JPH02131213A - レーザビーム走査光学系 - 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、特にその走
査速度の補正機構に関する．従米み弦す 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。偏向器は半導体レーザか
ら発せられたレーザビームをー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）％ｄＶ／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きれた
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４．２ＭＨｚの１
００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１００ＭＨｚ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　を解決するための手段と作用 以上の課題を解決するため、本発明に係るレーザビーム
走査光学系は、 （ａ）レーザビームのオン，オフを同期させるために複
数の周期のクロックを発振する手段と、（ｂ）レーザビ
ームの主走査方向の走査域を検出する手段と、 （Ｃ）前記走査域検出手段にて検出された走査域に応じ
て前記クロック手段を選択する手段と、を備えたことを
特徴とする。

ｍ一月 即ち、レーザビームの主走査ラインに沿って走査域をい
くつかのブロックに分割し、各ブロックに対応した周期
の同期制御クロック発振手段を設け、走査域検出手段に
て検出きれた走査域（ブロック）に応じてクロック発振
手段を選択し、各走査域に対応した周期のクロック信号
にてレーザビームのオン，オフを同期させる。これにて
、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きれる。このとき、基準
クロックの周波数は通常使用される４．　２Ｍ１｛ｚ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． 衷鳳当 第１図は本発明に係る走査速度補正方式を実施するため
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）はフリメータレンズ、（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
発散光束はフリメータレンズ（２）を通過することで収
束又は平行光束に修正きれる。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され、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）、
トロイダノレレンズ（５）はポリゴンミラー（４）の面
倒れ（各面の垂直度誤差）に伴う副走査方向のピッテむ
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．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（Ｔ，）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、Ｙｒ＜Ｙｒ’
となっている。

また、（ｙ，）及び（ｙｔ’）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（１）がオンき
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７＊＜）’＊’　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。

■ システム速度：　３５ｍｍ／　ｓｅｅ 有効走査幅　：　２１０ｍｍ（　Ａ　４サイズ幅寸法）
偏向点から記録媒体までの距離：　４００ｍｍ印字密度
　　：　３００ｄｏｔｓ／　ｉｎｃｈボリゴン面数＝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）ｏ《１／ｃｏｓ２θ　｛ｔａｎ−’（ｙ／Ｌ
）｝　　　　−・＝■従って、制御クロック周期（Ｔ）
を、 Ｔ　（ｙ）ｏｃｃｏｓ２｛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２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。

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、主走査ラインク
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ａ（ｙｔ’）は特に補正を行なわない限り
、ｙｔ＜ｙｚ’　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．　２Ｍ１｛ｚ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させる必要があり
、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
程度の基準クロックを各ブロック■〜■に対応した種類
だけ発振させ、走査域の移行に伴って順次基準クロック
を選択し、走査速度を１００倍程の変調周波数で補正す
るのと同等［第２図中（Ｂ）と同等コの効果を得られる
様にした。

以上は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。

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
ビーム制御侶号１周期当りの走査長さの増加分（Δｙ）
は、前記■式より、以下の式で与えられる。

エ１００ｔａｎ２θ ＝１００ｔａｎ２｛ｔａｎ−’（ｙ／Ｌ）｝　　　−−
−−−−■ここで、■式にｙ＝　１０５、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。

そこで、本実施例では、以上の如く７ブロック（全走査
域においては１３）に分割し、それぞれのブロックに対
応して半導体レーザ（１）のオン，才フを同期させるた
めに７種の周期のクロック発振器を設ける一方、第４図
に示す様に、走査用半導体レーザ（１）とは別に半導体
レーザ（１０）を設けると共に、半導体レーザ（１）か
らのレーザビームが現在主走査ライン（９）上のどの走
査域を走査しているかを検出するためのフォトセンサ（
ＳＥＩ　）．　（ＳＥ２）．．−．（ＳＥｎ）を設けた
。フォトセンサ（ＳＥＩ　）〜（ＳＥｎ）は前記■式に
基づいて各ブロックに対応する像高位置に設置され、半
導体レーザ（１０）から放射きれポノゴンミラー（４）
で反射されたレーザビームが順次入射され、走査域（ブ
ロック）を検出する．なお、本実施例では都合１４個の
フ才トセンサを設置した。

その制御は、第６図に示す走査速度補正回路（２０）に
よって行なわれる。即ち、フオトセンサ（ＳＥ１），　
（ＳＥ２）〜（ＳＥｎ）からのレーザピーム検出信号は
ｎ進カウンタ（２１）に入力され、該ｎ進カウンタ（２
１）は検出信号の入力ごとにインクリメントされる。セ
レクタ（２２）はｎ進カウンタ（２１）のカウント値に
基づいてクロック発振器（ＣＬＫＩ　）．　（ＣＬＫ２
）〜（ＣＬＫｎ）を順次選択的に切り換える．クロック
発振器（ＣＬＫＩ　），　（ＣＬＫ２）　〜（ＣＬＫｎ
）は第３図に示した比率の周期で半導体レーザ（１）の
オン、オフを同期させる様に各ブロックに対応した周波
数を発振する様にセットされている．このクロック発振
器（ＣＬＫＩ　），　（ＣＬＫ２）〜（ＣＬＫｎ）から
の同期制御信号は変調器（２３）を介してドライブ回路
（３０）へ入力きれ、半導体レーザ（１）のオン、オフ
を制御する。

第５図は走査域を検出する手段の変形例を示す．ここで
は、印字開始位置を検出するためのＳＯＳセンサ（ＳＥ
）を走査域検出手段として共用することとした。本例で
は、ＳＯＳセンサ（ＳＥ）からのレーザビーム検出信号
に基づいてカウンタを作勤させ、そのカウント値にてレ
ーザビームの走査域（ブロック）を判別する。

その制御は、第７図に示す走査速度補正回路（２０’）
によって行なわれる。即ち、ＳＯＳセンサ（ＳＥ）から
のレーザビーム検出信号がカウンタ（２４）に入力され
ると、カウンタ（２４）がクロツク発振器（ＣＬＫＩ）
からのクロックのカウントを開始し、予め定めたカウン
ト値になれば、即ち、レーザビームが各ブロックを走査
し始めるタイミングで一つの信号をｎ進カウンタ（２５
）に出力し、セレクタ（２６）はｎ進カウンタ（２５）
のカウント値に基づいてクロック発振器（ＣＬＫＩ　）
．　（ＣＬＫ２）〜（ＣＬＫｎ）を順次切り換える。ク
ロック発振器（ＣＬＫＩ　）．　（ＣＬＫ２）〜（ＣＬ
Ｋｎ）は第６図に示したものと同様に構成され、その同
期制御信号は変調器（２７）を介してドライブ回路（３
０）へ入力きれ、半導体レーザ（１）のオン，オフを制
御する． ところで、主走査方向の印字長さ（ｙｚ　）．（ｙ＊　
’　）（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（Ｂ）に示す通り、Ｙ！　＜　Ｙ！
　’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
Ｉ）のうちで半導体レーザ（１）の才ン時間に相当する
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ｃｏ５２θ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（Ｂ゛）に示す如く、ｙ
，゛キｙ，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（Ｍ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８図は、第２図中（Ｂ゛）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
クロック発振器＜４１）、アドレスカウンタ（４２）、
リードオンリーメモ１バ４３）、ラッチ回路（４４）、
変調器（４５）から構成され、前記走査速度補正回路（
２０）又は（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）をオンする部分
のパルス幅を補正するためのｃＯｓ２θにほぼ比例した
係数はリード才ンリーメモ１バ４３）にデータとして記
憶きれている。

第９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）の入力電流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Ｉバ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）又は（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／ｃｏｓ２θにほぼ比例した係数はリードオ
ンリーメモ１バ５３）にデータとして記憶きれている。

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、オフを同期させるために複数の周期のクロ
ツクを発振する手段をレーザビームの走査域に応じて選
択する様にしたため、ｆθ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
中央部から端邪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，才フを制御する基準ク
ロツク発振手段の周波数を通常の４．　２ＭＨｚ程度と
し、従来提案きれている補正方式の約１　／１００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レーザビーム走査光学系の一実施例
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図は走査域検出手段の一例を示す
概略平面図、第５図は走査域検出手段の他の例を示す概
略平面図、第６図、第７図はそれぞれ制御回路を示すブ
ロック図、第８図、第９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）（２０’）・・・走査速度補正回路、（２
２），　（２６）・・・セレクタ、（ＳＥ），（ＳＥＬ
）〜（ＳＥｎ）　＝センサ、（ＣＬＫ１）〜（ＣＬＫｎ
）・・・クロック発振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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クロックを発振す
   る手段と、 レーザビームの主走査方向の走査域を検出する手段と、 前記走査域検出手段にて検出された走査域に応じて前記
   クロック手段を選択する手段と、を備えたことを特徴と
   するレーザビーム走査光学系。