JPH0515339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はfθレンズを用いない光走査装置におけ
る半導体レーザー出力調整方法に関する。

（従来技術） 光走査装置は、被走査面を光ビームによつて走
査して、光情報の書込を行なつたり、或いは画像
情報の読取り行なつたりするための装置として知
られている。

このような光走査装置においては、光ビームは
ポリゴンミラーやホロスキヤナー等の回転偏向器
で等角速度的に偏向されるのが普通であり、被走
査面上における走査速度を一定にするために一般
にはfθレンズが用いられている。（fθレンズとは、
当業者間において広く知られている通り一般的に
走査面上における走査速度を等速度にする機能を
有するレンズをいう。従つて、前述の機能を有さ
ず、単に結像機能や像面湾曲補正機能のみを有す
るレンズは本願明細書中で記述するところのfθレ
ンズではない。）しかし、fθレンズは特殊なレン
ズでコストが高いため、できればこれを用いずに
すませたいという要望もある。また、近時、光ビ
ームの走査角速度が一定でないようなポリゴンミ
ラーも提案されつつあり（特願昭59−274324号）、
このような場合は、fθレンズを用いても、走査速
度は一定とならないので、このような場合にはfθ
レンズの使用ができない。

画像走査クロツクは、光走査の際、走査光ビー
ムをオン・オフするためのクロツク信号であり、
その周波数fkは、１画素の剤報読取または書込み
にわりあてられた時間をＴとして１／Ｔで与えら
れる。fθレンズを用いないとすれば、走査光ビー
ムによる被走査面の走査速度は一定とはならない
ので、画像走査クロツクの周波数fkを一定にして
おくと、情報の書込みや読取りに歪みが生ずるこ
とになる。

例えば、第４図において、符号３０は、被走査
体としての光導電性感光体、符号３２は、光ビー
ムＬを等角速度的に偏向させるためのポリゴンミ
ラー、符号３４は、光ビームＬを被走査面上に集
束させるための集光レンズを示す。光ビームＬは
一般にガスレーザーや半導体レーザーからのレー
ザー光である。距離ｌ，ｈを、第４図の如く選ぶ
と、 ｈ＝ｌ・tanθ ポリゴンミラー３２の角速度をω₀（一定）とす
ると、走査光ビームの角速度dθ／dt＝2ω₀＝ω（一 定） であるから走査速度dh／dtは dh／dt＝lω・１／cos²θ＝ｌ・ω・（１＋h²／l²
） となる。走査領域長を図の如く2Hとし、Ｈ＋ｈ
＝h′とすると、 dh／dt＝lω（１＋（h′−Ｈ）²／l²） である。今、この走査領域長2H内に2n₀の画素が
あるものとすると、第４図の走査領域の左側の走
査開始側から数えてｎ番目の画素における走査速
度Vnは Vn＝lω（１＋（nd−n₀d）²／l²） である。ここにｄは１画素幅である。画素走査ク
ロツクの周波数kは、その定義からして、この
場合Vn／ｄであるから、 fk(n)＝lω／ｄ（１＋（nd−n₀d）²／l²） (1) となる。従つて画像走査クロツク周波数fkを、１
画素ごとに(1)式に従つて変化させれば、fθレンズ
を用いなくとも、情報の読取や書込みに歪みを生
ずることなく光走査を実現できる。ところがポリ
ゴンミラー３２による走査速度が一定でないから
走査領域の露光量が走査方向に変化し露光むらが
生ずる。そこで走査速度の変化に応じて半導体レ
ーザーの出力強度を補正することによつて露光む
らを解消する方法が考えられる。しかしこの方法
では半導体レーザー出力強度の補正量が少しずれ
ても露光むらの解消が不十分となる。

（目 的） 本発明は上記欠点を改善し、露光むらを十分に
解消することができる半導体レーザー出力調整方
法を提供することを目的とする。

（構 成） 本発明は半導体レーザーからの変調光で回転偏
向器により被走査面を走査しfθレンズは用いない
光走査装置であつて、被走査面の走査速度の変化
に応じて周波数が連続的に変化する画像走査クロ
ツクを発生する画像走査クロツク発生器と、被走
査面の走査速度の変化に応じて上記半導体レーザ
ーの出力強度を変化させるためのデイジタル値を
発生するデイジタル値設定回路と、このデイジタ
ル値設定回路の出力値をアナログ値に変換してこ
のアナログ値に応じて上記半導体レーザーの電流
を変化させるデイジタル／アナログ変換器とを有
する光走査装置において、上記デイジタル／アナ
ログ変換器の後に増幅器を設け、この増幅器の利
得を上記デイジタル／アナログ変換器の出力値に
よる上記半導体レーザーの出力強度の変化が最適
となるように調整することを特徴とする。

次に本発明を適用した光走査装置の一実施例に
ついて説明する。この実施例における画像走査ク
ロツク発生器は発振器と、第１の分周器と、アツ
プ／ダウンカウンターと、制御回路と、フエイズ
ロツクドループ回路とを有する。フエイズロツク
ドループ回路を、以下PLLと略記することにす
る。

発振器は、基準クロツクを発生する。この基準
クロツクの周波数を以下foとする。foは勿論定数
である。

第１の分周器は、上記基準クロツクを分周し
て、位置制御用クロツクを発生させる。

アツプ／ダウンカウンター（以下、Ｕ／Ｄカウ
ンターと略記する。）は、第１の分周器の分周率
Ｎを切換える。Ｎは、もちろん自然数である。

制御回路は、以下の如き機能を有する。走査領
域は、あらかじめ、Ｋ個のブロツクBLi（ｉ＝１
〜Ｋ）に区分され、あらかじめ定められた有限数
列Mi（ｉ＝１〜Ｋ）にもとづき、ｉ番目のブロツ
クBLi（ｉ＝１〜Ｋ）では上記位置制御用クロツ
クのMiパルスごとに、上記Ｕ／Ｄカウンターの
駆動を行ない、走査領域全域において分周Ｎの段
階的切換を実現せしめる。すなわち、仮に分周率
Ｎの初期値がNoであつたとすると、位置制御用
ブロツクの周波数 は当初fo／Noであるが、第１のブロツクBL1ではこ の位置制御用ブロツクをM1パルスカウントする
と、制御回路はＵ／Ｄカウンターを介して、第１
の分周器の分周率をNoからN₁（＝No＋ΔN）に
切換える。そうすると、位置制御用ブロツクの周
波数はfo／N₁となる。この新たな周波数のクロツク をM1パルス、カウントすると、さらに分周率N₁
からN₂へと切換る、ということを、n1回繰返す。
つづいて、第２のブロツクBL₂では、位置制御用
ブロツクのM2パルスごとに分周率を切換ること
をn2回繰返す。このプロセスを各ブロツクごと
に行なうのである。ｉ番目のブロツクBLiでは、
分周率の切換は、位置制御用クロツクのMiパル
ス毎にni回行なわれる。

PLL回路は、位相検波回路、ローパスフイル
ター、第２の分周器、電圧制御発振器により構成
される。第２の分周器は固定的に設定された分周
率Ｍを有する。

このPLL回路は、位置制御用クロツクの周波
数の段階的変化に応じて、周波数が連続的に変化
する画像走査クロツクを発生させる。

以下、この画像走査クロツク発生器について図
面を参照しながら説明する。

第２図において、位相検波回路１８、ローパス
フイルター２０、電圧制御発振器２２、第２の分
周器２４はPLL回路を構成している。

発振器１０から発生せられる周波数foの基準ク
ロツクは、第１の分周器１２により分周されて、
周波数fo／Ｎの、位置制御用クロツクとなり、制御 回路１６、およびPLL回路の位相検波回路１８
に入力する。

位相検波回路１８は、この位置制御用クロツク
と、分周器２４から入力するクロツクCLAとの
位相を比較し、その位相差をパルス信号としてロ
ーパスフイルター２０に出力する。ローパスフイ
ルター２０を介して上記位相差の剤報が電圧制御
発振器２２に入力すると、同発振器２２は、ロー
パスフイルター２０の出力電圧に応じた周波数の
クロツクを出力する。このクロツクが、画像走査
クロツクとなる。画像走査クロツクは、分周器２
４で分周され、クロツクCLAとして位相検波回
路１８へ印加され、位置制御用クロツクと位相比
較される。

さて、PLL回路において、電圧制御発振器２
２から発せられるクロツクの周波数は、位相検波
回路１８で位相比較されるクロツクCLAと位置
制御用クロツクとの間に位相差の変化がないとき
は、変化しない。このような状態を、PLL回路
の平衡状態と呼ぶことにする。

例えば、PLL回路の平衡状態で、位置制御用
クロツクの分周数がfo／Ｎであるとすると、このと きクロツクCLAの周波数もfo／Ｎとなつているか ら、この状態で、電圧制御発振器２２から発せら
れるクロツクのfkは、 fk＝fo・１／Ｎ・Ｍ＝fo・Ｍ／Ｎ である。この状態で、分周器１２の分周率をＮか
らN′へと切換ると、位置制御用クロツクの周波
数はfo・１／N′となり、クロツクCLAとの間に位相 差が生ずる。従つて、これに応じて、電圧制御発
振器２２の出力クロツクの周波数fkも変化する
が、この周波数fkの変化は連続的に生じ、周波数
fkはfo・Ｍ／Ｎから、fo・Ｍ／N′まで連続的に、かつ 単調に変化する。

従つて、分周器１２の分周率Ｎを段階的に変化
させることによつて、画像走査クロツクの周波数
fkを連続的に変化させることができる。

さて、制御回路１６は、分周器１２における分
周率のプリセツト値を、Ｕ／Ｄカウンター１４か
ら出力させるためのクロツクCK、Ｕ／Ｄカウン
ターをカウント可能にする信号EN、アツプダウ
ンのモードを決定する信号Ｕ／Ｄを発する。

アツプダウンのモードは、走査速度の極値近傍
でアツプモード（もしくはダウンモード）からダ
ウンモード（もしくはアツプモード）に切換るよ
うに、信号Ｕ／Ｄの発生を行なう。

クロツクCKが入力するとＵ／Ｄカウンター１
４はプリセツト値を更新して、分周器１２の分周
率を切換る。

クロツクCKの発生は、先にのべたように、各
ブロツクBLi（ｉ＝１〜Ｋ）ごとに、有限数列Mi
（ｉ＝１〜Ｋ）にもとづき行なわれる。すなわち、
各ブロツクごとに、Miとniとが予め設定されて
おり、ｉ番目のブロツクBLiでは、位置制御用ク
ロツクがMiパルス入力するごとに、制御回路１
６からクロツクCKが発生するが、このクロツク
CKは、このブロツクBLiでは、ni回発生するの
である。

ブロツク数Ｋや、Mi，niの値は、電圧制御発
振器２２から発生する画像走査クロツクの周波数
fkが、走査速度変化にともなう周波数変化、例え
ば(1)式を良く近似するように設定される。これ
は、設計条件に応じて実験的あるいは理論的に定
められる。

第５図は、理想上の画像走査クロツクfkの変化
（曲線４−１）と分周率の切換による、クロツク
f′kの段階状変化の１例を示している。階段状の
周波数変化の下の数５，６，１０，１６は、図の
右端を走査開始側として、それぞれＭ１，Ｍ２，
Ｍ３，Ｍ４に対応している。図から分かるよう
に、ｎ１＝６，ｎ２＝９，ｎ３＝３，ｎ４＝５で
ある。この図は、対称図形の右半分のみを示して
おり、Ｍ５＝10，ｎ５＝３，Ｍ６＝６，ｎ６＝
９，Ｍ７＝５，ｎ７＝６である。この図から分か
るように、ブロツクBLiは、周波数fkの連続曲線
を直線近似する領域であり、各ブロツク内では、
ステツプの横幅が等しいのである。クロツクf′k
は、位置制御用クロツクのＭ倍に相当する。クロ
ツクf′k自体は、階段状に変化するが、PLL回路
の作用により現実の画像走査クロツクの周波数は
連続的に変化し、曲線４−１をよく近似する。

第３図は、第２図に示す装置の説明図的なタイ
ミング図を示す。上から順に、同期信号、走査速
度、分周比Ｎ、位置制御用クロツクの周波数fo／Ｎ 画像走査クロツクの周波数fkを示す。Ｕ／Ｄカウ
ンター１４のアツプ／ダウンモードが、走査速度
の極値近傍で切換るので、分周比Ｎ，fo／Ｎ，fk
ともに、上記極値附近の位置に関し対称的となつ
ている。

同期信号は、第４図に符号３６をもつて示す光
センサーの出力であり、この同期信号により第１
の分周器１２が初期化される。また同期信号は制
御回路１６へも印加される。

信号ENは、同期信号を受けてから所定時間Ta
だけ遅れてカウンター動作を行なわせ、印字領域
走査終了後、Tb時間だけ遅れてカウンター動作
を終了させている。カウンター動作の終了ととも
に、分周比は初期値に固定される。

第１図はこの実施例の回路構成を示す。

デイジタル値設定回路４１は被走査面上の光ビ
ーム走査速度の変化に応じて半導体レーザー４２
の出力強度を変化させて露光むらをなくすための
デイジタル値を発生するものであり、例えばＵ／
Ｄカウンターが用いられる。このＵ／Ｄカウンタ
ー４１は上記画像走査クロツク発生器４３におい
て第６図ａに示すように制御回路１６からＵ／Ｄ
カウンター１４へのクロツクCK、イネーブル信
号EN、アツプ／ダウンモード信号Ｕ／Ｄが加え
られてＵ／Ｄカウントを行ない、光ビーム走査速
度の変化に応じたデイジタル値を発生する。また
デイジタル値設定回路４１は第６図ｂに示すよう
に加算器（もしくは減算器）を用い、Ｕ／Ｄカウ
ンター１４の出力と予め設定される所定値とを加
算（減算）するようにしてもよい。デイジタル値
設定回路４１の出力はデイジタル／アナログ変換
器４４でアナログ値に変換され、第７図に示すよ
うに光ビーム走査速度の変化に応じた値になる。

一方、半導体レーザー４２により前方に射出さ
れたレーザービームは第４図に示すように集光レ
ンズ３４により集光されてポリゴンミラー３２で
偏向され、感光体３０の帯電器により帯電された
表面に結像されてその結像スポツトがポリゴンミ
ラー３２の回転で反復して移動すると同時に感光
体３０が回転する。光センサー３６は情報書込領
域外に設けられ、ポリゴンミラー３２で偏向され
たレーザービームを検出して同期信号を発生す
る。半導体レーザー駆動回路４５は上記画像走査
クロツクに同期して変調信号が入力されてこの変
調信号により半導体レーザー４２を駆動し、した
がつて変調信号で変調されたレーザービーム感光
体３０に照射されて静電潜像が形成される。この
静電潜像は現像器で現像されて転写器で紙等に転
写される。

半導体レーザー４２から後方に出射されたレー
ザービームはフオトダイオードよりなる光検出器
４６に入射し、フオトダイオード４６はそのレー
ザービームの強度に比例した電流を出力する。こ
の電流は増幅器４７により電圧に変換され、比較
器４８で基準電圧Vrefと比較される。比較器４
８の出力電圧は比較器４８の両入力電圧の大小関
係により高レベル又は低レベルとなりアツプ／ダ
ウンカウンター４９のカウントモードを制御す
る。例えば半導体レーザー４２からのレーザービ
ームの強度が基準値より弱い時には比較器４８の
出力が低レベルになり、アツプ／ダウンカウンタ
ー４９はアツプカウンターとして動作する状態と
なる。エツジ検出回路５０は記録モードで低レベ
ルになるフレーム同期信号FSYNCの立上りエツ
ジを検出し、その検出信号はオア回路５１を通つ
てアンド回路５２でフレーム同期信号FSYNCと
のアンドがとられる。フリツプフロツプ５３はア
ンド回路５２の出力信号によりスタンバイモード
の初めにセツトされて出力信号を生じ、この出力
信号はアンド回路５４で信号処理回路からの非感
光体走査信号とのアンドがとられる。アツプ／ダ
ウンカウンター４９はアンド回路５４の出力信号
によりイネーブル状態となり、クロツクパルス発
生器５５からのクロツクパルスをアツプ／ダウン
カウントする。このアツプ／ダウンカウンター４
９のカウント出力はデイジタル／アナログ変換器
５６によりアナログ量に変換されて演算器５７を
介して半導体レーザー駆動回路４５に加えられ
る。半導体レーザー駆動回路４５は信号処理回路
からの変調信号により半導体レーザー４２を駆動
するが、その駆動電流をデイジタル／アナログ変
換器５６の出力に応じて変化させる。したがつて
アツプ／ダウンカウンター４９の計数値が徐々に
増加することにより半導体レーザー４２からのレ
ーザービームの強度が徐々に増加し、増幅器４７
の出力電圧が上昇する。感光体走査時には非感光
体走査信号が無くなつてアンド回路５４がオフし
アツプ／ダウンカウンター４９がデイスエーブル
状態になると共に半導体レーザー４２がスタンバ
イ状態の感光体走査時には駆動されなくて半導体
レーザー４２のパワーセツトは未了なら中断され
る。そして非感光体走査時には再び半導体レーザ
ー４２のパワーセツトが再開される。その後比較
器４８の出力が低レベルから高レベルに反転する
と、エツジ検出回路５８が比較器４８の出力の立
上りエツジを検出してオア回路６０を介してフリ
ツプフロツプ５３をリセツトし、アツプ／ダウン
カウンター４９をデイスエーブル状態に復帰させ
る。よつてアツプ／ダウンカウンター４９は計数
値を保持し、従つて半導体レーザー４２の駆動電
流の大きさがそのまま保持される。またアンド回
路５４の出力信号によりアツプ／ダウンカウンタ
ー４９がイネーブル状態になつた時に比較器４８
の出力が高レベルであれば（半導体レーザーの出
力強度が強ければ）アツプ／ダウンカウンター４
９はダウンカウンターとして動作してクロツクパ
ルス発生器５５からのクロツク信号により計数値
が減少して行く。よつてデイジタル／アナログ変
換器５６の出力が減少して半導体レーザー４２の
駆動電流が減少し、増幅器４８の出力が減少す
る。そして増幅器４７の出力が基準電圧Vrefよ
り小さくなつて比較器４８の出力が高レベルから
低レベルに反転すると、エツジ検出回路５８は比
較器４８の出力の立下りエツジを検出してフリツ
プフロツプ５３をリセツトし、アツプ／ダウンカ
ウンター４９をデイスエーブル状態に復帰させ
る。したがつてアツプ／ダウンカウンター４９が
計数値を保持することになり、半導体レーザー４
２の駆動電流の大きさがそのまま保持される。こ
こにエツジ検出回路５８は比較器４８の出力が低
レベルから高レベルに反転した時にのみアツプ／
ダウンカウンター４９をデイスエーブル状態にす
るように構成しておけば比較器４８の出力が低レ
ベルでアツプ／ダウンカウンター４９がイネーブ
ル状態の時に比較器４８の出力が低レベルから高
レベルに反転すると、アツプ／ダウンカウンター
４９はデイスエーブル状態になつて計数値を保持
する。比較器４８の出力が高レベルでアツプ／ダ
ウンカウンター４９がイネーブル状態の時に比較
器４８の出力が高レベルから低レベルになると、
アツプ／ダウンカウンター４９はデイスエーブル
状態が解除されたままで比較器４８の出力により
アツプカウンターとして動作することになる。そ
して半導体レーザー４２の駆動電流が増加し比較
器４８の出力が低レベルから高レベルに反転する
と、エツジ検出回路５８がその立上りエツジを検
出してアツプ／ダウンカウンター４９をデイスエ
ーブル状態にし、その計数値を保持させる。

また出力制御タイミング発生器６１はフレーム
同期信号FSYNCによりスタンバイモードで動作
し、一定周期Ｔで出力制御タイミング信号を発生
してオア回路５１に出力することによつて半導体
レーザー４２のパワーセツトを一定周期で行なわ
せる。

なおアツプ／ダウンカウンター４９は比較器４
８の出力が低レベルでダウンカウンターとして動
作して比較器４８の出力が高レベルでアツプ／ダ
ウンカウンターとして動作するようにし、その計
数値と半導体レーザー４２の駆動電流とが反比例
するようにしてもよい。

デイジタル／アナログ変換器４４の出力は増幅
器５９で増幅されて演算器５７を介して半導体レ
ーザー駆動回路４５に加えられ、半導体レーザー
駆動回路４５は演算器５７の出力信号により半導
体レーザー４２の駆動電流を変化させる。画像走
査クロツク発生器４３において制御回路１６はフ
リツプフロツプ５３の出力信号により、半導体レ
ーザー４２のパワーセツトを行なう時にはデイジ
タル／アナログ変換器４４の出力が半導体レーザ
ー駆動回路４５に寄与しない値となるようにデイ
ジタル値設定回路４１を制御し、半導体レーザー
４２のパワーセツトを行なわない時にはデイジタ
ル／アナログ変換器５６の出力が保持されてデイ
ジタル／アナログ変換器４４の出力により半導体
レーザー４２の駆動電流が走査速度の変化に応じ
て変化する。半導体レーザー４２の出力強度は上
記パワーセツトにより一定の値に制御され、その
値は基準信号Vrefの可変で調整することができ
る。またデイジタル値設定回路４１の出力による
半導体レーザー４２の出力強度変化が適正であれ
ば走査速度の変化による露光むらがなくなる。生
産時などに作業者等はスイツチ６２をオンさせて
半導体レーザー出力強度変調モードに設定し、増
幅器５９の出力信号と、アツプダカンカウンタ４
９で保持されている値をデイジタル／アナログ変
換器５６でアナログ／デイジタル変換したアナロ
グ値とを演算器５７で演算してその演算結果に応
じた電流を半導体レーザー駆動回路４５で半導体
レーザー４２に流す。そして、半導体レーザー４
２の出力強度のデイジタル値設定回路４１の出力
による変化量の最大値（つまり最低出力強度）を
パワーメータで測定してこの最大値が適正な値と
なるように増幅器５９の利得を可変することによ
つて調整する。この場合画像走査クロツク発生器
４３における制御回路１６はスイツチ６２からの
オン信号によりオア回路６０を介してフリツプフ
ロツプ５３を強制的にリセツトしてアツプ／ダウ
ンカウンター４９をデイスエーブル状態とする。
よつてアツプ／ダウンカウンター４９の計数値は
保持され、半導体レーザー４２の出力強度はその
計数値に対応する強度からデイジタル値設定回路
４１の出力に対応して低下する。

（効 果） 以上のように本発明によればfθレンズを用いな
い光走査装置であつて、被走査面の走査速度の変
化に応じて半導体レーザーの出力強度を変化させ
るためのデイジタル値を発生するデイジタル値設
定回路と、このデイジタル値設定回路の出力値を
アナログ値に変換してこのアナログ値に応じて上
記半導体レーザーの電流を変化させるデイジタ
ル／アナログ変換器とを有する光走査装置におい
て、上記デイジタル／アナログ変換器の後に増幅
器を設け、この増幅器の利得を上記デイジタル／
アナログ変換器の出力値による半導体レーザーの
出力強度の変化が最適となるように調整するの
で、走査速度の変化による露光むらを十分に解消
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した光走査装置の一実施
例の回路構成を示すブロツク図、第２図は同実施
例における画像走査クロツク発生器を示すブロツ
ク図、第３図は同実施例のタイミングチヤート、
第４図は光走査装置の一例を示す平面図、第５図
は上記実施例を説明するための図、第６図ａ，ｂ
はデイジタル値設定回路の各例を示すブロツク
図、第７図は上記実施例のタイミングチヤートで
ある。 ４１……デイジタル値設定回路、４３……画像
走査クロツク発生器、４４……デイジタル／アナ
ログ変換器、５９……増幅器、６０……スイツ
チ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体レーザーからの変調光で回転偏向器に
   より被走査面を走査しθレンズは用いない光走査
   装置であつて、被走査面の走査速度の変化に応じ
   て周波数が連続的に変化する画像走査クロツクを
   発生する画像走査クロツク発生器と、被走査面の
   走査速度の変化に応じて上記半導体レーザーの出
   力強度を変化させるためのデイジタル値を発生す
   るデイジタル値設定回路と、このデイジタル値設
   定回路の出力値をアナログ値に変換してこのアナ
   ログ値に応じて上記半導体レーザーの電流を変化
   させるデイジタル／アナログ変換器とを有する光
   走査装置において、上記デイジタル／アナログ変
   換器の後に増幅器を設け、この増幅器の利得を上
   記デイジタル／アナログ変換器の出力値による上
   記半導体レーザーの出力強度の変化が最適となる
   ように調整することを特徴とする半導体レーザー
   出力調整方法。