JP3705633B2 - ラスタ出力スキャナにおける画素位置調節装置及び方法 - Google Patents

ラスタ出力スキャナにおける画素位置調節装置及び方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にラスタ出力スキャナでの光線の画素の位置の補正に関し、特に接線方向にオフセットした2本の光線の発射率を調節し、受像部材表面での画素位置を補正する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フライングスポットスキャナ(ラスタ出力スキャナ(ROS)とも呼ばれる)は、従来から中心軸周りに回転する多角面多角形反射ミラーを有し、その回転により複数の輝度変調された光線を感光記録媒体上で高速走査方向に繰り返し走査させる一方、記録媒体を低速方向(又は処理方向)に進行させる。このビームは、ラスタ走査パターンに基づき記録媒体を走査する。デジタル印刷は、個々の光線を2進サンプル列に応じて連続的に輝度変調し、サンプルによって表される画像を走査中に記録媒体に露光することによって実行する。同時に複数のビームを走査するプリンタは、マルチビームプリンタと呼ばれ、ROSおよびマルチビームプリンタ技術に関しては、Kitamuraの1994年10月2日出願、米国特許第4,474,422 号に開示されている。
【0003】
高速処理カラーやマルチハイライトカラーのゼログラフィー(静電電子写真)画像出力端末器は、独自にアドレスできる複数のラスタ線を個別の露光ステーションで同時に印刷する。これはマルチステーション印刷と呼ばれている。従来のマルチステーション処理カラープリンタは、個別のROSを複数台(通常は独立したROSを4台(システムカラー1色につき1台))使用している。この例として、Murayama et al. の米国特許第4,847,642 号および第4,903,067 号に開示されるものがある。
【0004】
また、Tibor Fisli の米国特許第5,243,359 号は、マルチステーションプリンタ内で、複数のレーザビームを偏向できるROS装置を開示している。回転多角形ミラーは、互いに平行する最大発散角(largest divergent angles)を持つ異なった波長の密集したレーザビームを複数同時に偏向する。レーザビームは、続いて複数の光学フィルタによって分光され、それぞれの受光体に導かれる。各ビームに対し同じ長さの光パスを確立することによって各受光体上に同じ大きさのスポットを得ることができる。この米国特許第5,243,359 号のレーザは、低速走査方向(即ちサジタル方向にオフセット)に配置されている。低速走査方向に配置されるダイオードを、多角形ミラーの回転軸と平行な方向に密集させることによって、スポットの大きさ、エネルギーの均一性、湾曲、直線性等のビーム特性におけるばらつきを最小限にする。即ちレーザダイオードを(多角形ミラーの回転軸に平行な方向に)できるだけ密集させて配置することにより、光線ができるだけ多角形ミラーの同一部分に当たるように図られている。
【0005】
James Appel et al.の米国特許第5,341,158 号(特願平5−153530号)は、高速走査線方向に接線オフセットされた(即ち水平方向に分光された)レーザビームを用いるROSシステムを開示している。これは、上記Fisli の米国特許第5,243,359 号開示のダイオードの間隔制限を補う。
【0006】
図1は、米国特許第5,341,158 号(特願平5−153530号)に開示のプリンタと同様のマルチステーション・プリンタ10を示す。それぞれ異なった波長を持つレーザビームが回転多角形ミラー12で反射される。回転多角形ミラー12は回転軸13を中心に回転しながら、同時にオプティクス(レンズ系)20を通るようにビームを偏向する。レンズ系20はビームを集束させ、多角形の角度誤差やぐらつきを補正する。ビームは光学フィルタ14、16、18によって分光され、ミラー26で反射され、受光体30、32、34、36へそれぞれ導かれる。このマルチステーションプリンタ10は、フルカラーゼログラフィー印刷又は複写に使用されることが好ましい。周知のように、各レーザビームはそれぞれの受光体30、32、34、36上に潜像を形成する。この潜像は、システムカラーに対応し、普通紙、中間ベルト等の記録媒体(図示せず)に転写される。受光体30、32、34、36は、ベルトやドラム形状のものでもよい。
【0007】
図2は、回転多角形ミラー12で反射される接線方向にオフセットした2本のレーザビーム41、51を走査するために使われる、2つの光学入力チャンネルを示している。レーザダイオード40はビーム41を発光し、このビームは回転多角形ミラー12によって反射される前にコリメータ42及びレンズ44を通過する。同様にレーザダイオード50はビーム51を発光し、回転多角形ミラー12によって反射される前にコリメータ52及びレンズ54を通過する。ビーム41、51を回転多角形ミラー12に導くためにミラー46、56を更に設置してもよい。図2から明確となるように、2本の光線41、51は高速走査方向で接線方向にオフセットする。
【0008】
ビーム41、51は、回転多角形ミラー12で反射された後、Fθレンズ22とアナモフィック構成部(アナモフィックレンズ)24を通過し、受光体(図2に図示せず)の表面に照射される。当業者にとって周知のように、Fθレンズ22は、走査の直線性を補正する。アナモフィック構成部は一般に、ビームをサジタル方向への集束させるための限られた倍率だけを有する(図における縦方向にのみ集光作用を有する)。図の簡易化のため、レンズ22やアナモフィック構成部24など回転多角形ミラーより後の光学系に関しては、ビームを1本にして示すが、実際はビーム41、51ともにこの光学系を通過する。更に、図2のレンズ22とアナモフィック構成部24は、図1に示したレンズ系20に相当してもよい。本発明は、図2に示するような2本のビームが接線方向にオフセットするマルチスポットシステムに使用されることが好ましい。
【0009】
上記に説明されたような多角形スキャナは公知のものであり、例えば"Laser Scanning For Electronic Printing," Proceeding of the IEEE, Vol. 70, No. 6, June 1982 by John C. Urbach et al.に開示される。その他の光学多角形走査器の形態も同様に公知であり、本発明の意図の範囲にあるものとする。
【0010】
図3は、単一チップ上に形成された複数のレーザダイオード40、50、60、70を示す。図3に示すように、各レーザダイオード40、50、60、70は、高速走査方向(即ちX方向)に沿って接線方向にオフセットしている。接線方向にオフセット配置されたレーザダイオードは、例えばAppel et al.の米国特許第5,341,158 号(特願平5−153530号)にも開示されている。
【0011】
Appel et al.(特願平5−153530号)にあるように、各レーザビームを接線方向にオフセットさせる場合、各レーザビームは、それぞれ違った角度で回転多角形ミラー12に入射する。本発明は、ビーム間の入力角を大きくした構成、例えば図2に示されているレーザビーム41と51が回転多角形ミラー12の走査面にぶつかる前の、10゜の角度オフセット構成に適用するのが好ましい。
【0012】
図4は、接線方向にオフセットされるレーザダイオード40と50の別の実施形態を示す。この例では、レーザダイオード40及び50はサジタル方向(低速走査Y方向)にも、接線方向(高速走査X方向)にもオフセットされる。この構成は、マルチスポットプリンタを使用する際、受光体上の走査スポット間のピッチを離すときに使用される。本発明の実施形態は、図4に示す接線方向とサジタル方向の双方にオフセットされるビームと関連して述べられるが、これに限られるものではない。
【0013】
図5及び6は、レーザビーム41及び51を高速走査方向に沿って走査する際、どのようにROSによって変調されるかを説明する図である。周知のように、ROSは、レーザビーム41、51が高速走査領域に入る際の走査開始を制御する走査開始(SOS:Start of Scan )検出器90(スリットディテクタ等)を含んでもよい。このSOS検出器90は、スポットがここを通過すると信号を発する。この信号は電子サブシステム(ESS)へ送られる。ESSは、情報のフォーマット及びROSの光変調器へのフロー(データの流れ)を操作し、レーザダイオードを使用する場合は、レーザ・ドライバー・エレクトロニクスへの電流の入力を制御する。SOS信号の受信とともに、ESSはラスタデータのラインを記録する。図5では、レーザビーム41及び51はまだ走査開始検出器90にとどいていない。従って、この時点ではレーザビーム41、51はそれぞれの受光体面上に変調されていない。図6では、走査開始検出器90がビーム51は検出するが、ビーム41は検出していない。これはビーム41と51とは接線方向に分光されているためである。ビーム41と51の分光距離は、レーザダイオード40及び50の距離によって決定される。図5及び6ではビーム41と51のサジタル方向にオフセット量をAで示し、接線方向にオフセット量をBで示す。
【0014】
ビーム51が走査開始(SOS)検出器90にとどくと、そのビームのラスタデータの全てをESSが記録する。このラスタデータは一般にマージンとビーム51によって印刷される各プリントデータを含む。マージンはビーム51が実際に受光体上へと変調されるまでのレーザダイオード50の遅延を表している。図6に示すように、ビーム41はまだSOS検出器90にとどいていない。ビーム41と51との間の遅延は、レーザダイオード40と50との距離情報又は実験によって決定される。ビーム51が一旦SOS検出器90を通過すると、ビーム41の必要な遅延が計算される。これは、ビーム51よりビーム41の遅延を大きくして、双方のビームが受光体上の類似の画素位置へと高速走査方向に変調させることによって行われる。従ってビーム41のマージンの方がビーム51のマージンより大きい。
【0015】
図7は処理方向に伸びる一組の縦線110及び112を示す。これら縦線110及び112を生成するためには各ビーム41、51の画素を高速走査方向に正確に位置させて受光体上に適切に変調しなければならない。ビーム51は走査ライン53に沿って走査され、ROSによって適切に変調される。ビーム41も走査ライン43上に走査され、ROSによって適切に別に変調される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
縦線を印刷する場合、各ビーム41及び51の画素位置を正確に制御しなければならない。例えば、光線の一方がその画素が所望の位置からライン走査方向にずれるように変調された場合、縦線はギザギザになってしまう。従って、双方のビームを同じような走査直線特性で走査させる場合、従来方法では、各ビーム41と51の間の必要な遅延を計算し、ビームを正しく受光体上に変調して、線110、112にギザギザが生じないようにする。縦線110、112を正確に1インチ離して印刷したい場合、各ビーム41、51のスポット速度は正確で、完全に線形でなければならない。
【0017】
しかしながら、ビームが図2のように接線方向にオフセットしている場合、各ビーム41、51が、走査線43及び53に沿って走査される間にそれぞれの直線性に相違がでてくる。この走査直線性のずれは、ビームが多角形ミラーに反射された後、後段のオプティクスの異なった部分を通過することによって起因する。これは、図2のような光線の接線方向への大きな分光によって起こる。
【0018】
このためROSは、ビーム41及び51が正しく所望の位置に変調されて第1及び第2縦線110、112を形成するように各マージンを計算する。しかし、上記説明のように、各ビームで走査の直線性が異なるため、縦線110、112でのビーム41、51の正確な変調が達成できず、肉眼でも分かるような好ましくない画質の画像が印刷されてしまう。換言すれば、遅延実行時には、全ての走査線はそれぞれ決められた位置より開始されるが、それから先はスポットがビームの入射角の違いにより異なった速度を持つため、画素位置にずれが生じる。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような接線方向にオフセットするレーザダイオードによる問題を解消するための装置及びその方法を提供する。
【0020】
本発明の第1態様では、第1に第1ビームのスポット速度を測り、第2に第2ビームのスポット速度を測り、そして第3に第1ビームの画素位置に関する第2ビームの画素位置を適切に調節するために第2ビームの発射率を調節する、ラスタ走査システム内の画素位置を補正する方法を提供する。
【0021】
本発明の第2態様では、第1光線のスポット速度を測る第1計測装置と、第2光線のスポット速度を測る第2計測装置と、第1ビームのスポット速度に基づいて第2ビームの発射速度を調節する調節装置を含む、ラスタ走査システム内の画素位置を補正する装置を提供する。
【0022】
本発明のその他の目的、効果、特徴は、添付図面を参照した以下の詳細な実施形態により明らかになる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図8は、本発明の実施形態にかかる画素位置調節装置である。この装置では、適切な画素位置が各ビームに得られるようにビーム41、51の周波数を調節する。この装置は、2本のビーム間に生じる非線形性に起因する問題を解消する。回転多角形ミラー12は回転しながら、レーザビームを反射して、レンズ22、アナモフィック構成部24等を含む後段のオプティクス(ポスト多角形オプティクス:Post Polygon Optics )20を通過させ、回折格子80に照射する。
【0024】
図9は回折格子80の拡大図である。光子80は等間隔に位置する多数の開口部(又はスリット)82を含む。このような回折光子の一例として、ロンチ刻線(ロンチルーリング:Ronchi ruling )があり、その他の回折格子も当業者の間では公知である。格子上の開口部の間隔は周知の方法で設定され、ビームが格子80上を走査する際のライン走査位置に対するビームのスポット速度を計算するときにその値を用いる。これに関しては以下に述べる。格子80は、ビームが走査される際、光線を開口部82に通過させる。
【0025】
光は開口部82を通過し、次のようにして検出される。図9に示すように、積分球のような装置(以後積分球と呼ぶ)94が格子80の背で長手方向に伸びる。この集光装置は図10に示され、C方向(図9参照)に伸びるガラス管92を含む。この管は透明なプラスチック棒またはガラスでもよい。アパーチャ96が積分球に設けられ、走査光線41が格子開口部82を通過した後、積分球内部に通される。従って、アパーチャ96は、管92と格子80の間で積分球94に沿って伸びる。積分球94の外壁98は光線が確実にガラス管92に反射されるよう、高反射率の塗料で覆うことが好ましい。
【0026】
管92の各端は、図9のようにそれぞれセンサ100及び102に接続されている。これらのセンサは公知の光電子倍増管(PMT)またはアバランシェフォトダイオードのようなものがよい。各センサ100、102はそれぞれ演算装置95(図8)に接続され、光線が積分球94内の管92に当たる高速走査位置に関するスポット速度を検出する。
【0027】
光線41は、図9に示す走査線43を形成するように格子80に走査される。光線41は、格子80上の開口部82のいずれか1つに位置した時にのみ、格子80を通過し管92へと導かれる。このとき光線はその格子開口部82、アパーチャ96を通過し、管92へ導かれる。各センサ100、102は、以下の様にしてガラス管92に当たるビームを検出する。
【0028】
例えばビーム41が第1格子開口部82を通過し、管92へと導かれる際、各センサ100、102は輝度信号を管92より受信する。第1開口部82はセンサ100に近いため、センサ100によって受信される輝度信号は、センサ102によって受信される輝度信号よりも大きい。ビーム41は走査線43に沿ってC方向に走査され続け、第2開口部へと進む。しかし、光が第2開口部を通過し、管92へと導かれる際、センサ100に受信される輝度信号は、光が第1開口部82を通過したときのものより小さい。これは管92に当たる光がセンサ100より遠くなったためである。即ちセンサ102によって受信される輝度信号は、センサ102までの距離が縮まったため、第1開口部を通過したときのものより大きくなる。しかし、センサ100から102までの距離が一定であるため、2つの信号の合計輝度値は上記いずれの例でも等しい。ビーム41が、走査線43上を走査する間、センサ100、102が輝度レベルに関する信号を受信し続ける。センサ100、102の輝度に基づき、高速走査方向に関するビームの位置(即ちスポット速度又は走査線形性)が判定される。
【0029】
図8の演算装置95は各センサ100、102に接続される。ビーム41が管92にぶつかりセンサ100、102に検出される毎に演算装置95は、ライン走査位置におけるビーム41のスポット速度を計算する。開口部82のスペース間隔などのデータは予め分かっており、演算装置95によってスポット速度を計算するときに使われる。スポット速度は演算装置95に記憶される。このような格子80、管92、センサ100、102及び演算装置95は、走査線43に沿った適切な画素位置を計算するために使用される。この走査手順は後述する。当業者にとって周知のように、演算装置95は、開口部82の間隔と、光がセンサ100及び102に検出される頻度に基づきビーム41の非線形性を計算する。
【0030】
図11は、本発明の方法の手順を表すフローチャートである。ステップ100で第1レーザビーム51(図2のレーザダイオード50より発光)を上記のように格子80上に走査する。ステップ102では、開口部82の間隔と、センサ100、102によって算出された管92へのビームの衝突頻度に基づいて、第1ビームのスポット速度で計算する。以後、ビーム51が適切な画素位置にあるという前提の下に述べている。即ち、ビーム51の画素位置の誤差は全て許容範囲内にあるものとする。続いて第2光線41(図2のレーザダイオード40より発光)がステップ104で格子80上に走査され、管92に達する。ステップ106で、第1ビーム51と同様の方法で高速走査位置における第2レーザビーム41のスポット速度を計算する。
【0031】
図7と関連して述べたように、各走査線43、53の走査線位置に関する線形特性は、接線方向にオフセットするレーザダイオード40、50の配置によって相違が生じ、縦線100、102を正確に印刷する場合に問題が起きる。即ち、ビーム41、51の間で所定走査時間中の高速走査画素位置が異なるのは非常に好ましくない現象である。この問題を解消するために、少なくとも1本の光線の発射間隔(firing frequensy:レーザビームの発光間隔)を調節して、ビーム41、51双方がビームに対する等しい画素位置を生成できるように変調する。例えば、ステップ108で光線41が走査線43上を走査する際にその発射間隔を調節する。このステップを行うにあたって、レーザダイオード40からの光線41の発射間隔を演算装置95が制御する。この制御については後述する。別の実施形態では、適切な画素位置を得るために回転多角形ミラー12の回転速度を調節する。また、ビーム51の発射間隔も画素が適切に所望位置に位置するように単独で調節される。即ち、ビーム51の画素位置が許容範囲にあるときビーム41の画素位置は、ビーム51の画素位置と同様となる。そうでない場合は、全ての画素が正しい位置となるように双方のビーム41、51の画素位置を調節する。
【0032】
発射間隔の調節は公知である。例えばDouglas Curry の米国特許第4,622,593 号は、走査速度の変化を補正する補正回路を開示する。この特許に開示されるように、マイクロプロセッサはサンプルクロックパルスの流れを生成し、サンプルクロックパルス速度とデータがスキャナに送られるデータ速度を低減するためにパルスをその流れから取り除く。このシステムは最高データ速度を要件とする最高速度走査を行い、データ速度を遅延せることによって他の走査でのデータ速度を補正する。マイクロプロセッサは、どれだけクロックパルスを取り除けばよいかを判定するため最高速度走査と他の走査の違いを計算する。その結果、低速走査のデータはより遅い速度で供給され、スポット速度とデータ速度の比例度を維持する。
【0033】
本発明の演算装置95は、米国特許第4,622,593 号記載のような発射間隔調節回路を含むことが望ましい。発射間隔を調節するその他の方法も本発明の範囲に含まれる。このように演算装置95は、レーザダイオード40の発射間隔(発光間隔)を調節することによってビーム41の発射間隔を調節する。この結果受光体の画素位置が調節される。別の例では、画素が正確に受光体に位置するように各ビーム41、51の発射間隔(発光間隔)を調節する。
【0034】
このように、パルスレーザの1つ(または複数)を1画素に対応させ、その画素を画素毎のデータで変調する。そして、このパルスの周波数(発射間隔)を調整することで、画素位置を調整する。
【0035】
上記装置は4本又はそれ以上のレーザビームの画素位置を補正することが好ましい。上記と同様にして、第3ビームを格子80上に走査し、管92へ導き、センサ100、102へと伝える。第3ビームを調節して受光体の画素位置を調節する。第4光線も同様にして格子80、管92へと走査され、ライン走査位置に対する第4スポット速度を計算する。第4レーザビームの発射率を適切に調節し、画素位置を調節する。これによって、4本の各ビームは適切な画素位置でそれぞれの受光体へと走査される。このようにして、異なった角で入力され、走査直線性にばらつきのある、接線方向にオフセットしたレーザビームによる問題を解決できる。上記例では、所望の画素位置に基づいて、第2、第3、第4光線の発射率を制御する。ラスタ走査システム内の全ての光線の発射率を調節することも本発明の範囲内にある。
【0036】
上記方法及び装置が単一受光体使用のマルチスポットプリンタや図1のようなマルチスポットプリンタに組み込まれ得ることは、当業者にとって自明である。図1では、各ビームはそれぞれ別々の受光体30、32、34、36に適確に画像化される。よって、それぞれの色画像がコピー用紙又は中間ベルトに画像となる場合、それぞれの走査線は図7に示すような高速走査方向に適切に記録される。更に、上記の装置は4本のビームに限られるものではなく、任意数のレーザビームと使用してもよい。
【0037】
また、ライン走査位置に対する光線のスポット速度を計測するために、その他の検出装置を使用できることも当業者にとって明白である。
【0038】
以上実施形態に基づき本発明を述べてきたが、これらの実施形態は説明の為の例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。当業者には、いろいろな修正や改造を考えることができるものと思われるが、それらは本発明の意図と範囲から離れるものではない。
【0039】
【発明の効果】
本発明の方法によって、レーザダイオードから発せられる接線方向にオフセットした複数のレーザビームのスポット速度を制御し、各レーザビームの画素を所望の位置に調節して正確な直線形を生成し、より高画質の画像を印刷できる。
【0040】
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】 従来のマルチステーションプリンタの概略図である。
【0042】
【図2】 接線方向にオフセットする2本の光線の平面図である。
【0043】
【図3】 接線方向にオフセットしたレーザダイオードの配置実施形態を示す図である。
【0044】
【図4】 接線及びサジタル方向にオフセットしたレーザダイオードの配置実施形態を示す図である。
【0045】
【図5】 2本のレーザビームが走査開始検出器を通って走査される時のビーム位置を示し、2本ともまだ検出器にとどいていない状態を示す図である。
【0046】
【図6】 2本のレーザビームが走査開始検出器を通って走査される時のビーム位置を示し、一方の光線だけが検出された状態を示す図である。
【0047】
【図7】 処理方向に伸びる縦線を示す図である。
【0048】
【図8】 本発明の実施形態にかかるラスタ出力スキャナでの画素位置調節装置を示す図である。
【0049】
【図9】 本発明の実施形態に使用する回折格子の検出装置を示す図である。
【0050】
【図10】 図9の(SOS)検出装置の側面図である。
【0051】
【図11】 本発明の方法によるフローチャートである。
【0052】
【符号の説明】
10 マルチステーションプリンタ、12 回転多角形ミラー、13 回転軸、14,16,18 光学フィルタ、20 オプティクス、26 ミラー、30,32,34,36 受光体、40,50 レーザダイオード、41,51 ビーム、42,52 コリメータ、44,54 レンズ、80 回折格子、82 開口部、90 SOS検出器、92 管、94 積分球、95 演算装置、96アパーチャ、100,102 センサ、110,112 線。

Claims (1)

  1. 少なくとも第1および第2のビームを走査するラスタ走査システムにおいて各ビームの走査における画素位置を調整する方法であって、
    高速走査方向における第1のビーム走査の際の第1ビームのスポットの移動速度であるスポット速度を高速走査方向の位置に応じて測定するステップと、
    高速走査方向における第2のビーム走査の際の第2ビームのスポットの移動速度であるスポット速度を高速走査方向の位置に応じて測定するステップと、
    前記第1ビームのスポット速度から、高速走査方向に沿った第1ビームにおける複数の画素位置を検出するステップと、
    前記第2ビームのスポット速度から、高速走査方向に沿った第2ビームにおける複数の画素位置を検出するステップと、
    少なくとも第2のビームの発射間隔を、検出した高速走査方向に沿った第2ビームの位置に応じて調整し、高速走査方向に沿った第2ビームにおける複数の画素の配置を調整するステップと、
    を有し、
    前記第2のビームの発射間隔の調整によって、第2のビームにおける高速走査方向の画素位置が第1のビームにおける高速走査方向の画素位置に対し適正な位置になるように調整されることを特徴とするラスタ走査システムの画素位置調整方法。
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