JPH02131212A - レーザビームの走査速度補正方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザプリンタやファクシミリ等に組み込ま
れ、画像情報に基づいて変調されたレーザビームを記録
媒体上に走査するレーザビーム走査光学系の走査速度補
正方式に関する。

従来の技術 従来、レーザビーム走査光学系は、基本的には、光源と
しての半導体レーザ、ポリゴンミラー等の偏向器、ｒθ
レンズにより構成されている。ｉ向器は半導体レーザか
ら発せられたレーザビームを一平面内に等角速度で走査
するためのものであり、そのままでは記録媒体の主走査
ライン上で中心部から端部にわたって走査速度に差を生
じ、等時的なタイミングで露光したときのドットピッチ
がばらついてしまう。ｆθレンズはこの様な走査速度差
を補正し、全走査域にわたって等時的なタイミングで露
光したときのドットピッチを一定とするために設置され
ている。

ところで、ｆθレンズは種々の凹レンズ、凸レンズ等を
組み合わせたもので、設計が複雑で、研摩面が多くて加
工上の精度が図り難く、高価でもある。

一方、ｆθレンズを使用しない場合、記録媒体上の像高
（ｙ）は以下の式で与えられる。

ｙ″′Ｌｔａｎθ　　　　　　　　　　　・・・・・・
■但し、Ｌ：偏向点から記録媒体まで の距離 偏向器は一定の角速度で回転駆動されるので、記録媒体
上での走査速度（Ｖ）は以下の式で与えられる。

Ｖ（θ）ｏｃｄｙ／ｄθ＝Ｌ／ｃｏｓ２θ　　　・・・
・・・■即ち、走査速度は偏向角（θ）の増加に伴って
■式に従って増加する。これをあたかも等速で走査され
たかの様に補正を行なおうとすれば、レーザビームの同
期制御クロックの周期をｃＯｓ２０に比例して変化させ
ればよい。

特開昭５４−１２８５３号公報、特開昭５８−８７９６
５号公報、実開昭６１−１２８８６９号公報、実開昭６
０−３６６２０号公報、特開昭６１−１８４０５０号公
報等に開示の技術は、ｒθレンズを省略し、前記■式、
■式に基づいて主走査速度を補正しようとするものであ
る。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記従来技術の如く、レーザビームの同
期制御クロックの周期を、走査速度の変動に応じて補正
を行なうとすると、現在の変調周波数４．　２Ｍ｝Ｉｚ
の１００倍である４２０ＭＨｚ程度の基準クロックを必
要とする。現実問題としてこの様な高い周波数を基準ク
ロックとして用いることは、回路構成素子の追随可能な
周波数がせいぜい１００Ｍｔ｛ｚ程度であることを考慮
すれば、低速印字機は別として不可能である。そのため
、偏向点から記録媒体までの距離（Ｌ＞を長く設定する
か、基準クロックの周波数を大幅に下げる等の対策を講
じることが考えられる。しかし、これでは補正状態が悪
くなる。

そこで、本発明の課題は、基準クロックの周波数をあま
り高く設定する必要なく、かつ、高速印字を損なうこと
なく、走査速度を充分に補正可能な方式を提供すること
にある。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するため、本発明に係るレーザビーム
の走査速度補正方式は、レーザビームのオン，才フを同
期させるために複数の周期のレーザビーム制御信号を有
し、走査域が主走査ラインの中央部から端部に移行する
に伴って前記制御信号の密度を変化させることを特徴と
する。

より具体的には、例えば、複数のレーザビーム同期制御
信号の周期の密度勾配を走査域の中央部から端部にわた
って連続的に分布させるか、走査域をいくつかのブロッ
クに分割し、そのブロック内での複数の周期の構成比が
走査域中央部から端部にわたって一定の勾配に設定する
。あるいは、前記の如く分割したブロック内で複数の周
期の分布状態がある一定のパターンで繰り返され、その
ブロック内で周期分布がほぼ一様に分散する様に設定す
る。分割したブロック内で、複数の周期の種類に応じて
、さらにブロックをいくつかのエリアに分け、その周期
の構成比に従って一つのエリアを一つの種類の周期で走
査させる。または、あるブロック内のエリアを占める周
期の値を、大きい順あるいは小さい順に配列する。

作用 レーザビームの才ン，オフを同期させる制御信号は、必
ずしも連続的に変化させる必要はなく、複数の周期のも
のに設定すればよく、その制御信号の密度を走査域が中
央部から端部に移行するに伴って変化させることにより
、偏向器の等角速度走査に起因する主走査ライン上での
走査速度の変動が効果的に補正される。このとき、基準
クロックの周波数は通常使用される４．　２ＭＨｚの１
０倍程度で済み、１００倍程度の基準クロックと同等の
補正効果が得られる。

実施例 第１図は本発明に係る走査速度補正方式を実施するだめ
のレーザビーム走査光学系の概略構成を示し、（１）は
半導体レーザ、（２）はコリメータレンス、（３）はシ
リンドリカノレレンズ、（４）はポリゴンミラー、（５
）はトロイダルレンズ、（６）．　（７）は折り返しミ
ラー、（８〉は感光体ドラムである。

半導体レーザ（１）は、第６図に示すドライブ回路（３
０）にて駆動され変調された発散光束を放射する。この
発散光束はコリメータレンス（２）を通過することで収
束又は平行光束に修正される。ポリゴンミラ−（４〉は
図示しないモータにてその中心軸を支点として矢印（ａ
）方向に一定速度で回転駆動きれ、半導体レーザ（１〉
からのレーザビームを各面で連続的に反射し、一平面内
に等角速度で反射する．シリンドリ力ルレンズ（３）、
トロイダノしレンズ（５）はポリゴンミラ−（４）の面
倒れ（各面の垂直度誤差）に伴う副走査方向のビッチむ
らを補正するためのものである。ポリゴンミラ−（４）
で反射されたレーザビームは折り返しミラー（６），（
７）で反射され、感光体ドラム（８）上に集光され、主
走査ライン（９）上を走査し、これを主走査と称する．
また、感光体ドラム（８）は矢印（ｂ）方向に一定速度
で回転駆動され、この回転による走査を副走査と称し、
主走査、副走査にて感光体ドラム（８）上に潜像が形成
される。

ところで、以上の構成からなるレーザビーム走査光学系
において、一定周期のレーザ制御信号を用いて変調を行
なうと、主走査ライン（９〉上での潜像は、第２図中（
Ａ）に示す状態となるゆこの第２図中（ｙ１）及び（ｙ
＋’）はレーザビーム制御信号の１周期（Ｔ１）に相当
する主走査方向の印字間隔であり、前記■式から明らか
な様に、走査域端部では走査域中央部に比べて走査速度
が速いため、前記■式から明らかな様に、Ｙ＋＜Ｙ＋’
　となっている。

また、（ｙ，〉及び（ｙ＊’）はレーザビーム制御信号
の１周期（Ｔ．）のうちで半導体レーザク１）がオンさ
れている時間（Ｔ，）に相当する主走査方向の印字長さ
（ドット長さ）であり、同様にｙｚ＜５’ｔ′　となっ
ている。

ここで、本実施例では以下の仕様の下に走査域を主走査
ライン（９）の中央部から端部にかけて７ブロックの区
分けし、各ブロックごとにレーザビーム制御信号の周期
を変えた。

伐り システム速度：　３５ｍｍ／　ｓｅｅ 有効走査幅　：　２１０ｍｍ（　Ａ　４サイズ幅寸法）
偏向点から記鑞媒体までの距離：　４００ｍｍ印字密度
　　：　３００ｄｏｔｓ／　ｉｎｃｈポリゴン面数＝６ 以上の仕様において、走査速度の補正を行なわない場合
、レーザビームの変調周波数は約４．２ＭＨｚである。

ところで、前記■式は偏向角（θ）に対して速度比を与
えるものであるが、これを像高に対する速度比に直すと
、以下の式が導かれる。

Ｖ　（ｙ）ｏｃ　１／　ｃｏｓ’θ｛ｔａｎ−’（ｙ／
Ｌ）｝　　　−・＝■従って、制御クロック周期（Ｔ）
を、 Ｔ　（ｙ）ｏｃ　ｃｏｓ２｛ｔａｎ−　’　（ｙ／　Ｌ
）｝　　　　　−　−■を満足する様に設定すれば、走
査速度を走査域の中央部から端部にわたって等しく補正
できる．前記仕様に対して像高５ｍｍごとに制御クロッ
ク周期を比で示すと以下の第１表の如くなる．第１表 第１表に基づいて以下の第２表の如き割合で制御信号を
補正すれば、主走査方向による印字精度は±０．５％以
内に抑えることができる．第２表 前述の発明が解決しようとする課題の項で説明した従来
例に従って走査速度の補正を行なうと、主走査ライン（
９）上での潜像は、第２図中（Ｂ）に示す状態となる。

即ち、主走査方向印字間隔（ｙ＋’）は１％程度の誤差
範囲内で（ｙ１）にほぼ等しくなる。

但し、印字長さ（ｙ＊　’　）は特に補正を行なわない
限り、５’！　＜　Ｙ＊　’　　と端部において長くな
る。しかし、この種の速度補正では補正を行なわない場
合の変調周波数４．　２Ｍ｝Ｉｚの１００倍に相当する
４２０ＭＨｚという高い周波数で基準クロツクを発振き
せる必要があり、実用上困難であることは前述の通りで
ある。

そこで、本実施例では、前記仕様に基づき、かつ、前記
第１表と同じブロック分けとし、通常の変調周波数４．
２ＭＨｚの１０倍の基準クロツクを発振きせ、このクロ
ックが１０カウントで１ドットを印字する部分と、９カ
ウントで１ドットを印字する部分との構成比を以下の第
３表の如く設定した。

［以下余　白］ 第３表 そして、以上の構成比を各ブロック内でほぼ一様に分布
する様に分散きせた。その結果、主走査ライン（９〉上
での潜像は、第２図中（Ｃ）に示す状態となる。即ち、
基準クロックの９カウントでレーザビーム制御信号が１
個発生する部分ではＹ＋’＜Ｙ＋　となり、１０カウン
トで１個発生する部分ではＹ　ｒ　＜　Ｙ　＋”となる
．ここでの印字間隔（ｙ＋　’　）．（ｙ＋“）の構成
比を前記第３表に示した如く各ブロック（走査域）ごと
に密度勾配を持たせることにより、巨視的に印字間隔を
中央部から端部にわたって均一に、例えば５ｍｍ単位で
見れば、１００倍の基準クロックを発振させたのと同程
度に走査速度を補正することが可能である。

なお、以上の補正状態を局部的に拡大した第２図に基づ
いて説明したが、ここで若干の補足説明を行なう。

本実施例における前記仕様の走査光学系において１主走
査ライン上に記録されるドット数は、（２１０／２５．
　４）Ｘ　３００＝２４８０である。補正を行なわない
場合の走査域中央部と端部でのレーザビーム制御信号１
周期当りの走査長さの増加分（八いは、前記■式より、
以下の式で与えられる。

＝１００ｔａｎ２｛ｔａｎ−’（ｙ／Ｌ）｝　　　・−
−−−−■ここで、■式にｙ−ｔｏｓ、Ｌ−　４００を
代入すると、（Δｙ）は６．８９％となる．即ち、中央
部での１００の長さが端部では約１０７に延びることに
なる．理想的には■式に従ってクロック周期Ｉ（ｙ）を
変化させればよいが、本実施例の如く７ブロックに分割
して補正を行なうと像高（ｙ）に対する制御信号の周期
は第３図に示す様な関係となる． 各ブロックに含まれるドット数は像高の値に対応して以
下の第４表に示す通りである．第４表 ＝１００ｔａｎ２θ 第４表から明らかな様に、最もドット数の少ない７番目
のブロックにおいてさえ、像高８．５ｍｍ（９６．　５
〜１０５ｍｍ）の長さに対して１００　ドット含まれて
おり、本実施例でのレーザビーム制御信号周期の構成比
に従って、このうちの４割を占める（ｙ＋“）が他の６
割を締める（ｙ＋’）に対して１０／９の間隔で印字き
れているにも拘わらず、（ｙ＋’）がどちらにも等しく
１ｍｍ当り約１２ドットも存在するため、印字された結
果は、 ｒ＝　（Ｉ　Ｘ　０．　４　＋　０。９Ｘ６）／１０＝
０．９４と、あたかも各ドットが加重平均されたかの如
く目視きれる。微視的に見れば、Ｙ＋＝１に対して、Ｙ
１’　＝　０．　９６２ ｙｌ″＝　１．　０６９ となるが、これらの長さの差は、 （１．　０６９−０．　９６２）　Ｘ　２５．　４／　
３００＝　０．　０９ｍｍであり、目視上全く問題とな
らない大きさである。

具体的には、各ドットに対して、それが基準クロツクの
１０カウントで１ドットと見做きれるべきものか、９カ
ウントで１ドットと見做されるべきものかの判断は、第
６図に示すリードオンリーメモリ（２３）に２４８０ド
ット分の情報をメモリしておくのが簡便である。即ち、
１ドット目は１０個のクロックが入力されてオン、２ド
ット目は９個のクロックが入力されて才ンという様に制
御する。

２種類の周期（ｙ＋　’　），（ｙ＋“）はランダムに
分散されているのが理想的であるが、簡略化のため、各
ブロックの前半はクロツクが１０カウントで１ドット印
字、後半は９カウントで１ドット印字という様に制御し
てもよい。この場合の像高の値に対する制御信号の構成
を、前記第４表に対応許せて示せば第５表の通りである
。

［以下余　白］ 第５表 ところで、前述の如く、２種の周期を各ブロック内でラ
ンダムに分散させた場合と、前半、後半で分離した場合
のそれぞれの潜像の状態を第４図、第５図に模式的に示
す。第４図はランダム分散、第５図は分離した状態を示
し、共に斜線を付した部分は９カウントで１ドット印字
に相当する部分を示し、他は１０カウントで１ドット印
字に相当する部分を示す。第４図においては、図示のバ
ターンが各ブロックごとに一律に繰り返されることを表
わし、第５図は各ブロック内の前半、後半の領域で一様
に１０カウントで１ドット、９カウントで１ドットの印
字を行なうことを表わしている。

ところで、主走査方向の印字長さ（ｙｚ　＞．　（ｙｚ
　’　）（パルス幅）は前述の走査速度の補正のみでは
補正されず、第２図中（Ｃ）に示す通り、Ｙ＊＜Ｖｘ’
である。そこで、印字長さ（パルス幅）も同時に補正す
ること、即ち、レーザビーム制御信号の１周期（Ｔ．）
のうちで半導体レーザ（１）のオン時間に相当する部分
（Ｔ，）のパルス幅を、主走査ライン（９）の中央部か
ら端部に移行するに伴って、偏向角（θ）に対してほぼ
ｃｏｓ２０に比例する様に制御することが好ましい。こ
の補正によれば、第２図中（Ｃ′）に示す如く、Ｖｘ”
ＦＹ＊　となり、１ドットごとの印字幅が中央部から端
部にかけてほぼ等しくなる。

また、第２図では図示されていないが、半導体レーザ（
１）から放射されるレーザビームの照度（露光量）は中
央部から端部にかけてｃｏｓ２θに比例して低下する．
従って、半導体レーザ（１）の発光強度を偏向角（θ）
に対してほぼ１／ｃＯｓ２θに比例する様に制御するこ
とが好ましい。この補正によれば、１ドットごとの露光
量が主走査ライン（９）の中央部から端部にかけてほぼ
等しくなる。

第６図は制御回路を示し、走査速度補正回路（２０）は
、基準クロック発振器（２１）、アドレスカウンタ（２
２）、リード才ンリーメモ１バ２３）、ラッチ回路（２
４）、クロック発振器（２５）、プログラマブルカウン
タ（２６）とで構成され、複数の周期の構成比はリード
才ンリーメモリ（２３）にメモリされており、この構成
比の密度勾配はプログラマブルカウンタ（２６）にて制
御され、半導体レーザ（１）はドライブ回路（３０）に
てオン，才フ制御される。

第７図は、第２図中（Ｃ゛）で示したパルス幅（ドット
長さ）を補正するためのパルス幅補正回路（４０）を備
えた制御回路を示す。パルス幅補正回路（４０）は基準
クロツク発振器（４１）、アドレスカウンタ（４２）、
リードオンリーメモリ（４３）、ラッチ回路（４４）、
変調器（４５）から構成きれ、前記走査速度補正回路（
２０〉からの出力は変調器《４５）へ入力される。ここ
で、半導体レーザ（１）を才ンする部分のパルス幅を補
正するためのｃｏｓ２０にほぼ比例した係数はリードオ
ンリーメモリ（４３）にデータとして記憶されている。

第８図は第７図の回路にさらに露光量補正回路（５０）
を加えた制御回路を示す。露光量補正回路（５０）は、
半導体レーザ（１）の入力ｔｉを制御するためのもので
、基準クロック発振器（５１）、アドレスカウンタ（５
２）、リード才ンリーメモリ（５３）、ラッチ回路（５
４）、パワーコントローラ（５５）から構成され、前記
走査速度補正回路（２０）に接続した前記パルス幅補正
回路（４０）からの出力はパワーコントローラ（５５）
へ入力される。ここで、露光量を補正するための１／ｃ
ｏｓ２θにほぼ比例した係数はリードオンリーメモリ（
５３）にデータとして記憶されている。

発明の効果 以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、レーザビ
ームのオン，オフを同期きせるために複数の周期のレー
ザピーム制御信号を有し、走査域が主走査ラインの中央
部から端部に移行するに伴って前記制御信号の密度を変
化させる様にしたため、ｒθレンズを使用することなく
、偏向角（θ）に起因する主走査ライン上での走査速度
を中央部から端部にかけて効果的に補正することができ
るばかりか、レーザビームのオン，オフを制御する基準
クロックの周波数を従来提案されている補正方式の約１
／１０以下に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る走査速度補正方式の一実施例を示し
、第１図はレーザビーム走査光学系の概略構成を示す斜
視図、第２図は主走査ライン上での潜像の状態を示す説
明図、第３図は像高に対するレーザ制御信号の周期を示
すグラフ、第４図、第５図は異なる周期のレーザ制御信
号の構成比を示す説明図、第６図は制御回路を示すブロ
ック図、第７図、第８図はそれぞれ制御回路の変形例を
示すブロック図である。 （１）・・・半導体レーザ、（４）・・・ポリゴンミラ
ー〈８）・・・感光体ドラム、（９）・・・主走査ライ
ン、（２０）・・・走査速度補正回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、画像情報に基づいて変調されたレーザビームを偏向
   器によって等角速度に偏向し、記録媒体上に走査するレ
   ーザビーム走査光学系において、レーザビームのオン、
   オフを同期させるために複数の周期のレーザビーム制御
   信号を有し、走査域が主走査ラインの中央部から端部に
   移行するに伴って前記制御信号の密度を変化させること
   、を特徴とするレーザビームの走査速度補正方式。