JP2004163936A - Rosシステムにおける走査線非線形の補正 - Google Patents

Rosシステムにおける走査線非線形の補正 Download PDF

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Abstract

【課題】プリンティングシステムの製造中にランダムに採用されたROSとピクセルボードとの「ミックスアンドマッチ」を可能にする非線形性補正システムアーキテクチャを提供する。
【解決手段】プリンタにおける走査非線形性補正のためのシステムアーキテクチャは、任意のピクセルボードが取り付けられたテストステーションからの非線形性プロファイルがメモリにあらかじめ記憶された任意のラスタ出力スキャナを使用する。ピクセルボードは補正テーブルレジスタを含み、ピクセルボードは、ラスタ出力スキャナの走査非線形性プロファイルを利用して、補正テーブルレジスタを計算し、画素の位置合わせずれを補正する。
【選択図】図7

Description

本発明はラスタ出力走査(ROS)システムにおける走査線非線形性(scan line non linearity)のためのシステムアーキテクチャに関し、より詳細には、プリンティングシステムの製造中の、走査非線形性の補正及びROS装置とピクセルボード(画素基板)とのランダムな「ミックスアンドマッチ(多様な組み合わせ)(mix and match)」を可能にするシステムアーキテクチャに関する。
レーザを利用して情報を再生するプリンティングシステムが当業界で周知である。プリンタは、通常、ラスタ出力スキャナ(ROS)を使用して、感光性媒体、例えば感光体(photoreceptor)の帯電部分を露光し、静電潜像を感光性媒体に記録する。
カラー電子写真ROSプリンタにおいては、複数のROS装置が使用できる。各ROSは、共通の感光体ベルト上に個別のカラーイメージに対する走査線を形成する。各カラーイメージは他のROS装置からの他のカラーイメージに対して重複するように位置合わせした状態で現像され、合成カラーイメージを形成する。この合成カラーイメージが出力シートに転写される。複数のROS装置の各走査線を位置合わせするには、各イメージが0.1ミリメートルの円内または±0.05ミリメートルの許容差の範囲で位置合わせされることが要求される。
図1に示される一般的な従来技術のラスタ出力走査システム10は、光ビーム14を生成する光源12と、光ビーム14を感光性媒体20におけるスポット18に向ける走査手段16とを含む。走査手段16はまた、スポット18を、感光性媒体20における特定の長さの走査線22に沿って移動させるべく機能する。このため、図示される走査システム10の走査手段16は、複数の光反射切子面24(ここでは8つの切子面が示されている)を有する回転可能なポリゴンミラー及び図1において回転軸26を中心に矢印28の方向に回転するポリゴン16によって示される他の既知の機械的部品を含む。
光源12、例えばレーザダイオードは、単一波長の変調されたコヒーレント光ビームを発光する。光ビーム14は、イメージ出力光源制御回路30から光源12に送られたビデオ信号に含まれるイメージ情報データストリームに応じて変調される。
変調された光ビーム14はコリメータレンズ32によって視準され、さらにクロススキャン円筒レンズ34によって集束されて、回転ポリゴンミラー16の反射切子面24にラインを形成する。
ポリゴンミラー16は、当業者に知られた従来のモータ(図示せず)によって、その回転軸を中心に回転する。
切子面24から反射したビーム14は、fΘ(エフシータ)走査レンズ36及びアナモフィックウォブル補正レンズ38を通過する。
エフシータレンズ36は、マイナス平球面レンズ(plano-spherical lens)40と、プラス平球面レンズ42と、クロススキャン円筒レンズ44とで構成される。エフシータ走査レンズのこの構成は、十分な負の歪み(distortion)を有し、線形の走査線を生成する。光ビームは、一定の角速度で回転ミラーから偏向され、エフシータレンズにより光学的に修正されててほぼ一定の線形速度で表面を走査する。
エフシータ走査レンズ36は、走査面の光ビーム14を、感光性媒体20の走査線22に集束させる。
エフシータ走査レンズ36を通過後、光ビーム14はウォブル補正アナモフィックレンズ素子38を通過する。ウォブル補正光学素子は、レンズでもミラーでもよく、「動き補償光学系」と呼ばれることもある。光学素子38の目的は、ポリゴンミラー/モータアセンブリの不正確さによって生成された、走査線に沿ったウォブルを補正することである。
ウォブル補正レンズ38は、クロススキャン面の光ビームを感光性媒体20の走査線22に集束させる。
ポリゴン16が回転すると、光ビーム14は切子面24によって反射され、エフシータレンズ及びウォブル補正レンズを通過し、感光性媒体の表面を横切って、周知の方法で、走査線22の第1端部(走査始点またはSOS)から中心(スポット18の位置で示されている)を通過して走査線22の第2端部(走査終点またはEOS)まで走査する。光ビームは、感光性部材20上の静電潜像を露光する。ポリゴン16が回転すると、露光ビーム14は回路30によって変調され、感光性媒体20上の個々の画素、またはスポット18の列を露光する個々の発光を生成する。
理想的には、ROSは感光性媒体20上に均等な間隔で並んだ同一画素の列を露光できるべきである。ところが、ROSの光学システム固有の幾何学形状のため、かつ製造誤差によって走査光学系に欠陥が生じる可能性があるため、均等な間隔を有する同一画素を得ることは難しい。
「走査非線形性(scan non-linearity)」とは、均等な画素配置に対する画素配置のばらつきのことを言い、これは主として、走査周期中にスポットが走査線に沿って移動する際に発生するスポット速度の変化に起因する。走査線形性は、スポットが走査線全体を横切って走査方向にいかに均等な間隔で書き込まれているかを示す尺度である。走査線形性を空間的に定めるためには、走査線上に基準点をまず特定しなければならない。1つの定義は、SOSから第1のアクティブまでの遅延が正確に調整され(正確なマージン調整)、アクティブ走査線の最終画素も同様に正確に調整されている(正確な倍率調整)場合に、走査線の理想化された2端部の誤差がゼロであると想定することである。アクティブ走査とは、ビデオストリームによって変調された走査線の部分として定義される。アクティブ走査の始点及びアクティブ走査の終点を基準点と定義すると、一般的な走査線形性曲線は、アクティブ走査の一端部において位置誤差ゼロで開始し、アクティブ走査の他端部において位置誤差ゼロで終了する。アクティブ走査の両端部点間において、非線形性曲線は多数の形状を有することができる。理想的には、完璧な画素配置の場合、非線形性対走査距離の曲線が走査線全体においてゼロになる。1つのレンズデザインに対する光学モデリングから、理想的な形状は図4に示されるような形状である。ところが、実際には、この形状は、突起部(ローブ)を(上部または下部に)1つだけ有するゼロ非線形線の場合もあれば、正弦波に似た外観を歪めた非対称ローブを有する場合もあり、ROSの非線形性のゼロ交差の数は装置ごとに変化し得る。
走査非線形は通常、システムの幾何学形状または走査手段の速度変化によって発生する。集束した露光ビームが感光性媒体20上の走査線を横切って移動する速度をスポット速度と呼ぶ。
ROSシステムの幾何学形状によって生じる固有の走査非線形性を補正するための何らかの手段を設けないと、光ビームが感光性媒体を横切って走査する際のスポット速度がばらついてしまう。ある種のラスタ出力スキャナのビデオ出力は、可変周波数画素クロック(走査クロックと呼ばれることもある)を用いてこのような非線形性を電子的に補償する。画素クロックはパルストレイン(すなわち、画素クロック信号)を生成し、このパルストレインを用いて、光源から発生した光ビームを、走査線に沿った各画素位置においてオンオフする。クロック周波数、したがってパルストレインにおける個々のパルスのタイミングを変えることにより、走査線に沿った画素の配置を制御できる。一方、画素クロック信号の周波数が一定であれば、ROSの走査非線形性のために、結果的な画素は、均等な画素配置に対して進んだり遅れたりする。反対に、画素クロックの制御された変化が走査を通じて適切に調整されていれば、均等な間隔で配置された理想的な画素から最小限のずれで画素を配置することができる。これにより、画素がさらに均等に配置され、よって、画素位置歪み(すなわち、走査非線形性によって生じる不均一な画素配置)が少なくとも部分的に補償される。
画素クロック制御回路30は、走査線22に沿って画素を生成するために光ビーム14の変調を同期させる電子制御システムとして機能する。ビデオ及び画素クロックを含む制御システムを、例えば、既知の部品や設計技術を用いて構成し、走査線に沿った複数の望ましい画素位置のそれぞれにおいて(例えば、300dpiの解像度の場合、各画素位置の中心部分は1/300インチの間隔で均等に配置され、600dpiの解像度の場合には1/600インチの間隔で均等に配置されているなど)光ビームを活性化させるための制御信号を生成することができる。
好ましくは、制御システムは、制御信号が各画素位置に対して画素間隔を定め、かつ制御信号によって定められた画素間隔がスポット速度に応じて変化するように構成され、上述のように走査非線形性を補正する。また、制御システムは、適当な既知の手段によって、例えば、走査開始(SOS)制御信号または既知の手段により生成された他の同期信号に応答することによって、制御信号をスポット位置に同期させ、各走査線における画素配列の始点を揃えることができる。この画素の配列は、アクティブ走査の走査線のエッジマージンを設定するために規定されたクロックカウントだけ遅らされる。また、平均クロック周波数を調整し、走査倍率を変えることができる。平均クロック周波数が高くなると、走査倍率は減少し、逆に平均クロック周波数が減少すると、走査倍率が増す。マージン及び倍率の設定は、図7のブロック118に示されるように、感光体上のマークによって検知される。
図2には、ラスタ出力走査システムによって均等な間隔104に配置された一連の画素102で構成される理想的な走査線100を示している。走査線100上のこれらの画素102は、完全な走査非線形性の理想的ケースでは、各クロック周期において均一の格子106上に配置されている。
図3は、走査非線形性による、図2の均等画素配置からのずれを示している。走査線200は、図4のグラフに概略的に示される走査線に沿った均等な画素配置206から距離204だけずれた一連の画素202から構成されている。
米国特許出願第6,178,031号明細書
多数のROS装置を備えたカラープリンティングシステムの場合、高速走査方向における画素の正確な位置合わせが要求される。ここで、画素クロック周波数が一定の場合、各ROSからの画素を均一の格子に沿って配置するのが理想である。しかしながら、実際には、走査非線形性と呼ばれる、均一格子からのずれ(departure)があり、この非線形性プロファイルは装置ごとに異なる。
このプロファイルを補償するために画素クロック周波数の変化が利用される。ルックアップテーブルを使用して、所定のアルゴリズムにより、画素クロック周波数の変化を制御する。さらに、クロック周波数の変化とテーブル値との伝達関数もピクセルボードごとに異なる。本発明は、プリンティングシステムの製造中にランダムに採用されたROSとピクセルボードとの「ミックスアンドマッチ」を可能にする非線形性補正システムアーキテクチャを提供する。
プリンタにおける走査非線形性補正のためのシステムアーキテクチャは、走査非線形性プロファイルが、任意のピクセルボードを取り付けたテストステーションからあらかじめメモリに記憶されている任意のラスタ出力スキャナを使用する。ピクセルボードは、補正テーブルレジスタを含み、ここで、ピクセルボードはラスタ出力スキャナの走査非線形性プロファイルを利用して補正テーブルレジスタの値を計算し、画素の位置合わせずれを補正する。
図6には、図5に示されるような走査距離に対する非線形性特性50を有するROS56の特性を測定するためのROS線形性測定システム54で構成されるROSテストステーションが示される。図6に概略的に示されるように、ROS線形性測定システム54は、精密線形位置決めステージ68に取り付けられたCCDカメラ62を利用する。ビデオ信号は、各128画素からの1つが出力走査線66を横切るスポットのアレイを形成するように生成される。ROS56及び測定システム54は、一度に1つのスポットのみがカメラ62によって見られるように構成されている。カメラ62によって見られるスポットの相対位置は、カメラ位置Xcamと、カメラ62におけるスポット重心Xbarとを測定することにより決定される。走査線66に沿ったスポット位置Xは、式(1)において次のように定義されている。
X = Xcam + Xbar 式(1)
その後、カメラ62は、距離delXだけ増分的に走査線66に沿って移動する。
delX = vscan*T128 式(2)
ここで、vscanはROS56の平均走査ビーム速度であり、T128は128画素間の増分的な時間である。
よって、i番目の測定位置における走査非線形性Yi58は、以下のように定められる。
Yi = Xi − X0 − i*(Xn − X0)/n 式(3)
ここで、Xiは走査線に沿ったi番目のサンプル(i=0,1,2...,n)の位置である。
vscan = (Xn − X0)/(Tn − T0) 式(4)
次に、データ(Xi,Yi)に多項式が適合され、テスト測定システム54内部のコンピュータ60によって微分係数(derivative coefficients)が計算される。多項式微分係数60が多項式係数から計算され、これらの微分係数は通信ライン(図示せず)を介して、テスト測定システムからROS制御PWBAの不揮発性メモリ(NVM)64に転送される。このように、ROS56に特有の非線形性プロファイル情報が、後にプリンタ(図示せず)に取り込むために、走査終了(EOS)検出器70、走査開始(SOS)検出器72及びレーザダイオードドライバ74を有するROS56内部に保存される。
図7を参照すると、ピクセルサーキットボード(画素回路基板)76が、取り付け時に不揮発性メモリ64に線形性微分多項式係数を有するROS56に接続されている。ピクセルサーキットボード76は、周波数自動較正回路78を備えた可変周波数クロックと内蔵コンピュータとを含む。ROS56及びピクセルボード76がプリンタ(図示せず)に取り付けられた際、このROS56の非線形性及びクロック周波数の較正78はそれぞれ特有である。ピクセルボード76は、クロック周波数を自動較正し、ROS56から非線形性係数80を通信ラインを介して取り込む。非線形性補正アルゴリズム及びクロック周波数の自動較正曲線を用いて、ルックアップテーブル84が計算され82、ROSスポットが感光体を横切って直線状に走査される際にクロック周波数が調整される。クロックを加速することで、画素位置はビーム走査方向に対して遅れ、逆に、クロック周波数を減少することで、画素の配置は走査方向に対して進む。再び図5を参照すると、ROS56及びピクセルボード76を用いて実証された線形性の補正52が示されている。したがって、ROS56測定コンピュータにおいてまず実施された非線形性補正アルゴリズムがピクセルボード76のコンピュータに移転され、ここで、任意のピクセルボード76と任意のROS56を用いて補正が行われる。
再び図7を参照すると、電圧制御発振器(VCO)98及びフェーズロックループ120を用いて、レーザダイオードドライバ74に送られるビデオデータストリームを同期させるための正確なメインクロックMclkが生成される。フェーズロックループ120においては、位相検出器96が、EOS検出器70からの走査終了(EOS)信号と、プログラム可能なカウンタ112からのカウント終了(EOC)信号とを受信する。受信した信号の位相差に基づき、位相検出器96はパルスを生成し、このパルスが電荷ポンプ(図示せず)によって電圧に変換され、電圧Vdとして、ローパスフィルタ94及び加算回路92を介して電圧制御発振器(VCO)98に送られる。ローパスフィルタ94は、Vd電圧のノイズレベルを、加算回路92に送る前に低減する。加算回路92は、電圧Vdと電圧Vcorとを合計する。電圧vcorは、DAC86によって適当な電圧に変換されてフィルタ90を介して送られた補正テーブルレジスタの値から求められた電圧である。補正テーブルレジスタの値は、プログラム可能なカウンタ112からの対応するレジスタアドレス値の「カウント」にもとづき選択される。カウントは、多数の画素に対し、ある整数だけインクリメントされる。Vdの電圧レベルがVCO98の周波数を制御する。Vd電圧にもとづき、VCO98(クロック発生器)はライン同期生成器110からメインクロックMclkを生成し、走査線バッファ114に送る。ライン同期生成器は、SOS検出器72からの入力に基づき同期されている。
Mclkは分割器に送られ、ここでMclkがMで分割されカウント終了(EOC)が生成される。Mは走査線あたりの総画素数である。一例として、1インチあたり600画素の14.4インチの紙では、Mは8640である。走査線の終点を示すEOCは位相検出器96に送られる。
動作について説明すると、位相検出器96は、EOCをEOSと比較する。EOSは、ROS56内部で生成されている信号である。通常、ROSシステム内部には2つのセンサ70及び72が配置され、走査の開始SOS及び走査の終了EOSを検出する。走査レーザ光ビームが画素配置の直前に走査線上の専用スポット上を通過すると、各センサは走査開始SOSを生成する。同様に、走査レーザ光ビームが画素配置の終了直後に走査線上の専用スポット上を通過すると、各センサは走査終了EOSを生成する。SOS72及びEOS70は、各走査線に対して生成されている。走査レーザ光ビームの速度は一定なので、SOSとEOSとあいだの時間は各走査線で同一である。
EOCはEOSに一致しなればならない。両者が一致しない場合、EOCがEOSより前であったか後であったかに応じてそれぞれメインクロックMclkを減少または増加する必要があることを意味する。したがって、EOCがEOSの前か後かにより、位相検出器96は、正パルスまたは負パルスのいずれかをそれぞれ生成する。パルス幅は、EOSとEOCとの時間差を示す。通常、EOSとEOCのタイミングは一致しない。この結果、位相検出器96は通常負または正パルスのいずれかを生成する。しかしながら、EOSとEOCのタイミングが一致すれば、位相検出器96はパルスを生成しない。
位相検出器96からのパルスが存在しない場合、電荷ポンプ(図示せず)及び積分器(図示せず)がベース電圧を生成し、これを電圧VdとしてVCO98に送る。位相検出器96がパルスを生成すると、このパルスが負か正かに応じて、電荷ポンプは、積分器のベース電圧に対し、パルス幅に比例して電圧を減算または加算し、その結果を電圧VdとしてVCO98に送る。最初は、EOSに比較するEOCがないため、Vdはベース電圧に等しい。したがって、最初のVdは、VCO98に、Mclkの周波数を基準周波数(例えば54MHz)に較正させる。その後、各走査線の終了において、EOCがEOSからずれているか一致しているかに応じて、新しいまたは同一のVdがそれぞれ積分器から送られる。
同じVdが送られた場合、Mclkの周波数は変化しない。しかしながら、新しいVdが送られると、ベース電圧からのVdのずれにより、VCOがMclkのドリフト周波数を基準周波数に再較正する。Mclkの周波数の再較正は、各走査線の終点においてのみ、かつEOCのタイミングがEOSのタイミングに一致しない場合にだけ行われる。較正または再較正の後、積分器はVCOに一定の電圧Vdを供給するので、Mclkの周波数は次のSOSまで一定のままである。
走査線の走査が開始し、SOS信号が生成されると、各走査線の画素の非線形位置合わせずれを補正するためにメインクロックMclkの周波数は変更されなければならない。メインクロックMclkの周波数は、上述のように補正テーブルレジスタ84に記憶されている、各走査線に対する所定の補正曲線にもとづき変更(変調)される。
再び図7を参照すると、Mclkは、ライン同期生成器110内の画素クロック生成器にも送られる。ライン同期生成器110は、SOS検出器72によって生成された同期信号を受信する。ライン同期生成器110は、MclkをSOS信号に同期させ、それを画素クロックPclkとしてプログラム可能なカウンタ112に送る。したがって、Pclkは、SOSで開始するように同期されている以外、Mclkと同じ周波数を有するクロックである。カウンタ112は画素数をカウントし、各Pclkを受信することでカウントを増やす。カウンタ112からのカウントはルックアップテーブル84に送られ、補正曲線のどのテーブル値を送る必要があるかを示す。走査線が走査されているあいだ、ルックアップテーブル84はD/A変換器86を介して各補正曲線をVCO98に送る。D/A変換器86はディジタル補正曲線をアナログ補正電圧に変換し、これがフィルタ90によってフィルタリングされる。
フィルタ90からのこの補正電圧Vcorがフィルタ94からのVdに加えられ、VCO98に送られる。補正電圧は、走査線に沿って必要に応じてメインクロックMclkの周波数を変調する。この処理が、アクティブ走査線全体が補正されるまで継続する。走査の終了時に、EOC生成リセット信号Rstがカウンタ112をリセットする。よって、ルックアップテーブル84は補正曲線の送信を停止し、Mclkの周波数変調を終了する。さらに、走査終了時には、上述のように、Mclkの周波数が基準周波数からずれている場合には再較正される。この再較正によって、各走査線が同一周波数(基準周波数)で開始することが保証される。
従来技術のラスタ出力走査(ROS)システムの概略側面図である。 走査線に沿った理想的な画素配置を示す側面図である。 走査線に沿った非線形の画素配置を示す側面図である。 図3の画素配置の走査非線形性を示す概略的なグラフである。 画素クロックの周波数変調に使用される測定された補正しない非線形性曲線及び本発明による補正後の残留した非線形性を示す図である。 本発明の2つの要素である、ROSインターフェースモジュールボードと、非線形性を特徴づける測定システムを示すブロック図である。 プリンタシステムにおいて走査非線形性を電子的に補正するために使用される、本発明のROSインターフェースモジュールボード及び本発明のピクセルボードのブロック図である。
符号の説明
10 ラスタ出力走査システム、12 光源、14 光ビーム、16 走査手段、18 スポット、20 感光性媒体、22 走査線、26 回転軸、30 光源制御回路、36 エフシータ走査レンズ、54 ROS線形性測定システム、56 ROS、62 CCDカメラ、66 出力走査線、76 ピクセルサーキットボード(画素回路基板)、84 ルックアップテーブル、96 位相検出器、98 電圧制御発振器、112 カウンタ。

Claims (3)

  1. プリンタにおける走査非線形性補正のためのシステムアーキテクチャであって、
    走査非線形性プロファイルがメモリに記憶されたラスタ出力スキャナと、
    補正テーブルレジスタを含む画素基板と、
    を含み、
    前記画素基板は、前記ラスタ出力スキャナの走査非線形性プロファイルを利用して、前記補正テーブルレジスタを計算し、画素の位置合わせずれを補正する、
    システムアーキテクチャ。
  2. プリンタにおける走査非線形性補正のためのシステムアーキテクチャであって、
    1つ以上のラスタ出力スキャナに対して非線形性プロファイルを走査し、該非線形性プロファイルメモリに記憶する手段を含み、
    1つ以上のラスタ出力スキャナの非線形性プロファイルを利用し、補正テーブルレジスタを計算して画素基板における画素の位置合わせずれを補正する、
    システムアーキテクチャ。
  3. プリンタにおける走査非線形性補正のためのシステムアーキテクチャであって、
    それぞれがメモリに記憶された走査非線形性プロファイルを有する1つ以上のラスタ出力スキャナと、
    それぞれが補正テーブルレジスタを含む1つ以上の画素基板と、
    を含み、
    前記1つ以上の画素基板は、1つ以上のラスタ出力スキャナの前記走査非線形性プロファイルを利用して、補正テーブルレジスタを計算し、画素の位置合わせずれを補正する、
    システムアーキテクチャ。
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