JP2722478B2 - レーザビーム走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はレーザビームを走査して画像の記録を行う記
録装置等に使用されるレーザビーム走査装置に係わり、
特に走査むらに基づく画像の乱れを防止したレーザビー
ム走査装置に関する。

「従来の技術」 レーザビームを感光体上で走査し、静電潜像の形成を
行って画像を記録する記録装置は、ある種の複写機やコ
ンピュータの出力装置等として広く用いられるようにな
っている。レーザビーム走査装置は、感光体等の被走査
媒体上にレーザビームを走査するための装置として用い
られる。レーザビーム走査装置でレーザビームを走査す
る機構部分には、通常、回転多面鏡（ポリゴンミラー）
が用いられる。

「発明が解決しようとする課題」 レーザビーム走査装置では、回転多面鏡の平面精度が
ばらついたり、回転多面鏡を回転させるモータに回転む
らが発生すると、画像に乱れが発生してしまう。そこ
で、このような不都合が生じないように幾つかの提案が
行われている。

このうち例えば特開昭56−69665号公報では、回転多
面鏡の１つの面でレーザビームの走査速度の変動を検出
している。そして感光体上を走査する面において、画素
クロックパルスをこれに応じて制御するようになってい
る。この回路によると、走査速度の変動が検出される回
転多面鏡の面と、その検出量をフィードバックする面と
が時系列的に連続しているので、回転多面鏡を回転させ
るモータの回転むらのうち比較的大きな周期で発生して
いるものについては、これを良く補償することができ
る。しかしながら、例えば回転多面鏡の各面の平面精度
は面ごとに異なっているので、走査周期ごとに急激な速
度変動を与えるこのような要因に対しては採るべき措置
がない。

次に、レーザビーム走査装置では被走査媒体の主走査
位置によって画像が伸びたり縮んだりするという問題も
ある。第３図はこれを説明するためのものである。回転
多面鏡11の角速度をωとし、回転多面鏡11と被走査媒体
表面12上の走査開始点との間におけるレーザビームの長
さをＦとする。被走査媒体12上におけるレーザビームの
走査速度V_Eは、振れ角をθとするとき、次の（１）式で
表わすことができる。

V_E（θ）＝ωFcosθ ……（１） 従って、被走査媒体12上でのレーザビームの走査速度
V_Eはcosθに依存することになり、このままでは被走査
媒体12の中央部分では画像が相対的に縮み、周辺部分で
は画素が伸長してしまう。そこでこのような歪みを補正
するための光学系が提案されているが、複雑であり、装
置自体が高価となるという欠点があった。

そこで本発明の目的は、簡単な光学系を用いて回転多
面鏡の使用に伴う画像の走査むらを補正することのでき
るレーザビーム走査装置を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明では、（イ）画像情報信号に応じて画像走査用
のレーザビームの変調を行うレーザビーム変調手段と、
（ロ）レーザビームを走査する面を複数備えた回転多面
鏡と、（ハ）この回転多面鏡を回転させる走査モータ
と、（ニ）被走査媒体に画像走査用のレーザビームを反
射させている面の１つ手前の面に参照用のレーザビーム
を入射させるレーザビーム入射手段と、（ホ）参照用の
レーザビームが１走査される時間を計測する走査時間計
測手段と、（ヘ）走査時間計測手段によって計測された
この時間を１走査前の時間と比較する時間比較手段と、
（ト）画像走査用のレーザビームを画素単位で変調する
ためのクロックを発生するクロック発生手段と、（チ）
被走査媒体上で走査モータの回転速度の変動や回転多面
鏡の平面精度のばらつきによる走査速度の変動が吸収さ
れるように時間比較手段の比較結果に応じてクロックの
周波数を回転多面鏡の面ごとに制御するクロック周波数
制御手段とをレーザビーム走査装置に具備させる。

すなわち本発明では、回転多面鏡における走査対象と
なる面の１走査前の状態をチェックし、この結果に応じ
てレーザビームを画素単位で変調するためのクロックの
周波数を制御する。

「実施例」 以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例におけるレーザビーム走査
装置の要部を表わしたものである。この装置は、走査モ
ータ21によって回転する回転多面鏡22を備えている。回
転多面鏡22に入射されるレーザビームは２系統用意され
ている。第１の半導体レーザ駆動装置23は第１の半導体
レーザ24を駆動し、第１の系統に属するレーザビームを
出力させる。このレーザビームは、第１のコリメートレ
ンズ25によって集束され、回転多面鏡22の所定の面に入
射する。入射したレーザビームは、回転多面鏡22の回転
に伴う面の傾きの変動によって矢印26Aの方向から矢印2
6Bの方向まで順次反射方向を変化させる。走査開始位置
と見做せる矢印26A方向には、第１の走査開始用光検出
器27が、また走査終了位置と見做せる矢印26B方向に
は、第１の走査終了用光検出器28がそれぞれ配置されて
いる。また、回転多面鏡22とこれらの光検出器27、28の
間には、光学系の補正を行うためのレンズ29が配置され
ている。

一方、第２の半導体レーザ駆動装置31は第２の半導体
レーザ32を駆動し、第２の系統に属するレーザビームを
出力させる。このレーザビームは、第２のコリメートレ
ンズ33によって集束され、回転多面鏡22の前記した面の
次の面に入射する。入射したレーザビームは、回転多面
鏡22の回転に伴う面の傾きの変動によって矢印34Aの方
向から矢印34Bの方向まで順次反射方向を変化させる。
走査開始位置と見做せる矢印34A方向には、第２の走査
開始用光検出器35が、また走査終了位置と見做せる矢印
34B方向には、第２の走査終了用光検出器36がそれぞれ
配置されている。また、回転多面鏡22とこれらの光検出
器35、36の間には、光学系の補正を行うためのレンズ37
が配置されている。

さて、以上のような構成の光学系で回転多面鏡22の１
つの面について着目してみると、この面はまず第１の系
統のレーザビームを走査し、続いて第２の系統のレーザ
ビームを走査する。第２の系統のレーザビームは感光体
ドラム等からなる被走査媒体38を走査するようになって
おり、第１の系統のレーザビームの走査結果に基づいて
画像の走査状況が補正されることになる。

このような補正を可能とするために、第１の走査開始
用光検出器27の検出出力は第１の第１系統光走査パルス
発生器41に入力され、ここからスタートパルス42が出力
されるようになっている。スタートパルス42は、カウン
タ43の入力となる。また、第１の走査終了用光検出器28
の検出出力は第２の第１系統光走査パルス発生器44に入
力され、ここからストップパルス45が出力されるように
なっている。ストップパルス45は、位相比較器46の一方
の入力となる。

位相比較器46、チャージポンプ・DAコンバータ47、電
圧制御発振器（VCO）48および前記したカウンタ43はル
ープ回路を構成しており、回転多面鏡22の反射光26の走
査速度を検出するようになっている。すなわち、レーザ
ビームが第１の走査開始用光検出器27に入射したスター
トパルス42が出力されると、これによりカウンタ43がカ
ウントを開始する。このカウンタ43は所定のパルス数を
計数するとカウントアップするようにプリセットされて
いる。カウンタ43がカウントアップするとカウント終了
信号49が出力され、位相比較器46のもう一方の入力とな
る。位相比較器46では、カウント終了信号49とストップ
パルス45の到来するタイミングを比較し、この結果を位
相差信号51として出力する。

例えばカウント終了信号49の方がストップパルス45よ
りも早く位相比較器46に入力されるような場合を考え
る。このような場合には、回転多面鏡22の回転速度が相
対的に遅い状態にある。このとき、チャージポンプ・DA
コンバータ47はその出力電圧V₁を上昇させる。これによ
り、電圧制御発振器48はその出力するパルス信号53の周
波数を低下させる。この結果として、カウンタ43が前記
した所定のパルス数を計数するまでの時間が長引くよう
になり、次の走査で状況が同じであれば、カウント終了
信号49とストップパルス45が同位相となる。

反対にカウント終了信号49の方がストップパルス45よ
りも遅く位相比較器46に入力される場合、チャージポン
プ・DAコンバータ47はその出力電圧V₁を下降させる。こ
れにより、電圧制御発振器48はその出力するパルス信号
53の周波数を上昇させる。この結果として、カウンタ43
が前記した所定のパルス数を計数するまでの時間が短く
なるようになり、次の走査で状況が同じであれば、カウ
ント終了信号49とストップパルス45が同位相となる。

これらと異なり回転多面鏡22の回転速度に変動が生じ
ていなければ、カウント終了信号49がストップパルス45
と同時に位相比較器46に入力されることになる。このよ
うにこれらが同位相の場合には、チャージポンプ・DAコ
ンバータ47はその出力電圧V₁を変化させず、電圧制御発
振器48の出力するパルス信号53の周波数は一定に保たれ
る。

以上の結果から、チャージポンプ・DAコンバータ47の
出力電圧V₁は、回転多面鏡22の回転速度に依存した電圧
に保たれることが分かる。この出力電圧V₁は加算器55の
一方の加算値となる。

ところで第２の走査開始用光検出器35の検出出力は、
第１の第２系統光走査パルス発生器56に入力され、ここ
からスタートパルス57が出力されるようになっている。
スタートパルス57は、関数発振器58および他の電圧制御
発振器59の第１の入力となる。また、第２の走査終了用
光検出器36の検出出力は第２の第２系統光走査パルス発
生器61に入力され、ここからストップパルス62が出力さ
れるようになっている。ストップパルス62は、電圧制御
発振器59の第２の入力となる。

関数発振器58は、第３図で説明した主走査方向におけ
るレーザビームの走査速度の不均一を補正するための関
数を発生させるための回路であり、いわばｆθレンズの
役割を果たすものである。関数発振器58は、スタートパ
ルス57が入力されると基準クロック発生器64から出力さ
れるクロック信号65に同期させて、それぞれの時点にお
ける補正値としての電圧V₂を関数として発生させる。こ
の電圧V₂は、被走査媒体38の走査と共に上昇し、主走査
の中央部でピークに達して今度は下降するような変化を
示す。すなわち、チャージポンプ・DAコンバータ47の出
力電圧V₁が一定であるとき、関数発生器58は次の（２）
式に示す関係となるように電圧V₂を発生する。

ここでクロック周波数ｆとは、電圧制御発振器59の出
力するクロックの周波数をいう。

関数発生器58の出力した電圧V₂は、チャージポンプ・
DAコンバータ47の出力電圧V₁と加算器55で加算される。
加算結果V_CNTは、電圧制御発振器59の第３の入力とな
る。

電圧制御発振器59は、スタートパルス57が供給される
とその発振を開始する。発振周波数は加算結果V_CNTによ
って時間的に変化する。すなわち加算結果V_CNTとしての
電圧が低い場合には発振周波数が高くなり、電圧が高い
場合には発振周波数が低くなる。そして、ストップパル
ス62が供給された時点でその発振を停止する。このよう
な電圧制御発振器59の発振出力67は、分周器68に供給さ
れ分周される。これによって得られたクロック69は、レ
ーザビームが被走査媒体22の走査を開始した時点でその
周波数が高く、中央部に行くに従って低くなり、中央部
でボトムに達して、その後は周波数が次第に高くなって
１ライン分の走査が終了する。クロック69は、メモリバ
ッファ71に供給される。

ところで、基準クロック発生器64から出力されるクロ
ック信号65は情報信号発生器72にも供給されるようにな
っている。情報信号発生器72は、被走査媒体38上に記録
する情報の基となる信号を発生する部分である。情報信
号発生器72からクロック信号65に同期して出力された１
画素分ずつの情報信号73は、メモリバッファ71に書き込
まれる。メモリバッファ71では、これら１画素分ずつの
情報信号をクロック69に同期して読み出し、画信号74と
して第２の半導体レーザ駆動装置31に供給する。第２の
半導体レーザ駆動装置31では、この画信号74に応じてレ
ーザビームを変調して出力させることになる。

従って、一般的には被走査媒体38の周辺部において画
信号74が比較的高速で区切られて出力され、中央部では
比較的低速で区切られてそれぞれ出力される。この結
果、被走査媒体38上での各画素の走査される長さが等し
くなるような制御が行われる。また、回転多面鏡22にお
ける第１系統のレーザビームでチェックした面の状態に
基づいて、第２系統のレーザビームで記録のための走査
が行われる。従って、回転多面鏡22の個々の面の平面精
度のばらつき等による走査速度の変動に対する補正も同
様に行われることになる。

第２図は、レーザビーム走査装置におけるタイミング
制御を説明するためのものである。ここで同図ａ−１〜
ａ−３は第１系統のレーザビームに関するものである。
すなわち同図ａ−１では、スタートパルス42が出力され
るタイミングを表わしており、同図ａ−２ではストップ
パルス45が出力されるタイミングを表わしている。同図
ａ−３ではカウンタ43から出力されるカウント終了信号
49の出力されるタイミングを表わしている。

この第２図でｂ−１〜ｂ−３は、第２系統のレーザビ
ームに関するものである。同図ｂ−１に示したチャージ
ポンプ・DAコンバータ47の出力電圧V₁は、同図ａ−２お
よびａ−３で示したストップパルス45およびカウント終
了信号49の発生タイミングがずれるとき、それに応じて
上昇し、あるいは下降していることが分かる。これによ
り、同図ｂ−２およびｂ−３で示したスタートパルス57
およびストップパルス62の対で定まる各走査周期におけ
る、補正値としての出力電圧V₁が定められることにな
る。

次に第２図でｃ−１は、関数発生器58の出力する電圧
V₂の変化を表わしたものである。この電圧V₂に同図ｂ−
１で示した出力電圧V₁が加算されると、同図ｃ−２で示
した加算結果V_CNTとなる。同図ｃ−３は、分周器68から
出力されるクロック69の発生時間帯をそれぞれ表わした
もので、これらはすでに説明したようにスタートパルス
57とストップパルス62によって定まるものである。クロ
ック69は一定した発振周波数によるものではなく、加算
結果V_CNTに基づき変動し、これによって被走査媒体38上
で各画素が主走査方向に等間隔で配置されることにな
る。

以上説明した実施例のレーザビーム走査装置では、半
導体レーザを使用したがこれに限るものではない。また
半導体レーザを２系統使用したが、ハーフミラー等の光
分岐手段を用いて１つのレーザ発生装置から２系統のレ
ーザビームを作成するようにしてもよい。

「発明の効果」 このように本発明によれば、回転多面鏡における走査
対象となる面の１走査前の状態を実際に走査して時間を
計測し、これを１走査前の時間と比較し、これを画像走
査用のレーザビームが被走査媒体を走査するときの画素
単位で画像情報を変調する際のクロック周波数に反映さ
せるようにした。このため、回転多面鏡の回転速度の変
動や回転多面鏡の各面の状態に応じた適切な補正が可能
になり、走査モータや回転多面鏡の歩留りを向上させる
ことができる他、高品位の画像を記録することが可能に
なる。また、装置のコストダウンを図ることができる
他、保守が容易になるという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を説明するため
のもので、このうち第１図はレーザビーム走査装置の要
部を示す概略構成図、第２図は装置の各種タイミングを
示すタイミング図、第３図はレーザビーム走査装置にお
ける画像の歪みの原因を説明するための説明図である。 21……走査モータ、 22……回転多面鏡、 24……第１の半導体レーザ、 27……第１の走査開始用光検出器、 28……第１の走査終了用光検出器、 31……半導体レーザ駆動装置、 32……第２の半導体レーザ、 38……被走査媒体、 43……カウンタ、 46……位相比較器、 48、59……電圧制御発振器、 68……分周器。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像情報信号に応じて画像走査用のレーザ
   ビームの変調を行うレーザビーム変調手段と、 レーザビームを走査する面を複数備えた回転多面鏡と、 この回転多面鏡を回転させる走査モータと、 被走査媒体に画像走査用のレーザビームを反射させてい
   る面の１つ手前の面に参照用のレーザビームを入射させ
   るレーザビーム入射手段と、 参照用のレーザビームが１走査される時間を計測する走
   査時間計測手段と、 走査時間計測手段によって計測されたこの時間を１走査
   前の時間と比較する時間比較手段と、 画像走査用のレーザビームを画素単位で変調するための
   クロックを発生するクロック発生手段と、 被走査媒体上で走査モータの回転速度の変動や回転多面
   鏡の平面精度のばらつきによる走査速度の変動が吸収さ
   れるように前記時間比較手段の比較結果に応じて前記ク
   ロックの周波数を前記回転多面鏡の面ごとに制御するク
   ロック周波数制御手段 とを具備することを特徴とするレーザビーム走査装置。