jetée sous la forme d'images lumineuses 28a au moyen de l'en- semble 16a sur la surface photosensible 18. La lumière prove- nant de chacun des dispositifs 14b est également transformée en images lumineuses 28b sur la surface 18 précitée, de la même manière, au moyen de l'ensemble 16b. Les images lumineu- ses 28a ou 28b ont la même longueur latérale que 1 qui repré- sente la longueur mesurée dans la direction de la rangée des émetteurs 15 et sont formées à un espacement double de la lon- gueur dans une seule ligne droite pour chaque rangée transver- salement au sens de rotation du tambour 17. En conséquence, les images 28a et 28b scnt formées alternativement de façon intermittente étagée sur deux ran- gées séparées sur la surface sensible 18. La figure 3 prise d'un côté de la figure 2, montre les positions respectives des émetteurs de lumière, des ensem- bles fibreux et du tambour photosensible. La figure 4 montre un mode d'assemblage des émet- teurs de lumière et des ensembles fibreux. Sur la figure 3, le dispositif 14a est monté sur le support en céramique 13a, qui est lui-même monté sur un récep- teur de chaleur 29 au moyen de vis. -Par ailleurs, un support 13b est nonté sur la surface inférieure du récepteur 29 com- me on le voit sur la figure 4. Des ensembles 16a et 16b sont fixés respectivement à chacun des deux côtés d'un organe d'espacement 30 au moyen de vis. Le récepteur de chaleur 29 et l'organe d'espacement 30 sont fixés à des supports 31, au moyen de vis, à leurs deux extrémités. Les deux supports 31 sont réuils au châssis princi- pal de l'imprimante au moyen de vis et de bords de montage 32 (figure 4). Sur la figure 3, on voit que l'axe optique de 1' ensemble 16a est perpendiculaire à la surface photosensible 18, ou suivant l'axe de rotation 27 du tambour 17. En conséquence, la lumière provenant des dispositifs 14a est projetée per- pendiculairement à la surface photosensible 18 à travers 1' ensemble 16a. La description donnée pour la rangée a est éga- lement valable en ce qui concerne la rangée b, en substitu- ant rfespectivement 14b et 1Gb à 14a et 16a. Des imabes lumineuses 28a et 28b soLt formées avec une netteté parfaite sur la surface photosensible 18. Dans des imprimantes optiques de conception sus- ceptible d'être utilisée avec de la lumière émise non perpen- diculairement à la surface photosensible 18, les images lu- mineuses ont une qualité inférieure et sont dispersées dans le cas o la circularité du tambour photosensible 17 est ir- régulière par rapport à l'axe de rotation 27 de ce tambour. Comme on l'indiquera plus loin, la distance entre les images 28a et 28b est égale à L sur la surface photosen- sible 18. Comme le montre la figure 3, la distance entre le dispositif 14a et l'ensemble 16a est la mme que la distance entre l'ensemble 16a et la surface 18. Cette distance peut varier entre quelques millimètres et une dizaine de millimè- tres, ce qui permet de ré,ler les positions de chaque compo- sant avec une très grande facilité, puisque cet espace est sensiblement supérieur à ce quenécessitent les techniques connues. La figure 5 montre des dispositifs 14a, 14b dont chacun est monté sur un support en céramique 13a, 13b et com- prend un grand nombre d'émetteurs 15 disposés sur une file d'attente et sont excités sélectivement. A titre d'exemple, un dispositif émetteur de lumière contient 128 émetteurs dis- posés latéralement et séparés les uns des autres par un in- tervalle de 0,1 mmi si un pouvoir séparateur de dix lignes par millilètre est nécessaire. Les dispositifs 14a de la ran- gée a et les dispositifs 14b de la rangée b sont disposés alternativement sur deux rangées dans lesquelles ils sont dé- calés les uns des autres.- Chacun des émetteurs 15 a une dimen- sion. dans le sens de na rangée, et l'espacement des autres émetteurs est également égal à 1. De miême, des séries de dispositifs sur chaque raii- gée, au total au nombre de seize, sont nécessaires pour réa- liser une tête imprimante optique. Dans ce cas, le nombre to- tal des émetteurs de lumière s'élève à 2 048, c'est-à-dire 128 x 16. La figure 6 montre un ensemble de fibres opti- ques vu suivant son axe optique. Cet ensemble de fibres optiques comprend un cer- tain nombre de segments 36 de lentilles optiques fibreuses 34 disposées sur deux rangées, espacés-les uns des autres d'une distance déterminée sur un support 33, incorporés à ce support, et fixés au moyen d'un matériau résineux 35 qui rem- plit les intervalles entre les lentilles précitées. Un maté- riau en résine époxy renforcée par du verre peut, par exem- ple, consituer le support 33 et une résine époxy constitue le matàiau 35. Les ensembles optiques précités sont constitués par un certain nombre de lentilles individuelles 34 formées en découpant transversalement un faisceau fibreux optique de dimensions déterminées de façon à obtenir une formation d'i- mages dont la puissance lenticulaire est équimultiple. Ces lentilles 34 ont un diamètre d'environ 4 mm. Dans l'ensemble fibreux, une formation d'image pour un spot est réalisée au moyen d'un certain nombre de lentilles 34. Le diamètre d'un faisceau de lentilles fibreuses qui participe à la formation d'une image est supposé être D. Les ensembles représentés figure 6 comprennent des lentilles en fibres optiques groupées sur la base de se6ments de façon qu'on puisse placer chacun de ces segments 34 en fa- ce d'un autre qui fait partie d'un des ensembles 14. La lar- geur d'un seul segment 36 est déterminée afin d'assurer que W = 1 + D, o 1, comme indiqué précédemment, représente la dimension latérale de chaque émetteur 15 des dispositifs 14a et 14b et correspond à la longueur de l'image sur la surface photosensible 18 comme le montre la figure 2. Les segments 36 contenant des lentilles en fibres optiques sont déterminés de manière que P = 2 1, o P représente le pas, et chacun des segments est disposé de façon à être relié à l'un des dispositifs 14a ou 14b. La figure 7 montre un ensemble dans lequel de nom- breuses lentilles 34 disposées sur trois rangées sont incorporées à un support 37 et emprisonnées par un matériau résineux 35. Les lentilles 34 sont disposées de façon à être reliées aux éléments comples d'un certain nombre d'émetteurs de lumière. Dans ce cas, elles peuvent être assemblées plus facilement ein raison de l'absence d'une construction segmen- taire qui entraIne ds limitations physiques dans la dimen- sion, inhérentes aux ensembles de fibres optiques de la fi- gure 6. la figure 8 montre des images lumineuses prove- nant d'émetteurs et formées sur une surface photosensible. Comme le montre aussi la figure 3, les images 28a et 28b provenant des émetteurs sont projetées par intermittence en laissant une distance I entre chaque rangée des images 28a et 28b. En conséquence, les dispositifs 14a dans la rangée a comme on le voit figure 2 doivent être excités en premier lieu, et après l'écoulement d'un temps dooné, les dispositifs 14b de la rangée b doivent être mis en service. Les interval- les de temps peuvent être ajustés électriquement par des im- pulsions de synchronisation définies par L/V, o V désigne le déplacement de la surface photosensible 18. La figure 9 montre un système d'entraInement pour des émetteurs de lumière. Ce système comprend des bornes d' entrée 101 h 104, des circuits déclencheurs 105 à 109, des registres à dékcage 111, 112, un déclencheur de mémoire 113, des dispositifs d'actionnement 121, 122 et des dispositifs émetteurs 14a, 14b. Une information concernant l'impression sous la forme d'un signal électrique est appliquée en série depuis une borne d'entrée 1G3. Chacun des dispositifs émet- teurs est supposé comprendre K bits ou avoir K éléments émet- teurs de lumière 15. A la borne d'entrée 102, des signaux sont envoyés pour répartir les bits de l'information préci- tée tous les K bits. la distribution est réalisée au moyen des circuits déclencheurs 105 à 107. Des signaux arrivant aux dispositifs 14a dans la ranrée a sont fournis par le déclen- cheur 106 au registre à décalage 111 en série à l'entrée et en parallUle à la sortie, et en outre à des transistors du dispositif d'actionnement 121. D'autre part, des signaux * arrivant aux dispositifs 14b dans la rangée b sont emmagasi- nés temporairement dans la mémoire 113 depuis le déclencheur - 10 - 1C7. Les dispositifs 14b dans la rangée b envoient des ima- ges lumineuses représentant une information sur une litne déterminée, avec un retard égal à I/V comme indiqué ci-des- sus, plus tard que les dispositifs 14adans la rangée a, de sorte que la mémoire 113 précitée est du type en série à 1' entrée et en parallèle à la sortie et est destinée à accumu- ler une information pour les intervalles de temps précités. Ce résultat peut être obtenu soit par un registre à décala- 1C ge, soit par une mémoire à accès direct. La capacité de cet- te mémoire 113 doit être égale à KnIR bits au minimum; com- me indiqué précédemment, K est le nombre d'éléments émet- teurs de lumière compris dans un des ensembles de dispositifs émetteurs de lumière, n est le nombre de dispositifs 14b dans la rangée b, i représente la distance entre les images lumineuses 28a et 28b, et R est le pouvoir séparateur préci- té d'une imprimante. L'information accumulée dans la mémoire 113 est alors transmise au registre à décalage 112 de façon séquentielle, en série à l'entrée et en parallèle à la sortie, et en outre aux transistors du dispositif d'actionnement 122 depuis le registre à décalage 112. Quand un potentiel émetteur de lumière est appliqué aux dispositifs d'actionnement 121 et 122 à travers la bor- ne d'entrée 101, ces transistors sont mis en service, de sorte que les émetteurs 15 des dispositifs 14a et 14b sont éclairés sélectivement en fonction de l'information à impri- mer. Des impulsions de synchronisation sont envoyées à la borne d'entrée 104, et à travers les déclencheurs 108 et 109 aux registres à décalage 111 et 112 de même qu'à la mé- moire 113. Comme il résulte de la description qui précède, l'in- vention présente les avantages suivants: Des dispositifs émetteurs de lumière sont utilisés comme sources lumineuses et des rangées d'ensembles optiques fibreux placés dans un ordre donné sont utilisées comme un élément du système optique, ce qui permet de réaliser une imprimante optique de petites dimensions, à grande vitesse - 11 - et de haute qualité. En outre, entre des dispositifs émetteurs de lumiè- re et des rangées d'ensembles optiques fibreux placés dans un ordre donné, de même qu'entre ces ensembles fibreux et la surface photosensible, on peut laisser des espaces res- pectifs appropriés de plusieurs millimètres, assez larges pour assurer que les espacements soient facilement détermi- nés et adaptés les uns aux autres. De plus, l'absence de contacts physiques entre les ensembles impliqués peut les em- pêcher d'être endommagés en raison de collisions les uns avec leu autres. Dans un système de reproduction xérographique, un matériau régulateur est dispersé au moment o les disposi- tifs émetteurs de lumière sont excités, mais l'étendue de la dispersion de ses particules n'est pas suffisante. Comme indiqué précédemment, l'invention rend facile de laisser des espaces appropriés entre les éléments consti- tutifs. Ainsi, la perte de transmission de lumière due à l'adhérence d'un matériau à un ensemble optique fibreux peut n'avoir qu'une faible importance en raison de l'intervalle qui sépare les éléments reliés. D'après l'invention, le plan dans lequel se forment les images d'un ensemble optique fibreux se trouve dans 1' espace qui comprend la surface photosensible. En conséquen- ce, la distance focale peut être des deux cotés du plan pré- ci-té de l'ii.age. Un ensemble optique fibreux utilisable suivant l'in- vention est facile à obtenir en raison de sa construction simple, dans laquelle plusieurs lentilles en fibres opti- ques sont disposées latéralemanrt et noyées dans un support. L'invention rend possible de placer les axes optiques d'ensembles optiques fibreux perpendiculairement à une sur- face photosensible. En conséquence, de légères variations des intervalles entre des ensembles optiques fibreux et une surface photosensible negênent pas la définition du modèle à imipriraer. Il doit être bien entendu que la description qui pré- cède n'a été faite qu'à titre d'exemples non limitatifs et peut subir des. .odificatioLs sans sortir de l'esprit de - 12 - l'invention défini par les revendications ci-caprès. - 13 - REVE3DICATIONS 1. Tête d'impression optique pour des imprimantes op- tiques, caractérisée en ce qu'elle comprend un certain nom- bre de rangées contenant chacune plusieurs dispositifs émet- teurs de lumière déclenchés sélectivement et répartis en plusieurs séries ayant la même orientation que les rangées précitées, et un certain nombre de rangées d'ensembles opti- ques fibreux qui font que des images lumineuses provenant de ces dispositifs émetteurs sont formées sur une surface pho- tosensible, ces rangées d'ensembles optiques fibreux a5ant des axes optiques perpendiculaires à la surface photosensi- ble précitée et étant disposées en face de chaque rangée de dispositifs émetteurs de lumière et ayant une puissance de lentille équimultiple. 2. Tête d'imprimante suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que les dispositifs émetteurs de lumière précités sont constitués par des rangées de diodQs émettri- ces de lumière de haute qualité. 3. Tête d'imprimante suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que les dispositifs émetteurs de lumière pré- cités sont des rangées de lasers de haute qualité. 4. Tête d'imptimante suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que les dispositifs émetteurs de lumière précités sont disposés alternativement sur deux rangées dé- calées, les émetteurs de chaque rangée étant disposés côte à cote et étant espacés les uns des autres, de façon uni- forme, d'une distance correspondant à la dimension latérale de chaque élément individuel. 5. Tête d'imprimante suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que les rangées précitées d'ensembles op- tiques fibreux comprennent plusieurs lentilles optiques fi- breuses réparties en un certain nombre de segments fixés à un support, de sorte que chacune des rangées d'ensembles fi- breux est placée en face du dispositif émetteur de lumière correspondant. 6. Tête d'imprimante suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que les rangées précitées d'ensembles op- tiques fibreux comprennent plusieurs lentilles optiques fi- - 14 - breuses réparties sur un unique support *continu, de sorte que les rangées d'ensembles fibreux sont placées en face de la totalité des dispositifs émetteurs de lumière précités. 7. Système diviseur pour des têtes d'imprimantes op- tiques suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire pour emmagasiner des informations d'en- trée envoyées aux émetteurs de lumière d'une seconde rangée et concernant le retard avec lequel les émetteurs de lumiè- re d'une première rancgée sont allumés en même temps que cel- les de la seconde rangée. s-