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CC!~E 1~ 11'RC~ )N ELI (`TI~OI'HOTOC,~ IQUE MATXICIELLE
E T l)lSPO~lTII~ POlJI~ L~ ~lISE EN OEUVI~E DE CE PROCEDE
La pr~sente inver-tion cooccrne un procédé d'impression électrophotographi-
que matricielle, dans lequel on proj,ette un faisceau lumineux sur un ensemble
de moclulateurs électro-optiques disposés suivant des segments cJe ligne, et
dalls lequel on recombine ce f aisceau, après traversée desdits modulateurs,
5 en une même ligne continue sur un support photosensible en mouvement.
L'invention concerne également un dispositif pour la rnise en oeuvre de ce
procéde, comprenant une source de lumière quasi ponctuelle, un ensemble
de modulateurs électro-optiques disposés selon des segments de ligne et un
10 guide optique destiné à conduire la lumière de la source a l'ensemble de mo-
dulateurs, de teJle manière que la lumière traversant ces modulateurs se re-
cornL,ine en une ligne continue sur un tarnbour photosensible en rotation.
Les imprimalltes électrophotograplliclucs sont basées sur l'illurnination sélec-
15 tive, par des moyens opto-électroniques, de la surface photosensible d'un tam-
bour rotatif. En général, I'écriture se fait ligne par liKne selon une directionsensiblelnent par~llèle à l'axe du tambour. La succession de ces lignes, lors-
que le tambour est en rotation, forme une image matriciel!e du document
gl-aphique à reproduire.
Le principe le plus conl)u fait appel à un faisceau laser modulé en intensité
par un dispositif acousto-optique et réfléchi par un miroir polygonal tournant
de façon à balayer r.lpidement la ligne d'écriture. Ce système, qui a l'avan-
tagc d'unc granclu flexibilite en vitcsse et en résolution, présente divers in-
2S conv-niellts parrmi lesquels l'encorrlbrement lié aux grandes distances focales
de l'optique de concentration du faisceau sur la ligne balayée, le coût de cetteoprique qui doit cornpenser les variations de longueur focale entre Ic centre
et les ex~r~nités de la ligne, ainsi que le coût de réalisation d'un miroir de
haule précision tournant à haute vitesse.
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Pour pallicr ces inconvénients, on a proposé de substituer au faisceau laser
balayé une liglle d'élel~ llts électro-optiques discrets, modulés en parallèle.
Ces elélnents peuvent être des sources actives telles que desdiodes photoémet-
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tri~cs ou des composants pa~sils tels quc des rnodulateurs de lumière. De
tels systèmes sont intrinsèqucl7lcnt beaucoup plus compacts que les impriman-
tes a laser ct ont l'avantagc dc? nc pas coll~portcr de picce mobile. ToutcIois,pour obtenir une résolution suffisante, de l'ordre de 10 à 15 points au mm,
5 le nombre d'éléments nécessaires à la réalication d'une ligne est très élevé,
de l'ordre de 2,000 à 3,~00 pour une ligne standard de 210 mm. Ces élérnents
cl~>ivent ctre adrcs~c~ chacul) par un circuit élcctronique dc commande. Une
telle dcnsité d'éléments ct de circuits implique nécessairement, pour une
production économique, le recours aux techniques de fabrication des circuits
10 intégrés. Or, on sait quc ces derniers sont découpés sous forme de puccs à
partir de plaques de dimcnsion limitéc, qui se situe actuellerncnt aux alen-
tours de 100 mrn dc diamètre. De plus, la taille individuelle d'une puce est
bcaucoup plus Iaible que celle d'une plaque, pour que la surlace soit bien
remplie d'une part et pour que la présence de défauts de fabrication, qui
15 ~ont statistiquement inévitables en nombre pro~ortionnel à la surface, ne fasse
pas torr~ber le rendelllellt en puces utilisables en dessous d'un taux raisonna-ble.
En ce qui concerne les elements électro-optiques de modulation, la taille ma-
20 xim.lle d'un segmellt mollolitllique de ligne ne peut guère excéder 30 à 40 mm.
Ainsi donc, il faut, pour réaliser une ligne complète de 210 mrn, juxtaposer
bou~ à bout de six à lluit segments. Cela pose le problème de la continuité
de la ligne d'écriture. En effct, chaque scgment de ligne présentc physique-
ment une bordurc non active, constituée par le bord de sciage et d'encapsu-
25 lation, qui interrompt la ligne par un espace mort lors de la juxtapositioll.
lJn autre prcblème, dans le cas dc lignes de modulateurs passifs, est celuide l'amencc de la lumière à nloduler jusqu'aux cl~nlcnts élcctro-ol)tiques.
30 Ces deux problèmes n'ont pas été résolus de façon satisfaisante. Par exemple,on connaî~ une tcte imprirnante à modulateurs magnéto-optiques, décrite dans
l'article "Advances in Laser and Electrooptic printing technology" de R.A.
~prague, J.C. Urbach ct T.S. Fisli, paru dalls la revue Laser Focus d'octobre
3 à la page 101 et illustré plus particulièrement par la fig. Il, dans la-
35 quellc la lumière est conduite d'une source concentrée à une rangée de seg-
m.nts de nnodulatcurs au rrloyen d'un convertisseur à fibres optiqucs dispo-
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sées en éventail. Les images alignées mais disjointes des segments de lignesont ensuite focalisées légèrement agrandies sur le tambour, de façon à refor-
mer une ligne continue grâce à une série d'objectifs de gros diamètre, cor-
respondant chacun à un segment. Tant l'éventail de fibres constitué par
5 plusieurs milliers de fibres a aligner en face des modulateurs que la série
d'objectifs représentent des adjonctions coûteuses. En outre, la rangée d'ob-
jectifs est encombrante et l'ajustement des images des segments de ligne
est délicat.
10 La présente invention a pour but de pallier ces divers inconvénients en propo-
sant un procédé d'impression tel que mentionné ci-dessus, caractérisé en ce
que l'on place les segments de ligne de modulateurs alternativement selon deux
lignes parallèles, en ce que l'on divise le faisceau lumineux incident en deux nap-
pes convergentes dont chacune est projetée sur une ligne de segments, et en ce
15 que l'on définit l'espacement des segments et la direction des rayons lumineux
de chaque nappe de telle manière que la succession de rayons issus de chaque
modulateur, lorsqu'on parcourt les segments successifs alternativement d'une
ligne à l'autre, forme, sur la ligne de convergence des deux nappes, une suc-
cession continue d'images des modulateurs de l'ensemble.
Selon l'une des formes de mise en oeuvre de ce procédé, on forme la ligne
de convergence des deux nappes convergentes directement sur la surface photo-
sensible. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on projette l'image de la
ligne de convergence des deux nappes convergentes sur la surface photosensi-
25 ble au moyen d'un dispositif optique de renvoi.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce quele guide optique, destiné à conduire la lumière de la source quasi ponctuelle
à l'ensemble de modulateurs, est constitué d'une plaque transparente d'indice
30 de réfraction supérieur à 1, possédant deux faces planes parallèles et poliesqui la délimitent en épaisseur, le pourtour de cette plaque étant défini par au
moins trois bordures, dont la première forme une surface toroîdale polie dis-
posée de telle manière que les rayons lumineux de la source ponctuelle, pla-
cée au centre de symétrie de cette surface, sont réfractés à l'intérieur de
35 la plaque selon des rayons parallèles aux faces planes et selon des directions
dont les projections sur un plan parallèle auxdites faces sont concouran-tes
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en un point correspondant à la projection sur ce plan de la source ponctuel-
le, dont la seconde forme une surface cylindro-parabolique perpendiculaire
aux faces planes et dont l'axe focal passe par la source ponctuelle, cette
surface polie el recouverte d'une couche réflectrice renvoyant la lumière
5 issue de la source selon un faisceau de rayons parallèles entre eux, et dont
la troisième forme un dièdre, d'arête parallèle aux deux faces polies et per-
pendiculaire aux rayons issus de la bordure parabolique, ce dièdre réfrac-
tant lesdits rayons selon deux nappes convergentes.
10 Selon un mode de réalisation préféré, les modulateurs sont constitués par un
assemblage plan de plaquettes de modulation, dont chacune contient un seg-
ment de la ligne de modulateurs, ces plaquettes étant placées de telle ma-
nière que les segments soient disposés alternativement selon deux lignes paral-
lèles à l'arête du dièdre de la troisième bordure du guide optique, le plan
15 de l'assemblage étant perpendiculaire aux faces planes de la plaque transpa-
rente, la position et la longueur des segments étant telles que la projection
perpendiculaire de ces segments sur l'autre ligne coïncide exactement avec
les espaces disponibles entre les segments de cette autre ligne.
20 Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la ligne de conver-gence des éléments de nappes lumineuses issus des segments de lignes de mo-
dulateurs est confondue avec une génératrice d'une surface cylindrique circu-
laire formant la surface photosensible du tambour en rotation.
25 Selon une variante, ce dispositif comporte un écran plan sensiblement paral-
lèle à l'ensemble de modulateurs, cet écran étant disposé au niveau de la
ligne de convergence des deux nappes lumineuses et présentant une ouver-
ture en forme de fente positionnée le long de la ligne de convergence, de
manière à ne laisser passer que les rayons des deux nappes traversant direc-
30 tement les modulateurs et à exclure la lumière diffusée au passage des mo-
dulateurs.
Selon une autre forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'inven-
tion, le guide d'onde a un indice de réfraction supérieur ou égal à 1,5 et sa
35 deuxième bordure comporte deux surfaces polies dont l'arête d'intersection
forme une parabole dont le foyer correspond à l'emplacement de la source
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quasi ponctuelle, cette parabole étant située dans le plan de symétrie du guide
et ces deux surfaces étant perpendiculaires l'une à l'autre tout au long de
la parabole et symétriques par rapport au plan de symétrie du guide d'onde.
I~ans cette forme de réalisation, la deuxière bordure renvoie les rayons lumi-
5 neux par réflexion totale.
Lorsque pour diverses raisons, on ne souhaite pas placer l'assemblage de mo-
dulation à proximité immédiate de la surface photosensible, une variante du
dispositif selon l'invention consiste à prévoir un dispositif de renvoi optique
10 agencé pour former, sur la surface photosensible du tambour, I'image d'une
ligne virtuelle correspondant approximativement à la Jigne de convergence.
Selon un mode de réalisation préféré, ce dispositif optique comporte un mi-
roir plan disposé sur le chemin de l'une des deux nappes convergentes, immé-
15 diatement en aval de la ligne de convergence et orienté de manière à ren-
voyer~ la nappe interceptée suivant un angle d'ouverture suffisamment faible
par rapport à l'autre nappe pour que ces deux nappes puissent être admises
dans une optique linéaire à gradient d'indice.
20 La présente invention, ses caractéristiques et ses principaux avantages seront
mieux compris en référence à la description d'un exemple de réalisation et
du dessin annexé, dans lequel:
La figure I représente une vue schématique en élévation illustrant le prin-
25 cipe du procédé selon l'invention,
La f igure 2 représente une vue schématique en plan des deux lignes de modu-
lateurs utilisés pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
30 La figure 3 représente une vue schématique en perspective illustrant le prin- cipe du procédé selon l'invention,
La figure 4 est une vue en élévation du dispositif selon l'invention,
35 La figure 5 est une vue en plan du dispositif selon la fig. 4,
l~ q99
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La figure 6 représente une vue de face d'une forme de réalisation d'un assem-
blage de plaquettes de modulation,
La figure 7 représente une autre forme de réalisation d'un assemblage de
5 plaquettes de modulation,
La figure 8 représente une vue en coupe partielle du dispositif selon l'inven-
tion équipé d'un écran de filtrage de la lumière diffuse,
10 Les figures 9 et 10 représentent des vues en élévation et en plan d'une autreforme de réalisation du guide de lumière du dispositif selon l'invention,
La figure 11 est une vue de profil d'une autre forme de réalisation du dispo-
sitif selon l'invention équipé de moyens de renvoi optique, et
La fig. 12 est une vue partielle de profil du dispositif selon l'invention selon une
forme de réalisation munie d'un écran de filtrage combiné avec un miroir de
renvoi optique.
En référence aux fig. 1 à 3, le principe du procédé selon l'invention est basé
20 sur l'utilisation de deux lignes 10 et 20 de modulateurs ayant la forme de
segments lOa, lOb, lOc, etc., 20a, 20b, 20c, etc., respectivement disposés
sur les lignes 10 et 20 d'un faisceau lumineux incident divisé en deux nappes
de lumière 11 et 21 qui convergent sur une ligne de convergence 25, et d'un
support photosensible 26 sur lequel on forme, au moyen d'un système optique
25 de renvoi 27, une image 28 de la ligne de convergence 25.
Comme le montrent plus particulièrement les fig. 2 et 3, les segments de
modulateurs, distribués sur les deux lignes 10 et 20, sont décalés d'une ligne
à l'autre. De ce fait, I'élément de nappe 11 'a, correspondant à la nappe inci-
30 dente 11 et émergeant du modulateur lOa, forme un premier tronçon 25ade la ligne de convergence 25. Le second tronçon 25'a, correspondant au mo-
dulateur 20a, est issu de la nappe 21. Le troisième tronçon 25b, correspondant
au modulateur lOb, est à nouveau issu de la nappe 11, et ainsi de suite. Les
modulateurs lOa, 20a, lOb, 20b, etc. sont disposés alternativement sur les
35 deux lignes 10 et 20 de telle manière que les segments 25a, 25'a, 25b, 25'b,
etc. forment une ligne de convergence 25 continue. De cette manière, la li-
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~ne cl'écriture sur le support photoscnsible est ininterrompue. Cette ligne d'écri-
ture peut être confondue avec la li~ne de convergence lorsque l'on forme
cette ligne de convergcncc directc~ment sur le support photosensible ou avec
l'image de la ligne de convergerlce lorsque l'on utilise un système optique
5 de renvoj 27 cornme le rnontre la fi~s 1.
L~ dispositif illust~é par les f ig. 4 à 7 comporte un guide optique 30 destiné
à conduire la lumière d'une source ponctuelle 31, à travers l'ensemble des
modulateurs disposés selon les deux li~nes 10 et 20, sur un tarnbour rotatif
10 32 portant le support photosensible 26. Le ~uide optique 30 est constitué d'une
pla4ue transparente d'indice de réfraction supérieur à 1, réalisée par exemple
en url rnat~:riau thermoformable commercialisé sous la dénominatior, ~LEXIGLAS
~marque de commerce)
C ette plaque comporte deux faces planes parallèles 33 et 34 polies qui la
Iirnitent en épaisseur. Son contour est défini par trois bordures, dont la pre-
15 rrdère est une surface t~roïdale polie 35 dont le centre de symétrie corres-
pond à la source quasi ponctuelle 31, de telle manière que les rayons lumi-
ncux émis par cette source de lumière sont réfractés à l'intérieur de la pla-
que selon des rayons parallèles aux faces planes 33 et 34, et suivant des di-
rections dont les projections sur un plan parallèle auxdites faces planes 33
20 et 34 sont concourantes en un point correspondant à la projection sur ce plande la source ponctuelle 31. La seconde bordure forme une surface cylindro-
parabolique 36 perpendiculaire aux deux faces planes et dont l'axe focal passe
par la source ponctuelle. Cette surface est polie et recouverte d'une couche
réflcctrice renvoyant la lumiere issue de la source 31 selon un faisceau de
25 rayons 37, 38 parallèles entre eux. La troisième bordure forme un dièdre 39
d'arete 40 parallèle aux deux faces planes 33 et 34, et perpendiculaire aux
rayons 37, 38 réfléchis par la seconde bordure. Ce dièdre réfracte lesdits
r"yolls selon les deux nappes convergentes 11 et 21. La ligne de conve!gence
25 de ces deux nappes 11 et 21 se confond avec une génératrice de la sur-
30 face photosensible 26 formant la surface latérale du tambour 32.
Les nappes ~onvergentes 11 et 21 sont projetées sur les li~nes de plaquettes
10 et 20 qui se présentent sous la forme d'un assenibla~e de plaquettes den~odulation tel que reprcsenté par les fi~. 6 e~ 7.
Dan~ l'exemple de la fig. 6, les plaquettes 42a, 42b, 42c, 42d, etc. compor-
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tent chacune un segrnent de modulateurs lOa, lOb, lOc, lOd, etc. et les pla-
quettes 43a, 43b, 43c, etG... comportent chacune un segrnent de modula-
teurs 20a, 20b, 20c, etc... Les plaquettes 42a, 42b, etc. sont disposées
de telle manière que les segments des modulateurs correspondar\ts lOa, lOb,
5 etc. soient alignés sur la ligne 10. I,es plaquettes 43a, 43b, etc. sont disposées
de telle manière que les segn)en~s de modulateurs 20a, 20b, etc. sont alignés
sur la ligne 20. Les deux lignes 10 et 20 sont parallèles à l'arête 40 du diè-
dre 39. Le plan de l'assemblage est perpendiculaire aux deux faces planes
33 et 34 de la placlue transparente 30. La position et la longueur des segments
10 de modulateurs sur une ligne, par cxemple la position et la longueur du segment
lOb sur la ligne 10, sont telles que la projection perpendiculaire de ces segments
sur l'autre ligne comcide exactement avec l'espace disponible entre les segmentsde cette autre ligne, par exemple l'espace disponible entre les segments 20a et
20b de la ~igne 20.
15 r~ans l'exemple illustré par la fig. 7, chaque plaquette de modulation 50a,
50b, ~tc. comporte un couple de segments de modulateurs 51a, 52a; 51b, 52b,
etc. dont les éléments sont respectivement décalés sur les deux lignes 10 et
20.
20 La fig. 8 illustre un perfectionnement du dispositif illustré par la fig. 4, des-
tiné à améliorer la résolution dans le sens de la rotation du tambour. ~\ cet
effet, un écran plan 60 est place entre le plan 61 contenant l'assemblage des
plaquettes de modulation disposées selon les deux lignes 10 et 20 et le sup-
port photosensible 26. Cet écran 60 est placé au niveau de la ligne de con-
25 vergence 25 des cleux nappes de lumière 11 et 21 et comporte à fet endroitune fente 62 destinée à laisser pa~er la lumière provenant de ces nappes après
son passage à travers les segments de modulation. La lumière illustrée par
le rayon 63, ne provenant pas directement de l'une de ces nappes, est arrê-
téc par l'assemblaf!e de plaquettes de modulation. La lumière, dispersée par
30 défaut de collimation ou diffusée par les segments de modulation et illustrée par
k? rayon 64, est arrctée par l'écran 60. Il apparaît donc comme évident que l'ad-
jonction de l'écran 60 permet d'améliorer la résolution du système.
Une variante du dispositif des fig. 4 est 5 est illustrée par les fig. 9 et 10, où35 la couche réfléchissante recouvrant la bordure 36 de la plaque 30 est rempla-
céc par une structure qui renvoie les rayons lumineux par réflexion totale.
~,Z~D,7g~
~3 _
La deuxielrle borclure du guide d'onde 30' est constituée par deux surfaces
polics 70 et 71, dont l'arête d'intersection 72 a la forme d'une parabole dont
le l-)ycr correspond à l'em,olacernent de la source lumineuse 31 et qui est si-
tué dans le plan de symétrie du guide d'onde 30'. Ces deux surfaces 70 et
5 71 sont perpendiculaires entre elles tout au long de l'arête 72 et symétriquespar rapport au plan de syrnétrie du guide optique 30'. Comme le montrent
les figures, un rayon 73, émis par la source 31 qui pénètre dans le guide optique
30' a travers la surface toroïdale 35, cherrline parallèlement à la surface 33'
de ce guide selon un rayon 74 qui est réfléchi selon !un rayon 75, renvoyé par
10 la surfa~ c 71 selon un rayon 76 parallèle à la surface 34' du guide 30', et
dévié par l'une des faces du diedre de sortie selon le rayon 77 illustrant la
nappe inférieure 20.
Pour diverses raisons, on peut être amené à éloigner l'ensemble de modula-
15 tion de la surface photosensible. A cet effet, on peut prévoir un dispositifde renvoi optique tel qu'illustré par la fig. I l. Dans cette variante, un mi-
roir plan 80 est interposé sur l'une des nappes convergentes, par exemple la
nappe 21, immédiatement en aval de la ligne de convergence 25. Ce miroir
plan est orienté de manière à renvoyer la nappe interceptée selon un angle
20 d'ouverture suffisamment faible par rapport à l'autre nappe pour que les deuxnappes puissent être admises dans une optique linéaire 81 à gradient d'indi-
ce (,~ar elxempl~èurce)optique commercialisée sous la dénomination SELFOC!
disposee de mamere à former, sur la surface photosensible 26 du tambour 32,
I'image d'une ligne virtuelle 25' correspondant approximativement à la ligne
25 de convergence 2~.
Le miroir plan 80 peut aussi ê~re combiné avec l'écran plan 60, comll-e repré-
senté à la fig. 12, de telle manière que la fente 62 présente, avec le miroir
80, une arête comrnune 62'. Cette disposition permet d'obtenir un flux lumi-
30 neux égal entre les deux nappes après redressement par le miroir.
Bien que non limité à un type particulier de modulateurs de lumière, le dis-
positif décrit ci-dessus incorporera avantageusement des segments de ligne
cle microvolets, constitués par exermple par des microstructures capables d'ar-
35 rêter ou de laisser passer la lumière, telles que décrites dans l'article "Newmicromechanical display using thin metallic films" par M.A. Cadman, A. Perret,
lZ~'799
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F. Porret, R. Vuilleumier et P. Weiss, dans la revue "Electron Device Letters"
EDL-4 No. I de janvier 1983.
La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites,
5 mais peut comporter diverses variantes et se présenter sous divers aspects
apparentés de manière évidente pour l'homme de l'art au dispositif décrit.
