Brevet FR2576474A1 — publié le 19860725

1- L'invention concerne un système optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image utilisant un modulateur électromécanique de lumière. Un explorateur de sortie d'image est un dispositif utilisé dans un appareil de copie, un appareil de télécopie et analogue, destiné à balayer l'image d'un original tel qu'un document et à la délivrer sous la forme d'une information d'image par un signal lumineux ou électrique. Diverses formes de ces explorateurs de sortie d'image sont connues. Par exemple, un grand nombre des explorateurs de sortie d'image utilisés dans les appareils répandus de copie du type PPC sont du type dans lequel un origi- nal est balayé par la lumière d'une lampe à halogène ou analogue,et la lumière réfléchie par cet original forme une image directement sur un support photosensible électrophotographique. En outre, il existe un procédé dans lequel, par exemple dans une imprimante à faisceau laser, l'image d'un original est convertie en un signal électrique, après quoi, sur la base de ce signal, un faisceau ou rayon laser est modulé par l'utilisation d'un modulateur de lumière et forme l'image sur un support photosensible. De plus, au cours des dernières années, avec le développement de la technique des circuits intégrés, il a été proposé un explorateur de sortie d'image utilisant un modulateur électromécanique de la lumière comportant un certain nombre d'éléments déflecteurs très petits portés par une base. La construction générale d'un tel explorateur de sortie d'image sera décrite ci-après en référence aux dessins annexés et décrits par la suite. La figure 1 représente schématiquement un exemple de l'explorateur de sortie d'image utilisant le modulateur électromécanique de lumière, indiqué ci-dessus (ce modulateur étant désigné plus simplement ci-après par l'expression modulateur de lumière). Sur la figure 1, la référence numérique 1 désigne une source de lumière telle qu'une lampe à filament de tungstène, la référence numérique 2 désigne un système optique d'irradiation, la référence numérique 3 désigne un modulateur de lumière, la référence numérique 4 désigne un système optique de projection, la référence numérique désigne un miroir réfléchissant et la référence numéri- que 6 désigne un tambour photosensible. La lumière provenant de la lampe 1 est appliquée sur le modulateur de lumière 3 par le système optique 2 d'irradiation et seule la lumière réfléchie nécessaire du signal d'image est condensée sur le tambour photosensible 6 par le système optique 4 de projection par l'intermédiaire du miroir réfléchissant 5. Actuel- lement, dans un tel explorateur de sortie d'image, diverses formes peuvent être conçues pour le modulateur de lumière 3. - La figure -2A est une vue en perspective schématique à échelle agrandie montrant un exemple d'un tel modulateur 3 de lumière, et la figure 2B est une élévation schématique à échelle agrandie de ce modulateur. Sur les figures 2A et 2B, la référence numérique 3a désigne des plaques d'éléments d'image à miroir conçues pour être courbées vers le haut et vers le bas par des moyens électromécaniques. Comme montré sur la figure 2B, la direction de la lumière réfléchie 7 renvoyée par la plaque d'élément d'image à miroir 3a courbée vers le bas (représentée en traits pointillés) diffère de la direction de la lumière réflé- chie par la plaque 3a non courbée (représentée en traits pleins). Les directions des diverses plaques 3a d'éléments d'image à miroir pouvant être ainsi modifiées individuel- lement conformément à un signal d'image appliqué au modulateur 3 de lumière, une image latente électrostati- que correspondant au signal d'image peut être formée sur la surface du tambour photosensible 6. L'image latente électrostatique est transformée en une image visible par le procédé électrophotographique bien connu. Cependant, dans l'explorateur de sortie d'image tel que décrit ci-dessus, la direction de la courbure de la plaque 3a d'élément d'image à miroir ne tourne pas, mais est inclinée vers le bas par rapport à la face de la plaque 3a d'élément d'image à miroir comme montré sur la figure 2B et, par conséquent, la séparation de la lumière du signal et de la -lumière réfléchie inutile 7 devient difficile lorsque l'on prend en considération la diffraction dans l'espace image. En conséquence, la distance entre le modulateur 3 de lumière et le système optique 4 de projection doit être allongée jusqu'à ce que les deux lumières diffractées puissent être séparées l'une de l'autre. Ceci ne signifie rien d'autre qu'un agrandissement du système optique dans sa direction latérale. De plus, même si les deux lumières diffractées pouvait être séparées l'une de l'autre à faible distance, le fait de rendre le système optique compact ou d'obtenir une bonne caractéristique de formation d'image se heurterait au problème posé par la nécessité de trouver un moyen optique pour raccourcir la distance focale du système optique de projection ou analogue. L'invention a pour objet un système optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image utilisant un modulateur électromécanique de lumière dont la caractéristique de formation d'image est bonne. L'invention a pour autre objet un système optique compact de balayage lumineux qui sépare efficace- ment la lumière diffractée inutile de la lumière d'un signal d'image et dont la caractéristique de formation d'image est bonne. L'invention a également pour objet un système optique de balayage lumineux produisant une impression d'excellente qualité. Conformément à l'invention, pour résoudre les problèmes indiqués ci-dessus, il est proposé un système optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image dans lequel un faisceau lumineux provenant d'une source de lumière est appliqué à un modulateur électromécanique de lumière comprenant un certain nombre d'éléments capables de dévier le faisceau lumineux dans au moins deux directions et agencés dans la direction principale du balayage, et un faisceau lumineux dévié est produit, en fonction d'un signal d'entrée, par le changement de la direction de déviation de chaque élément, après quoi seute la lumière nécessaire est projetée, par exemple sur un élément photosensible, par un système optique de projection, le système optique de balayage lumineux étant caractérisé en ce que l'axe optique du système optique de projection est perpendicu- laire à la rangée des éléments du modulateur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle- ment limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un exemple de l'explorateur de sortie d'image utilisant un modulateur électromécanique de lumière conforme à l'art antérieur; - les figures 2A et 2B sont des vues schéma- tiques en perspective et de côté d'un détail du modula- teur de lumière; - la figure 3A est une vue schématique en perspective du système optique selon l'invention; - les figures 3B et 5 sont des coupes trans- versales du système optique selon l'invention; - la figure 4A est une vue de face partielle à échelle agrandie d'un modulateur électromécanique de lumière; - les figures 4B et 4C montrent le mouvement d'un élément d'image sur le modulateur de lumière; - la figure 6 montre la distribution de la lumière sur un plan contenant la pupille d'entrée d'une lentille de projection; - les figures 7A, 7B, 7C et 7D illustrent divers cas o est modifiée la position dans laquelle une partie d'articulation est reliée à une plaque d'élé- ment d'image à miroir; - la figure 8 est une vue en plan d'un système optique d'une première forme de réalisation dans laquelle l'angle de visée de la lentille de projec- tion n'est pas symétrique; - la figure 9 est une vue en plan d'une seconde forme de réalisation du système optique. La figure 3A est une vue schématique en perspective d'une forme de réalisation du système optique de balayage lumineux selon l'invention, et la figure 3B est une vue en coupe transversale de ce système. Sur les figures 3A et 3B, la référence numérique 11 désigne une lampe en tant que source de lumière, la référence numérique 12 désigne un système optique d'irradiation (comprenant aussi le type à ré- flexion et représenté sous la forme d'un condenseur), et la référence numérique 13 désigne un modulateur électromécanique de lumière. Un faisceau lumineux émis par la lampe 11 est appliqué sur le modulateur électro- mécanique 13 de lumière par le condenseur 12 et est ainsi modulé, puis est réfléchi. La lumière réfléchie est soumise à un processus d'agrandissement et est modifiée par un système optique 14 de projection (compre- nant également le type à réflexion et représenté sous la forme d'une lentille de projection) conformément à une largeur et une résolution souhaitées d'impression, après quoi elle est projetée sur un tambour photosensible 16 par l'intermédiaire d'un miroir réfléchissant 15. Il n'est pas nécessaire que la lampe 11 soit un laser de grande intensité, mais une lampe peu coûteuse, telle qu'une lampe classique à halogène à filament de tungstène, utilisée dans un projecteur cinéma- tographique ou analogue, peut suffire, car dans la direction du balayage principal, la formation d'image est effectuée sur le tambour photosensible 16 sensible- ment en même temps et, par conséquent, un long temps d'exposition peut être établi. La figure 4A est une vue de face à échelle agrandie du modulateur électromécanique 13 de lumière (appelé simplement ci-après modulateur de lumière). La référence numérique 18 désigne une partie plate de base et la référence.19 désigne des plaques d'éléments d'image à miroir dont l'inclinaison de la surface peut être modifiée. Dans le cas de la figure 4A, un certain nombre de ces plaques 19 d'éléments d'image à miroir sont disposées verticalement en deux rangées. Le modulateur 13 de lumière est fabriqué par un procédé similaire au procédé de fabrication des circuits intégrés ou des circuits à intégration à grande échelle, et il est d'une conception similaire à celle d'un transistor à effet de champ du type MOS. La dimension de chaque côté de chaque plaque 19 d'élément d'image à miroir est très petite, par exemple de l'ordre de 5-15 pm. Ces plaques sont décrites en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 748 835. Chacune des plaques précitées 19 d'éléments d'image à miroir maintient son parallélisme par rapport à la base dans l'état HORS du signal, comme montré sur la figure 4B, conformément à un signal de modulation binaire d'entrée, et s'abaisse, en utilisant sa partie 20 d'arti- culation comme axe de rotation, dans l'état EN du signal comme montré sur la figure 4C. Cet abaissement a lieu autour de la partie 20 d'articulation, à un angle du quadrilatère de la plaque 19 d'élément d'image a miroir et, par conséquent, à la différence de la courbure de la surface de la plaque 3a d'élément d'image à miroir telle que montrée sur la figure 2A, la surface de la plaque 19 d'élément d'image à miroir, après qu'elle s'est abaissée, est inclinée obliquement par rapport au plan que cette surface occupait avant d'être abaissée. La lumière arrivant au modulateur 13delumière estréfléchie et déviée conformément à l'angle d'abaissement. Cet état est montré sur la figure 5 o la lumière réfléchie 17 indiquée par une ligne pointillée est celle correspondant à l'état HORS du signal. Selon ces deux directions de réflexion, le faisceau lumineux réfléchi dans l'état EN du signal est dirigé sur le tambour photosensible 16 par la lentille 14 de projection, de sorte que l'on obtienne une rangée de points corres- pondant à chaque signal de modulation d'entrée d'élément d'image. Chaque point est formé en correspondance aux états EN et HORS du signal de chaque élément d'image et la fonction de traitement de l'information est donc importante. La figure 6 montre schématiquement la répar- tition de la lumière réfléchie sur un plan contenant la pupille d'entrée de la lentille 14 de projection espacée du modulateur 13 de lumière d'une distance finie dans la direction de réflexion. Sur la figure 6, la référence numérique 21 désigne la répartition de la lumière réfléchie 17 dans l'état HORS du signal, c'est-à-dire le diagramme de diffraction de la lumière inutile, et la référence numérique 22 désigne une image du filament de la source de lumière. La référence numérique 23 désigne la pupille d'entrée de la lentille 14 de projection et la référence numérique 24 désigne la répartition de la lumière réflé- chie dans l'état EN du signal, c'est-à-dire le signal de modulation lumineuse utile. La dimension de chacune des plaques 19 d'éléments d'image à miroir est d'une amplitude telle que la diffraction du faisceau lumineux incident ne peut pas être négligée, du fait des limitations de son agencement et, étant donné que la forme de chaque élément d'image est en quadrilatère, ce diagramme de diffraction s'élargit sous la forme d'une croix dans les directions des cStés respectifs du quadrilatère, comme montré sur la figure 6. En abaissant chaque plaque 19 d'élément d'image à miroir obliquement, l'articulation à un angle du quadrilatère de la plaque 19 étant utilisée comme axe de rotation comme décrit précédemment, il devient possible-d'établir le signal lumineux de manière qu'il ne recouvre pas la croix du diagramme 21 de diffraction de la lumière inutile. L'abaissement de la plaque d'élément d'image à miroir pour lui donner une rotation oblique sera à présent décrit en détail. Les figures 7A à 7D montrent les cas dans lesquels la partie 20 d'articulation est reliée à diverses parties de la plaque 19 d'élément d'image à miroir. Sur les figures 7A à 7D, la référence numérique 20a désigne l'axe de rotation de la partie d'articulation et l'axe x est l'axe de coordonnées tracé dans la même direction que celle du balayage principal. Si l'axe de rotation est établi comme montré sur les figures 7A et 7B (le cas de l'art antérieur), il est difficile de séparer le diagramme de diffraction du signal lumineux utile de la croix du diagramme de diffraction de la lumière inutile, mais si l'axe de rotation est établi comme montré sur les figures 7C et 7D, cette séparation devient aisée comme décrit précédemment. Autrement dit, si l'angle 9 formé entre l'axe de rotation et l'axe x est de toute autre valeur que 0 ou u/2, l'effet précité apparait plus ou moins, et on peut s'attendre à ce que l'effet soit maximal notamment lorsque l'angle 0 est égal à 7/4. En conséquence, si l'axe de rotation a est établi de façon que 0 = /4 la séparation des deux lumières réfléchies est la meilleure et la lumière diffractée 21, constituant la lumière parasite arrivant à la pupille d'entrée 23, peut être réduite de façon extrême. La figure 8 est une vue schématique en plan d'un système optique de balayage lumineux utilisant un modulateur 3 de lumière comportant des plaques 3a d'éléments d'image à miroir et produisant l'effet tel que décrit ci-dessus. Sur la figure 8, les références numériques des éléments sont similaires à celles utilisées sur la figure 1. Ainsi qu'il ressort de la figure 8, les angles de visée 9L et 9S, par lesquels la lentille 4 de projection soustend le réseau modulateur de lumière 3, sont symétriques par rapport à l'axe optique de la lentille 4 de projection et, en fait, l'angle de visée selon lequel se comporte la lentille 4 de projec- tion couvre le grand angle 0L. L'angle de visée sur lequel travaille la lentille est évidemment limité pour chaque lentille et, si l'on tente de concevoir la lentille sous la forme d'un système optique simple, l'angle de visée doit évidemment être établi à une faible valeur et la distance focale de la lentille 4 de projection doit être établie à une grande valeur. Ceci signifie une construction volumineuse du système optique selon l'invention. Si, sur la figure 8, l'axe optique d'émission de signal et l'axe optique de la lentille 4 de projection sont rendus coïncidents par une rotation de la lentille 4 de projection sur un angle Ox, l'angle de visée devient apparemment symétrique par rapport à l'axe optique, mais le réseau du modulateur de lumière 3, qui est le plan objet tel que vu depuis la lentille 4 de projection, présente une inclinaison par rapport à la lentille 4 et- s'écarte donc de la profondeur de foyer de la lentille de projection sur ses côtés opposés, et il devient difficile d'obtenir une bonne caractéristique de formation d'image. Autrement dit, dans la première forme de réalisation de la figure 8, la caractéristique de formation d'image est bonne, mais au prix d'une légère augmentation de l'encombrement. La figure 9 montre un système optique conçu pour résoudre le problème posé ci-dessus dans la première forme de réalisation, ce système optique étant caractéri- sé en ce qu'il satisfait la condition donnée ci-après. La conception doit être telle que l'angle de visée qu'une lentille 14 de projection couvre par rapport à un faisceau lumineux ayant une composante déviée et une compose réfléchie, correspondant à la lumière du signal utile, est symétrique par rapport à l'axe optique de la lentille 14 de projection et coupe l'axe optique de cette lentille au centre du réseau d'un élément modulateur de lumière 13 dans la direction de balayage principal (en d'autres termes la conception peut être établie de façon que Qx = 0 sur la figure 8). On peut concevoir, comme procédé satisfaisant la condition énoncée cidessus, une construction telle que l'axe optique du système d'éclairage, conduisant d'une source 11 de lumière, par l'intermédiaire d'un condenseur 12, au centre du modulateur de lumière 13 dans la direction du balayage principal, coupe l'angle de réflexion et de. déflexion 0D, dans la section trans- versale d'un élément 19 suivant un plan x - x, à un angle de 2.QD sur la figure 9 (en d'autres termes, une construction telle que 0in = 2.'D). Ceci provient du concept selon lequel, en utilisant le fait que la déviation de l'angle de la lumière réfléchie du faisceau lumineux incident est 2.AO, lorsque la surface réfléchissante est inclinée de Ae, une inclinaison est donnée au faisceau lumineux ar- rivant du condenseur 12, à 1'avance, de sorte que, lorsque chaque réseau d'éléments d' image du modulateur 13 de lumière est incliné, la lumière diffractée qui en sort arrive bien à la lentille 14 de projection. Sur la figure 9, ces angles sont pris en référence à l'axe optique amélioré, c'est-a-dire la ligne droite passant par le centre de l'élément de réseau du modulateur de lumière 13 dans la direction de balayage principal et par le centre de la pupille de la lentille de projection 14 (la perpendiculaire à la position centrale du réseau d'éléments dans la direction du balayage principal). La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus, mais diver- ses modifications en sont possibles. Par exemple, il apparaît que la forme des plaques d'éléments d'image à miroir du modulateur de lumière n'est pas limitée à un quadrilatère, mais peut être un losange, un triangle ou une ellipse pour obtenir le même effet. Une autre caractéristique importante, pour réduire la lumière diffractée arrivant en parasite, est que l'étendue du diagramme 21 de lumière diffractée peut être réduite, mais cette étendue est en relation étroite avec la forme du condenseur 12. Le condenseur 12 d'éclairage peut être réalisé de façon à être plat car, comme montré sur la figure 4A, les plaques d'éléments d'image sont agen- cées verticalement sur le modulateur 13 en deux rangées et il suffit donc d'appliquer un faisceau lumineux formé par une fente allongée latéralement. Par contre, si le condenseur 12 est réalisé de façon à ne pas être plat, mais à être épais, une grande partie du faisceau lumineux arrivant au modulateur 13 de lumière est perpen- diculaire à la direction du balayage principal et l'éten- due et l'intensité du diagramme de diffraction atteignent des valeurs élevées et, en conséquence, il devient difficile de ne considérer que le signal de modulation de lumière utile, même si l'angle Q est choisi de façon optimale comme décrit précédemment. En conséquence, il est préférable de réaliser le condenseur 12 sous la forme d'une lentille plate. De plus, le fait de réaliser le condenseur 12 de façon qu'il soit plat aboutit au grand avantage de réduire la dimension du système optique dans la direction de la hauteur. En outre, étant donné que le condenseur 12 et la lentille 14 -de projection utilisés dans la présente invention sont plats comme montré sur les figures 3A et 3B, le système optique peut être réalisé de façon à être compact dans la direction de la hauteur. En particulier, le fait de réaliser la lentille 14 de projection afin qu'elle soit plate fait différer l'un de l'autre les rapports d'ouverture de la lentille 14 de projection dans la direction du balayage principal et dans la direction du balayage secondaire par rapport au modulateur 13 de lumière, utilisé comme source de lumière secondaire, et la forme de chaque point formant une image sur le tambour photosensible 16 par l'intermé- diaire de la lentille 14 de projection s'allonge davanta- ge dans la direction de balayage secondaire que dans la direction du balayage principal et ceci est préférable pour la qualité d'impression ou de reproduction d'image. En outre, le fait de disposer la lentille 14 de projec- tion sous une forme plate, parallèle à la direction latérale des éléments du réseau modulateur de lumière, aboutit à la possibilité de séparer et de supprimer la composante de lumière diffractée inutile, constituant un parasite, tout en maintenant à une faible valeur la distance comprise entre la lentille de projection et les éléments du réseau modulateur de lumière, même dans le cas o la différence d'angle de réflexion et d'angle de déviation du réseau modulateur de lumière entre l'état EN et l'état HORS ne peut prendre qu'une faible valeur, et il en résulte également l'avantage que le système optique peut être réalisé de façon à être compact dans la direction latérale. Dans la première forme de réalisation, l'axe optique de la lentille de projection n'est pas incliné par rapport au réseau d'éléments du modulateur et la bonne caractéristique de formation d'image est maintenue. Dans la seconde forme de réalisation de l'invention telle que décrite cidessus, l'angle de visée de la lentille de projection est symétrique par rapport à son axe optique, et l'angle limite de visée d'une telle lentille de projection peut être agrandi par rapport à celui d'une lentille de projection possé- dant un angle asymétrique de visée, qui n'adopte pas l'agencement de la seconde forme de réalisation. En d'autres termes, dans le cas d'une lentille présentant un angle de visée égal, il devient possible de raccourcir la distance focale de cette lentille et donc de raccour- cir le système optique de projection. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système optique de balayage lumineux d'un explorateur de sortie d'image, caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur électromécanique (13) de lumière comprenant un certain nombre d'éléments (19) irradiés par un faisceau lumineux incident provenant d'une source (11) de lumière et capables de dévier le faisceau lumineux incident en au moins deux directions en fonction du signal d'entrée, les éléments étant agencés dans la direction du balayage principal et produisant chacun des faisceaux lumineux déviés en fonction du signal d'entrée, du fait du changement de la direction de la déviation, un système optique (14) de projection étant destiné à ne projeter qu'un faisceau lumineux utile parmi les faisceaux lumineux déviés, lequel faisceau lumineux utile est dévié dans au moins l'une desdites directions, l'axe optique du système optique de projection étant perpendiculaire au réseau formé par les éléments du modulateur. 2. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'an- gle de visée que le système optique de projection couvre par rapport à un faisceau lumineux à composantes déviée et réfléchie, correspondant audit faisceau lumineux utile, est symétrique par rapport à l'axe optique du système optique de projection, et l'axe optique de ce système optique de projection et le réseau d'éléments du modulateur électromécanique de lumière se coupent mutuellement au centre du réseau desdits éléments, dans la direction du balayage principal. 3. Système optique de balayage lumineux selon ia revendication 2, caractérisé en ce que chacun des éléments du modulateur tourne autour d'un axe de rotation afin de dévier le faisceau lumineux incident. 4. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle formé entre ledit axe de rotation de chacun des éléments du modulateur et la direction du balayage principal du réseau desdits éléments n'est pas égal à 0 ni à n/2. 5. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme du système optique de projection est plate dans la direction du balayage principal. 6. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com- porte en outre un système optique (12) d'irradiation par lequel le faisceau lumineux est appliqué de ladite source de lumière auxdits élémentsdu modulateur. 7. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 6, caractérisé en ce que la forme du système optique d'irradiation est plate dans la direction du balayage principal. 8. Système optique de balayage lumineux selon la revendication 2, caractérisé en oe que lorsque l'angle de la déviation produite par lesdits éléments est de 0D' l'axe optique dudit système optique d'irradiation menant de ladite source de lumière au modulateur coupe la perpendiculaire passant par la position centrale du réseau d'éléments, dans la direction du balayage principal, en formant un angle de 2.0D.