JP2779053B2 - 光走査装置 - Google Patents

光走査装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転ミラーを使用して光点による主走査方
向の走査を行なうようにしたレーザビームプリンタなど
の光走査装置に係り、特にファクシミリ用のプリンタに
好適な光走査装置に関する。
〔従来の技術〕
レーザビームプリンタなどに使用される光走査装置で
は、走査面での直線走査に伴う歪曲収差の補正精度や回
転ミラーの機械的精度の良否が、その性能を大きく支配
する。
第25図は光走査装置の一般的な構成を示したもので、
レーザ、カツプリングレンズ、スリツト等よりなるレー
ザ発光部102から発光された光は、シリンドリカルレン
ズ103により副走査方向を結像され、走査（回転駆動
用）モータ104で回転駆動されている走査（走査用回
転）ミラー105により偏向され、感光部材109の面を走査
（主走査）する。
この光による走査が感光部材109上で正しく行なわれ
るように、光学補正を行うのがシリンドリカルレンズ10
3と、第１と第２のｆ−θレンズ106、107である。
つまり、走査モータ104と走査ミラー105は高精度に作
られてはいるが、それでも生じてしまう面倒れ歪を補正
するために、シリンドリカルレンズ103、ｆ−θレンズ1
06と107を用い、直線走査のために発生してしまう像面
湾曲歪、歪曲収差を補正するために、第１と第２のｆ−
θレンズ106、107が用いられているのである。
一方、感光部材109の走査位置を検出し、正しく走査
するために用いられるのが同期センサ108である。
レーザ発光部102からのレーザ発光信号を示したのが
第26図で、同期センサ108で同期信号1101号を受光した
後、これをタイミング基準として画像信号1102を発光す
るのである。なお、画像信号1102は画像ON信号1103、画
像OFF信号1104で示すように、周期が一定のON、OFF信号
で構成されている。
このように、光走査装置における歪曲収差の補正法と
しては、第25図に示した、ｆ−θレンズを用いるのが一
般的であるが、この他に特開昭55−118012号公報記載の
ように、レーザの発光タイミングを可変にしたものがあ
つた。
第27図はその発光の様子を特徴的に表わしたもので、
ｆ−θレンズによる歪曲収差の補正をしない場合、第25
図の走査ミラー105によつて走査された光は、感光部材1
09の中央部での入射角θ＝０とすると、中央部から端部
に向かう距離ｙ＝tanθに従い、端部に行くにつれて粗
になる。
そこで、これを第27図に示すように、発光周期を端部
において密、中央部において粗とすることで補正しよう
とするものである。
また、上述してきた回転角速度制御と発光タイミング
・光量制御とを組合せても良い。これは、次に示すモー
タ駆動運動の方程式を用いれば可能である。
I:モータとミラーの慣性モーメント C:ベアリング・風損 T0:定常トルク定数 T1:制御トルク定数 n:ミラー面数 例えば、±10％程度、角速度を変化させたとき、変動
させるトルクが定常トルクの２〜10倍程度となり、耐久
性の面で問題を生じる。そこで、この負荷を軽減するた
め、発光タイミングの制御を併用させるようにしたもの
である。
これを第30図で説明すると、受光部でのスポット径を
一様にするため、発光タイミングが端部では密に、そし
て中央部では粗になるようにするのである。
また、発光タイミングを制御する他の手段としては、
第30図の発光波形における光パワーの強度の１周期の中
でのオン、オフの割合、すなわち、デューティを変えて
も良い。
さらに、受光量を一定にするため、発光時間と光パワ
ーの積が一定になるように制御しているが、このとき、
光パワーに関しては、第31図に示すように、受光部の光
量対感光感度特性上、光量に対して感度が飽和する飽和
応答領域を使うなら、光量を変化させる必要はない。
従って、この従来技術によれば、レンズを簡略化でき
るというメリツトがある。
ところで、上記したように、通常、走査モータ104の
回転速度は、高い精度での定速回転が要求されるため、
第28図に示すように、同期センサ108の受光タイミング
を定速回転制御部1301にフイードバツクし、これにより
走査モータ104に供給する電力を調整することにより一
定の回転数を得るようになっている。
第29図は、第28図の定速回転制御部1301の一般的構成
例で、同期センサ108から入力した信号と、基準周波数
発生部1501から入力された基準周波数を周波数・位相比
較部1502で比較し、必要に応じた電力を電力調整・出力
部1503から走査モータ104に供給することにより、定速
化を実現するものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、各種の歪を光学的手段により補正す
ることによる構成の複雑化について配慮がされておら
ず、軽量小型化やローコスト化の向上の点で問題があっ
た。
本発明の目的は、歪補正に伴う重量や容積の増加をな
くし、ローコストで充分に歪の補正が可能な光走査装置
を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、走査面での走査位置に応じ
て上記走査用回転ミラーの回転角速度を制御する回動角
速度制御手段を設けたものである。
〔作用〕
走査用回転ミラーの回動角速度を制御することによ
り、走査面での歪曲収差が補正されるので、この歪曲収
差を補正する光学的手段を用いることなく、充分に正確
な走査を得ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明による光走査装置について、図示の実施
例により詳細に説明する。
まず、第２図は本発明の一実施例で、これは、第25図
から第29図で説明した従来例における走査モータ104の
回転速度を、一走査期間内で変化させることにより歪曲
収差を補正するようにしたもので、このため、これらの
図に示した従来技術における定速回転制御部1301（第28
図、第29図）に代えて、第２図に示す可変速制御部1302
を設けたものである。
通常、走査モータ104の回転速度は、高い精度での定
速回転が要求されるため、第28図に示すように、同期セ
ンサ108の受光タイミングをフイードバツクして、定速
回転制御部1301で電力調整することにより一定の回転数
を得ているが、この本発明の一実施例においては、一走
査期間内での光点による走査速度が一定になるように、
走査モータ104の回転速度を可変させるようにしたもの
で、このため、第27図で説明した従来例のように発光量
を変動させる必要はない。
このときの一走査期間内における必要速度変動を示し
たのが第３図で、走査期間を一定にしたままで、一走査
期間内で、この第３図に示す速度変化を実現する必要が
あり、このため、第２図に示す可変速制御部1302を設け
たものである。
この可変速制御部1302は、第29図の従来例における定
速回転制御部1301の構成に加えて、第３図の速度変化を
生ぜしめるための加重電力発生部1601と電力加重部1602
を設けたものである。
加重電圧発生部1601は、同期センサ108からの入力信
号と同期を取り、加重すべき電力を発生していく。
第４図は加重電力を与えるのに必要な加重信号の一例
を示したもので、単純化して、走査モータ104の回転速
度が走査モータ104に印加する電圧に比例すると考える
と、この第４図に示すように、加重信号は第３図に示し
た形をとればよく、電力調整・出力部1503からの直流バ
イアス電圧Ｅと加重電力発生部1601からの所定の波高値
の交流電圧Ｖを加重した形となる。
なお、この実施例においては、電力調整・出力部1503
から直流バイアス電圧Ｅを、そして加重電力発生部1601
から交流電圧Ｖを発生するように構成したが、これらが
混在するように構成しても良い。
また、第４図の加重信号から明らかなように、直流バ
イアス電圧Ｅは、対応する走査モータ104の回転電圧よ
りも低く設定するようにしてもよい。
なお、このときの交流電圧Ｖの周波数については、第
２図から明らかなように、同期センサ108からの信号を
基準としているため、走査ミラー105の面数×回転速度
の周波数になるようにすればよい。
ところで、本発明は、第５図に示すように、２面走査
ミラー1801を用いて実施するようにしてもよいが、この
ような実施例の場合、有効走査角の全体に占めるパーセ
ンテージが減る。
第６図は、この第５図の実施列の場合の同期信号と交
流電圧の一例であるが、交流電圧２周期に１回同期信号
がくる構成となつている。
なお、この実施例のように有効走査角が小さい場合に
は、交流電圧ｎ周期に１回同期信号がくるように構成し
てもよい。
さらには、第７図のように、同期信号に対して必要な
部分だけ交流波形があり、あとは任意という構成も考え
られる。
ところで、以上の実施例においては、走査モータ104
の回転速度が印加電圧に一意に対応するものと仮定して
説明したが、実際には慣性力により、特に減速時におい
ては慣性力が勝り、印加電圧を下げても回転速度はあま
り落ちないから、制御が難しい。
第８図は、このような場合に対応した加重信号の一実
施例で、これまで説明した実施例では、第９図のよう
に、走査モータ104に対する最終印加電圧は、正方向の
回転を生ぜしめるための直流バイアス電圧に、交流電圧
が加重されたものであつたが、この第８図の実施例で
は、減速時に慣性力に打ち勝つために、逆回転方向のバ
イアス電圧を印加した構成となつている。なお、この第
８図の実施例では、減速電圧を方形波にしているが、必
要とする特性に応じて任意の波形を使用するようにすれ
ばよい。
以上述べてきたように、加重電圧発生部1601で発生す
る電圧は単純な正弦波ではない。このため、この波形を
ハードで発生する方法もあるが、第10図の実施例のよう
に、波形をメモリに記憶しておくようにしてもよい。
この第10図の実施例において、可変速制御部1302の加
重電力発生部1601の中には、所定の波形が予め書き込ん
である、例えばROMなどからなる変化電圧記憶部2301が
設けてあり、制御部2303が同期センサ108の信号を受
け、変化電圧記憶部2301から電圧変化を読み出し、これ
を電圧発生部2302に供給して電圧を発生するものであ
る。
ところで、以上の実施例では、走査モータ104に供給
すべき電圧を変化させることにより、この走査モータ10
4の回転速度を変化させるものであつたが、以下に説明
するように、走査モータの負荷量を制御して回転速度を
変化させるようにしてもよい。
第11図はその一実施例で、第28図の従来例で説明した
走査モータ104の定速度制御を行ないながら、磁力によ
り走査モータ104の負荷を制御し、速度変化を生ぜしめ
るように構成したものである。
この第11図において、モータ不均一部3001は走査モー
タ104のロータの外回り、又は軸等に付けられた磁性体
よりなるもので、磁力発生部3002との間に吸引力及び反
発力を発生するように構成してある。
無論、この狙いは、第３図に示した速度変化を得るこ
とにある。
第12図はモータ不均一部3001と磁力発生部3002の一実
施例で、同図（ａ）は６面構成の走査ミラー105に対し
て３個のモータ不均一部3001と２個の磁力発生部3002を
用いた実施例、（ｂ）は同じく６面構成の走査ミラー10
5に対して、今度は１個のモータ不均一部3001と６個の
磁力発生部3002を用いた実施例、また、同図（ｃ）は２
面構成の走査ミラー1801に対して２個のモータ不均一部
3001と１個の磁力発生部3002を用いた実施例、そして
（ｄ）は同じく２面構成の走査ミラー1801に対して、こ
こでは２個のモータ不均一部3001と１個の磁力発生部30
02を用いた実施例である。
なお、これらの図から明らかなように、本発明の実施
例としては、走査モータ104の所定角回動毎に、つまり
１走査期間毎に力が働けば、いかなる構成を取つても構
わない。
又、特殊な使い方として、走査可能なｎ面のうちｍ面
のみ走査を行う場合があるが、このときの一実施例を示
したのが第13図（ａ）〜（ｄ）である。
なお、磁力発生部3002は、永久磁石で構成してもよ
く、或いは電磁石を用いてもよく、要するに必要な吸引
力、或いは反発力が得られるならどのような構成でもよ
い。
上記したように、走査モータ104の速度を変化させる
場合には、加速時に比して減速時の方が大きな負荷を必
要とする。
そこで、このような点を考慮した実施例を第14図に示
す。
この第14図の実施例は、磁力発生部3002に永久磁石を
用いた場合の一実施例で、走査ミラー105の回動に対し
て加わる力の不均一性を、モータ不均一部3001又は磁力
発生部3002の構造不均一性により実現したもので、同図
（ａ）は磁力発生部3002を、図の上方向に長くしたも
の、（ｂ）は位置を上方向にずらしたもの、（ｃ）はモ
ータ不均一部3001の形状を回転方向に対して非対称にし
たもの、そして（ｄ）は磁力発生部3002を大小２個の組
み合わせとしたものである。
次に、第15図は磁力発生部3002として電磁石を用いた
場合の一実施例である。そして、このとき、第16図に示
すように、電磁石に供給する電力を走査期間内毎に可変
制御し、前述の目的、つまり、一走査期間内での走査モ
ータ104の回転角速度制御を達成せんとするものであ
る。
この実施例での電力供給部3501の出力電圧の一例が第
17図で、走査ラインの中央部を過ぎた付近で磁力を強く
し、減速力を増加させるようにしたものである。
なお、この第17図の実施例では単純な波形例である
が、所定の特性を出すためには、交流と直流を交えた電
圧を加える必要があるのはいうまでもなく、このために
は、第18図の実施例に示すように、電力供給部3501を構
成すればよい。すなわち、同期センサ108からの信号を
受けて所定の制御用の出力電圧を発生する制御部3801
と、予め所定の電圧変化を記憶した記憶部3803とを設
け、制御部3801からの制御用の出力電圧により記憶部38
03からデータを読み出し、出力部3802より出力するもの
である。
ところで、以上述べた実施例は、走査モータ104の外
側に、負荷変化発生手段を有するものであつたが、走査
モータ104の内部に速度変化発生手段を持たせるように
した構成も考えられ、まず、その一実施例が第19図であ
る。
この第19図の実施例は、同図（ａ）に示すように、走
査モータ104に２面ミラー1801を取り付けた場合の一実
施例で、走査モータ内部4000のモータ回転軸4005にモー
タ軸を不均一とするための磁性部材である回転軸不均一
部4006を設けると共に、４個の電磁石4001〜4004を設け
たもので、これらの電磁石4001〜4004に適当に電圧を加
えることで、電磁石とモータ軸不均一部4006間に現われ
る電磁吸引力が制御できる点を利用したものである。こ
のときの各電磁石4001〜4004に加える電圧の一例を示し
たのが第20図で、等速に回す場合である。これに第17図
で示した電圧を加えて、一走査間での速度を可変にした
のが第21図の実施例である。なお、この第21図の実施例
では、かなり簡略化した電圧波形で示してあるが、実際
には直流と交流を混えた、さらに複雑な波形となる。
ところで、走査モータ104の内部構成としては、第22
図の実施例に示すように、有極性回転軸4301を設けるな
ど、上記以外にも様々な構成が考えられ、どのような構
成によって実施してもよいことは言うまでもない。
また、上述した実施例では、走査モータの回転力に負
荷を与える手段として磁気的手段を用いていたが、所定
の制御可能な負荷が与えられるなら、風力など、どのよ
うな手段を用いてもよいことも、言うまでもない。
第23図は走査モータの回転力に負荷を与える手段とし
て摩擦ブレーキ力を利用した本発明の一実施例で、ま
ず、同図（ａ）は走査モータ104の回転軸4005の周囲に
弾性部4501を設け、さらに、その周囲に負荷発生部4502
を設け、これに負荷制御部4503から制御信号を与え、負
荷発生部4502を収縮させ、弾性部4501との間に摩擦力を
発生させて回転軸4005に摩擦ブレーキを掛け、回転角速
度を制御するようにしたものであり、同図（ｂ）は圧電
素子4504を用いて回転軸4005に摩擦ブレーキを掛けるよ
うにした実施例である。なお、4505はストッパである。
ところで、上記したように、走査モータ104の回転速
度制御については、回転角速度を増加させるときより
も、低下させるときの方に問題がある。つまり、増加さ
せるときには、とにかくモータに供給すべき電力を増加
させてやればよいが、低下させるためには、単に電力供
給を減らしただけでは、慣性のために、回転角速度の低
下には直ちにはつながらないからである。
そこで、効率の低下には目をつぶり、モータの回転方
向に定常的に回転抵抗を与える手段を設けるようにして
もよく、このようにした本発明の一実施例を第24図に示
す。なお、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
この第24図において、4601は定常負荷発生部で、この
実施例では、走査モータ104の回転に伴って風損を発生
し、トルクを吸収する羽根車で構成してある。
こうすれば、回転角速度を低下させるべく、走査モー
タ104に供給されている電力を低下させたとき、この定
常負荷発生部4601を構成している羽根車によって与えら
れている、余分な回転抵抗により、走査モータ104の回
転速度は急激に低下し、必要な応答性を容易に持たせる
ことができる。
なお、この定常負荷発生部4601をモータ冷却用などの
ファンで構成してもよく、このときには、効率低下をか
なり相殺させることができる。
また、この定常負荷発生部4601としては、上記したよ
うに風損によるものに限らず、摩擦損失、うず電流損失
など種々の方法の適用が可能なことは、いうまでもな
い。
なお、以上の実施例で述べてきた方法は、歪曲収差の
補正を目的とするが、同様の目的を達成することができ
る手段としては、上記実施例以外にも、モータそのもの
を回転振動させる手段によることが考えられる。
第１図は本発明による光走査装置の一実施例を示した
もので、２面走査ミラー1801を用いることにより、面倒
れの発生が充分に小さく抑えられるようにし、これによ
り、面倒れについては特に補正は行なわない、いわゆる
面倒れ補正レス方式とし、球面レンズ4401を設けること
で像面彎曲を、そして、上記した走査モータ104の回転
速度制御により歪曲収差をそれぞれ補正するようにした
ものである。
従って、この実施例によれば、シリンドリカルレンズ
や、さらに高価なｆ−θレンズなどの光学的な補正手段
を用いること無く、高精度の走査が可能になり、軽量
化、ローコスト化を充分に得ることができ、ファクシミ
リなどへの適用を容易にすることができる。
ところで、以上の説明からも窺えるように、今後、レ
ーザプリンタなどでの高画質化への要求は高まるばかり
であり、このため、画像彎曲や歪曲収差については一層
厳しい条件が求められるようになると考えられる。
従って、このような要求に応えるため、光学レンズ系
による補正を全面的に採用したのでは、小型軽量化やロ
ーコスト化が困難である。
そこで、この第１図の実施例のように、歪曲収差の一
部を走査モータ104の回転角速度の制御により補正する
ようにしてやれば、簡単な構成のレンズ系により充分な
精度の走査が可能になり、上記したように、軽量化、ロ
ーコスト化を充分に得ることができ、ファクシミリなど
への適用を容易にすることができることになるのであ
る。
なお、本発明による光走査装置の適用例としては、上
記したように、レーザ・ビーム・プリンタが考えられ
る。また、スキヤナにもそのまま適用可能である。
さらに、液晶レンズとしては、コンパクト・ディスク
・プレヤー（CD）、カメラ、光学測定装置等に応用する
ことが考えられる。
又、モータ制御に関しては、電動機等に応用可能であ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、複雑の光学系を使用することなく充
分に歪曲収差の補正が可能になるので、装置の小型化、
軽量化と共に、大きなコストダウンを容易に得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による光走査装置の一実施例を示す構成
図、第２図は可変速制御部の一実施例を示すブロック
図、第３図は歪曲収差補正に必要な走査モータの速度変
化特性図、第４図は加重信号の一例を示す波形図、第５
図は２面走査ミラーを用いた一実施例の説明図、第６図
は加重信号の他の一例を示す波形図、第７図は加重信号
のさらに別の一例を示す波形図、第８図は逆バイアス印
加信号の一例を示す波形図、第９図は加重信号のさらに
別の一例を示す波形図、第10図は可変速制御部の他の一
実施例を示すブロック図、第11図は本発明の一実施例を
示す構成図、第12図はモータ不均一部と磁力発生部の一
実施例を示す説明図、第13図はモータ不均一部と磁力発
生部の他の一実施例を示す説明図、第14図はモータ不均
一部と磁力発生部のさらに別の一実施例を示す説明図、
第15図は電磁石を用いた場合の一実施例を示す説明図、
第16図は電磁石を用いた場合の他の一実施例を示す説明
図、第17図は印加電圧の一実施例を示す波形図、第18図
は電磁石方式による本発明の一実施例を示す構成図、第
19図はモータ内部不均一磁界発生方式の一実施例を示す
説明図、第20図は印加電圧の一例を示す波形図、第21図
は印加電圧の他の一例を示す波形図、第22図は内部不均
一磁界発生方式の他の一実施例を示す説明図、第23図は
回転負荷制御方式による本発明の一実施例を示す説明
図、第24図は定常負荷発生部を用いた本発明の一実施例
を示す説明図、第25図は光走査装置の従来例を示す構成
図、第26図はレーザ発光信号の一例を示す説明図、第27
図は従来技術におけるレーザ発光による歪曲収差補正の
説明図、第28図は走査モータ定速回転のための構成図、
第29図は定速回転制御部の一例を示すブロック図、第30
図は発光タイミングの波形図、第31図は受光部の特性図
である。 101……レーザ制御部、102……レーザ発光部、104……
走査モータ、108……同期センサ、109……感光部材、13
02……可変速制御部、4401……球面レンズ。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源から走査面までの光路の一部を走査用
    回転ミラーの回転により偏向させ、走査面を光点により
    直線走査する方式の光走査装置において、上記走査面で
    の走査位置に応じて上記走査用回転ミラーの回動角速度
    を制御する回動角速度制御手段を設けたことを特徴とす
    る光走査装置。
  2. 【請求項２】請求項１の発明において、上記回動角速度
    制御手段が、該走査用回転ミラーの回転軸に供給すべき
    回転駆動力を上記走査面での走査位置に応じて制御する
    手段で構成されていることを特徴とする光走査装置。
  3. 【請求項３】請求項１の発明において、上記回動角速度
    制御手段が、上記走査用回転ミラーの回転軸に供給され
    ている一定の回転駆動力に対して、上記走査面での走査
    位置に応じて変化する正及び負の駆動力の少なくも一方
    を付加する手段で構成されていることを特徴とする光走
    査装置。
  4. 【請求項４】請求項２の発明いおいて、上記回転駆動力
    の制御範囲に負の駆動力領域が含まれるように構成した
    ことを特徴とする光走査装置。
  5. 【請求項５】請求項３の発明において、上記正及び負の
    駆動力の少なくとも一方を付加する手段が、上記走査面
    での走査位置に応じて変化する磁気的吸引力及び磁気的
    反発力の少なくとも一方を利用する手段で構成されてい
    ることを特徴とする光走査装置。
  6. 【請求項６】請求項１の発明において、上記回動角速度
    制御手段が、上記走査用回転ミラーの回転軸に供給され
    ている一定の回転駆動力に対して、上記走査面での走査
    位置に応じて変化する負の駆動力を付加する手段で構成
    されていることを特徴とする光走査装置。
  7. 【請求項７】請求項６の発明において、上記負の駆動力
    を付加する手段が、上記走査面での走査位置に応じて変
    化する摩擦ブレーキ力を発生する手段で構成されている
    ことを特徴とする光走査装置。
  8. 【請求項８】請求項２又は４の発明において、上記走査
    用回転ミラーの回転軸に付加的な回転抵抗を与える手段
    が設けられていることを特徴とする光走査装置。
  9. 【請求項９】請求項８の発明において、上記付加的な回
    転抵抗を与える手段が、上記走査用回転ミラーの回動に
    より風損を発生する手段で構成されていることを特徴と
    する光走査装置。
  10. 【請求項１０】請求項９の発明において、上記風損を発
    生する手段が冷却ファンで構成されていることを特徴と
    する光走査装置。
  11. 【請求項１１】請求項２又は４の発明において、上記回
    転駆動力を発生する手段が電動機であり、その回転速度
    が端子電圧制御手段又はパルス時間幅制御手段の少なく
    とも一方の手段で構成されていることを特徴とする光走
    査装置。
  12. 【請求項１２】請求項１の発明において、一走査期間中
    にレーザ発光のタイミング及びデューティ並びにパワー
    を変化させる手段を備え、受光面での光スポットの面積
    とエネルギーとを一定にすることを特徴とする光走査装
    置。
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