JPH0618420B2

JPH0618420B2 - 画素密度変換可能な光走査装置

Info

Publication number: JPH0618420B2
Application number: JP59034019A
Authority: JP
Inventors: 巖浜口; 行夫小椋; 進今河
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS60178769A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）この発明は、画素密度変換可能な光走査装置に関する。

（従来技術）回転多面鏡や回折格子ディスク等の偏向手段を用いて、
レーザー光を偏向させ、上記レーザー光を被走査面上に
走査スポットとして集束させ、この走査スポットにより
被走査面を主走査し、被走査面を、主走査方向に直交す
る副走査方向へ移動させて、副走査を行なう光走査方式
が提案されている。

被走査面上における走査スポットの移動軌跡を主走査線
と呼ぶが、主走査方向とは、この主走査線の方向であ
る。

また、被走査面とは、光走査が、原稿読取用に行なわれ
るときは、情報を読み取られるべき原稿面をいい、光走
査が光情報書込用に行なわれるときは、光導電性感光体
等の、感光性記録媒体の表面をいう。

被走査面の移動方向が副走査方向であって、この副走査
方向は主走査方向と直交している。

光走査により原稿を読み取るときは、読取べき情報を微
小面積の画素に分け、１画素ごとに情報を信号化し、ま
た光走査により光情報の書込を行うときは、１画素づつ
書き込む訳である。そこでこの１画素の面積をＳとする
とき、単位面積あたりの画素数、すなわち１／Ｓをもっ
て、画素密度とする。画素面積Ｓが小さいほど、画素密
度は大きくなる。

ところで、読取るべき、あるいは書込むべき画像情報に
応じて、画素密度を変えるのが合理的である。例えば、
上記画像の解像力が問題とならないように場合は、比較
的小さな画素密度で読取走査や書込走査を行ってよい
が、細かい画像を読取ったり書込んだりする場合には、
大きな画素密度で走査を行なわねばならない。

光走査において、画素密度を変換する方法としては、従
来、複数のビームエキスパンダーを、画素密度に応じて
適宜切換変換する方法が意図されているが、高価なビー
ムエキスパンダーを複数個必要とするため、光走査装置
のコストが高くなるという問題があった。

（目的）そこで、本発明は上記問題に鑑み、高価なビームエキス
パンダーを複数個用いることなく、有効に、光走査の画
素密度を変換することができる、画素密度変換可能な光
走査装置の提供を目的とする。

（構成）以下、本発明を説明する。

本発明の特徴とするところは、以下に述べる点にある。

走査スポットの形状は、一般に、主軸の方向を、主走査
方向、副走査方向に合致させた楕円形状に設定される
が、この走査スポットの主走査方向の径を、最大画素密
度を与える画素、換言すれば、最小画素の、主走査方向
の大きさに応じて定めて、これを一定とする。

走査スポットの副走査方向の径は、これを、画素密度が
小さくなるに従って、順次大きくなるように変換する。

ここで、光情報を書込走査する場合を例にとって、画素
変換を行なう場合の一般的な条件について説明する。

この場合、レーザー光がガウスビームであって、走査ス
ポットにおける光強度分布がガウス曲線に従うことが考
慮されねばならない。

さて、光走査により光情報の書込を行う場合、まず主走
査方向についてみると、１画素ごとに、記録媒体の露
光、非露光を繰返した場合に、露光部、非露光部に十分
な露光差があることが必要である。

また、副走査方向についてみると、第１に、被走査面た
る感光性の記録媒体を、所謂全面露光したときに、副走
査方向における露光むらが少いこと、第２に、１主走査
線ごとに露光，非露光を繰り返した場合に、露光部／非
露光部に十分な露光差があること、換言すれば、主走査
ラインを１本おきに明りょうに可視化しうることが必要
である。

このことから、走査スポットの大きさには、画素密度に
応じた適値域が存在することになる。

今、走査スポット中心のｘ座標をＣ，ｙ座標をＤとし
て、走査スポット近傍の光強度分布Ｅ（ｘ，ｙ）を、次
式により近似する。

ここに、Ｐは、光強度分布の最大値、すなわち、走査ス
ポット中心の光強度、Wx，Wyは、それぞれ、副走査方向
および主走査方向の走査スポット半径（上記最大値Ｐのを与える距離）である。

そこで、画素密度300 DPI（dots／inch）、副走査方向
のスポット径を100〜180μｍの範囲で、20μｍとびに変
化させて、各スポット径で、全面露光を行ったときの副
走査方向の露光分布を、上記Ｅ（ｘ，ｙ）の式に従って
計算し、図示してみると、第１図に示す如きものとな
る。

第１図において、縦軸は露光量、横軸は副走査方向の距
離を示している。副走査方向の走査スポット径は、曲線
１−Ａ，１−Ｂ，１−Ｃ，１−Ｄ，１−Ｅに応じて、18
0μｍ，160μｍ，140μｍ，120μｍ，100μｍである。

同様に、300 DPIで副走査方向の走査スポット径を100〜
180μｍの範囲で、20μｍおきに変化させ、主走査線１
本おき、すなわち、１インチあたり150本の走査を行っ
た場合の、副走査方向の露光量分布を示すと、第２図に
示す如きものとなる。副走査方向の走査スポット径は、
曲線２−Ａ，２−Ｂ，２−Ｃ，２−Ｄ，２−Ｅのそれぞ
れに応じて、180μｍ，160μｍ，140μｍ，120μｍ，10
0μｍである。

また、300 DPIで、主走査方向の走査スポット径を60μ
ｍ〜140μｍの範囲で20μｍおきに変化させ、１画素お
きに主走査方向へ露光・非露光を繰返したときの、主走
査方向における露光量分布は、第３図に示す如きものと
なる。横軸が主走査方向の距離である。主走査方向の走
査スポット径は、曲線３−Ａ，３−Ｂ，３−Ｃ，３−
Ｄ，３−Ｅのそれぞれに応じて、140μｍ，120μｍ，10
0μｍ，80μｍ，60μｍである。

第１図、第２図を参照すると明らかなように、全面露光
の際の副走査方向の露光むらを少なくするには、走査ス
ポットの副走査方向の径は大きい方が良い。しかし、主
走査線１本おきに露光を行った場合の露光部、非露光部
に十分な露光差を得るためには、走査スポットの副走査
方向の径は小さい方がよい。これ故、この副走査方向の
２つの条件は、副走査方向の走査スポット径のある領域
で調和させられることとなる。副走査方向の走査スポッ
ト径における上記領域を、適値域という。

一方、主走査方向においては、１画素おきの露光におい
て、露光部・非露光部に十分な露光差を得るには、走査
スポットの主走査方向の径は、ある値より小さければよ
い。

そこで、画素密度を切換える場合を考えてみる。例え
ば、画素密度を400 DPIから300 DPIに変換する場合を考
え、走査スポットの主走査方向の径をａ、副走査方向の
径をｂとし、400 DPIのときの、良好な走査を与える条
件が、ａ≦a₁，b₁≦ｂ≦b₂であり、300 DPIのときのそ
れが、ａ≦a₂，b₃≦ｂ≦b₄であるとすると、明らかに、
a₁＜a₂，b₁＜b₃である。そこで、まず、主走査方向につ
いて考えれば、ａ≦a₁であるときは、a₁＜a₂であるか
ら、画素密度が300 DPIでも400 DPIでも、主走査は良好
に行なわれることになる。

従って、画素密度の変換に際にては、主走査方向につい
ては、最大画素密度のときの１画素の大きさに応じて走
査スポットの主走査方向の径を定めて、これを一定と
し、副走査方向に関しては、画素密度が小さくなる従っ
て、副走査方向の走査スポット径を順次大きくなるよう
に切換れば良い。

例えば、画素密度を480 DPI，400 DPI，300 DPI，240 D
PIと変換するのであれば、主走査方向の走査スポット径
ａは、これを、画素密度480 DPIで１画素おきの露光に
際し、露光部・非露光部間に十分な露光差が得られるよ
うな径a₀に定めて、これを１定とし、画素密度の変換の
際にも、この径a₀は一定に保つ。

一方、副走査方向に関しては、画素密度480 DPI，400 D
PI，300 DPI，240 DPIに応じた各適値域中から、スポッ
ト径b′₀，b′₁，b′₂，b′₃（b′₀＜b′₁＜b′₂＜
b′₃）を設定し、画素密度の切換に応じて、対応するス
ポット径を選択するのである。

以上、光情報の書込の場合につき説明したが、光走査を
原稿読取用に行う場合も同様である。

以下には、如何にして、走査スポット径を、副走査方向
においてのみ切換るかについて説明する。

第４図は、光情報書込用の光走査装置の１例を、光軸方
向へ展開した光学配置により示している。第４図（Ｉ）
は、主走査方向から見た状態、同図（II）は副走査方向
よりみた状態を示している。第４図において、符号LSは
レーザー光源としてのガスレーザー、符号１は球面レン
ズ、符号２は光変調器、符号３はシリンドリカルレン
ズ、符号４は球面レンズ、符号５はfθレンズ、符号６
はシリンドリカルレンズ、符号７は光導電性の感光体
を、それぞれ示す。

感光体７はドラム状であって、その表面は被走査面であ
り、感光体７が矢印方向へ回転することにより、被走査
面が副走査方向へ移動する。

また、符号Ｐをもって示す位置は、回転多面鏡や回折格
子ディク等の偏向手段による、レーザー光Ｌの、偏向の
起点の位置である。

ガスレーザーLSからのレーザー光Ｌは、まず、球面レン
ズ１により集束光とされて、光変調器２に入射し、同変
調器２中にビームウエストを形成する。レーザー光Ｌ
は、その後発散性の光束となって、シリンドリカルレン
ズ３に入射する。

第４図（Ｉ）に示すように、レーザー光Ｌは、副走査方
向に関しては、シリンドリカルレンズ３によって平行化
されて、球面レンズ４に入射し、この球面レンズ４とf
θレンズ５のパワーによって、fθレンズ５とシリンド
リカルレンズ６との間にビームウエストを形成し、つい
で、シリンドリカルレンズ６により、被走査面上に集束
される。

一方、主走査方向に関しては、第４図（II）に示すよう
に、光変調器２以後の発散性のレーザー光Ｌは球面レン
ズ４により平行光束化され、fθレンズ５のパワーによ
って、被走査面上に集束させられる。かくして、レーザ
ー光Ｌは、被走査面上に走査スポットとして集束する。

偏向手段によってレーザー光Ｌが周期的に偏向すると、
走査スポットは被走査面の主走査を繰返す。感光体７が
矢印方向へ回動することで、被走査面の副走査が実現す
る。従って、画像情報に応じて光変調器２による光変調
を行って、レーザー光束を光信号化することにより、感
光体７に光情報を書き込むことができる。

光偏向手段にもとづく、偏向レーザー光の副走査方向に
おける光束ぶれ、例えば回転多面鏡の所謂面だおれに起
因する光束ぶれによる、主走査線の副走査方向への変動
を防止するため、レーザー光Ｌの偏向の起点Ｐと主走査
線の位置とが、fθレンズ５とシリンドリカルレンズ６
とによって、共役の関係にむすびつけられている。

なお、原理的には、fθレンズ５とシリンドリカルレン
ズ６との配置を、光軸上で逆にしてもよい。また、被走
査面における像面わん曲を少くするために、シリンドリ
カルレンズ６にかえて、トロイダルレンズを用いてもよ
い。

さて、本発明のごとく、走査スポットの、副走査方向の
径のみを切換えて、画素密度を切換るには、以下の如く
すればよい。

先にのべたように、偏向の起点Ｐの位置と、主走査線の
位置とは、副走査方向においては、共役の関係にむすび
つけられているから、副走査方向についてみると、走査
スポットは、偏向の起点Ｐにおけるレーザー光束Ｌの光
束断面の縮小像である。従って、走査スポットの副走査
方向のスポット径を変えるには、偏向の起点Ｐにおける
レーザー光束の光束断面の、副走査方向の径のみを変え
ればよいことになる。これを行うには、シリンドリカル
レンズ３を、焦点距離の異なるものに替えればよい。そ
の際、焦点距離（取り替られるシリンドリカルレンズ
の）を適当に選べば、新たなシリンドリカルレンズを、
シリンドリカルレンズ３と同じ位置に配して、なお且
つ、所望の画素変換を実現できる。

具体的な例をあげる。第４図に示す例において、球面レ
ンズ１の焦点距離を90mm、シリンドリカルレンズ３の焦
点距離を85mm、球面レンズ４の焦点距離を440mm、fθレ
ンズ５の焦点距離を296mm、シリンドリカルレンズ６の
焦点距離を38mmとし、球面レンズ４とシリンドリカルレ
ンズ３との間隔を358mmとして、各レンズを所定の位置
に配置すると、被走査面上に、主走査方向径100μｍ、
副走査方向の径120μｍの走査スポットを得ることがで
きる。この走査スポットは、画像密度300 DPI用に適し
ている。

焦点距離100mmのシリンドリカルレンズを、シリンドリ
カルレンズ３の位置に、同レンズ３のかわりに配置する
と、走査スポットの副走査方向のスポット径のみが、約
150μｍとなり、画素密度240 DPIに適した走査スポット
が得られる。

上に述べた例において、シリンドリカルレンズ３の焦点
距離が変化すると、走査スポットの副走査方向のスポッ
ト径がどのように変化するかを、第５図に示す。なお、
シリンドリカルレンズ３は主走査方向にパワーをもたな
いから、その焦点距離がかわっても、走査スポットの主
走査方向の径が変化しないことは、いうまでもない。

第６図は、光情報書込用の光走査装置の他の例を、第４
図と同じ要領で示している。符号７は第４図におけると
同じく光導電性の感光体を示し、符号Ｐは、第４図にお
けると同じくレーザー光の偏向手段による偏向の起点を
示している。

第６図において、符号LS1はレーザー光源たる半導体レ
ーザー、符号11はコリメーターレンズ、符号12はシリン
ドリカルレンズ、符号13はfθレンズ、符号14はシリン
ドリカルレンズを、それぞれ示している。

半導体レーザーLS1から放射されるレーザー光L′は、コ
リメーターレンズ11によって平行光束化されて、シリン
ドリカルレンズ12に入射し、副走査方向に関しては、第
６図（Ｉ）に示すように集束性となってfθレンズ13の
手前でビームウエストを形成し、その後fθレンズ13を
へて、シリンドリカルレンズ14とfθレンズ13との間で
再度ビームウエストを形成したのち、シリンドリカルレ
ンズ14により被走査面上に集束する。また主走査方向に
関しては、fθレンズ13の作用により被走査面上に集束
する。このようにして、被走査面上に走査スポットが得
られる。

この例の場合には、光源たる半導体レーザーLS1が、駆
動電流により発生強度変調可能であるため、専用の光変
調器は不要である。

画素密度の変換は、シリンドリカルレンズ12を、焦点距
離の異なる他のシリンドリカルレンズに代えればよい。

なお、第４図の例では、球面レンズ４の直後、第６図に
示す例では、シリンドリカルレンズ12の直後に、光束形
状整形用のアパーチュア部材を配備してもよく、このよ
うにする場合には、アパーチュア部材を、アパーチュア
形状の異なるものに切換えることによっても、本発明の
画素密度変換を行うことができる。すなわち、アパーチ
ュア形状における副走査方向の開口幅のみを替えればよ
いのである。

画素密度の変換に際しては、シリンドリカルレンズある
いは、アパーチュア部材を、いちいち交換してもよい
が、これらをターレット式に形成して、所望の画素密度
に応じたシリンドリカルレンズ等を、光路上に選択配置
するようにすることもできる。

なお、第４図、第６図の光学系におけるfθレンズは主
走査を等速化するためのものであって、場合によって
は、通常の球面レンズが用いられうる。

（効果）以上、本発明によれば、画素密度変換可能な光走査装置
を提供できる。

この発明では、画素密度の交換に際して、走査スポット
のスポット径のみ切換るので、高価なビームエキスパン
ダーを交換する必要はなく、安価なシリンドリカルレン
ズや、アパーチュア部材の切換により、容易かつ確実
に、画素変換を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、光走査において、走査スポット
径が光走査にどのように影響するかを説明するための
図、第４図ないし第６図は、本発明を説明するための図
である。 LS……ガスレーザー、LS1……半導体レーザー、Ｌ，L′
……レーザー光、１……球面レンズ、２……光変調器、
３……シリンドリカルレンズ、４……球面レンズ、５…
…fθレンズ、６……シリンドリカルレンズ、７……光
導電性の感光体、Ｐ……偏向手段によるレーザー光の偏
向の起点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光を周期的に偏向させ、被走査面
上に走査スポットとして集束させ、上記走査スポットに
より被走査面を主走査し、上記被走査面を、主走査方向
に直交する副走査方向へ移動させて副走査を行い、光走
査の画素密度を複数段階に変換可能な光走査装置であっ
て、走査スポットの主走査方向の径が、最大画素密度を与え
る画素の主走査方向の大きさに応じて一定に定められ、切り換えられる画素密度に応じて異なる焦点距離を持
ち、副走査方向にのみ正のパワーを持つ複数のシリンド
リカルレンズ、もしくは、切り換えられる画素密度に応じて副走査方向の開口幅の
異なる複数のアパーチュア部材を、レーザー光源と偏向手段との間の所定の位置において、
選択された画素密度に応じて切り換え可能に有すること
を特徴とする、画素密度変換可能な光走査装置。