JPH0695019A - 回転式開口を備えた多ｓｐｉ解像度飛点ラスタースキャナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 走査線に沿った飛点ラスタースキャナの解像
度を走査軸及びクロス走査軸の両方向に調節するための
機械的手段を提供すること。 【構成】 飛点ラスター走査光学装置であって、可干渉
光ビームを放射するレーザダイオード光源と、放射光ビ
ームを平行光にするコリメータ手段と、平行ビームのク
ロス走査部分を収束させる第１光学手段と、第１光学手
段からの光ビームを選択的に遮断する回転式開口と、回
転式開口からのビームを反射する複数の面を備えた回転
式多面鏡と、反射ビームの走査及びクロス走査部分を収
束して走査線に沿った走査ビームを形成する第２光学手
段とを有し、回転式開口が走査線に沿った走査ビームの
解像度を調節可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の背景〕本発明は、飛点（flying s
pot ）ラスタースキャナに係り、特に走査線に沿った結
像スポットすなわちピクセルのサイズを調節することに
よって、走査線に沿った走査ビームのスポット数／イン
チ解像度（ＳＰＩ）を走査及びクロス走査軸方向に調節
する飛点ラスター走査光学装置用の回転式開口に関す
る。

【０００２】従来技術の飛点ラスタースキャナには、可
干渉（coherent）光ビームを放射するレーザ等の光源が
設けられている。光は、多数の光学素子によって走査す
なわち接線軸方向及びクロス走査すなわちサジタル軸方
向の両方に平行にされる。平行光は、クロス走査平面上
では円柱光学素子によって回転式多面鏡の１つの面付近
の１点に集束されるが、走査平面上では平行光のままで
ある。

【０００３】反射光は回転式多面鏡の回転中心付近の軸
線回りに回転して、球形レンズ及び円柱形搖動補正鏡に
よって走査平面上に集束されて、線に沿って走査できる
ようになる。この反射光は、ラスター入力スキャナとし
て像形成装置の入力端部で書類を走査するために用いた
り、出力モードではラスター出力スキャナとしてゼログ
ラフィックドラム等の感光媒体に衝突させることができ
る。

【０００４】像形成スポットすなわちピクセルは、走査
線に沿って延在している。ピクセルを走査軸方向に調節
することによってピクセルの幅が変化し、これによって
走査線に沿ったスポット数／インチ解像度（インチ解像
度当たりのスポット数）を変更することができる。像形
成ピクセルをクロス走査軸方向に調節することによって
ピクセルの高さが変化し、これによって走査線に垂直方
向の走査線数／インチを変更することができる。

【０００５】走査線に沿ったピクセル数／インチ及び走
査数／インチは光学走査装置パラメータによって設定さ
れる。

【０００６】走査線でのスポットサイズは、クロス走査
すなわちサジタル（sagittal）軸方向には定まっている
が、走査すなわち接線軸方向には可変である。ラスター
出力走査光学装置でクロス走査軸方向の解像度を変更さ
せることが必要になった場合、新しい円柱光学素子を多
面鏡の前方で光路に進入させ、前のクロス走査集束円柱
光学素子を後退させて切り換えることによって実施する
方法が最も一般的である。このように光学素子を交換し
てこの作業を行うためには、複雑で精巧な機械式アセン
ブリが必要である。

【０００７】現在市販されている、入力及び出力の両方
のラスタースキャナは、印刷には単一の解像度を提供す
る。最も一般的な解像度は、240、300、400、480及び60
0スポット／インチ（spi）である。機械解像度は、スキ
ャナの市場ニーズだけでなく、スキャナに必要な性能及
びスキャナのコスト、さらに企業戦略によっても決めら
れる。例えば、ＩＢＭ社は240及び480spi標準を用いて
いるが、ゼロックス社は300及び400spi標準を用いてい
る。従って、異なった印刷解像度のスキャナ間の互換性
が問題になる。

【０００８】歴史的に見ると、互換性の問題は、ある解
像度から別の解像度へ変換するためのソフトウェア補間
プログラムを用いて解決されていた。しかし、これらの
ソフトウェアプログラムでは、走査軸方向の解像度が調
節可能になるだけである。コスト及び客の満足度の点か
ら、走査軸及びクロス走査軸の両方向で解像度を調節で
きることが望ましい。ラスタースキャナの性能要求の変
化に伴って走査数／インチも変化するため、サジタル光
学スポットサイズを調節しなければならない。このよう
に、解像度が異なるラスター出力スキャナを連結するた
めにはきわめて優れ限られたソフトウェア及びハードウ
ェアが必要になるであろう。

【０００９】本発明の目的は、走査線に沿った飛点ラス
タースキャナの解像度を走査軸及びクロス走査軸の両方
向に調節するための機械式手段を提供することである。

【００１０】〔発明の概要〕本発明によれば、回転式開
口が、レーザダイオード飛点ラスタースキャナ光学装置
の多面鏡前方クロス走査円筒光学素子と回転式多面鏡と
の間に配置されている。開口を走査すなわち接線面上の
軸線に平行な直線周りに回転させることによって像形成
スポットサイズが調節されて、ラスタースキャナ光学装
置の走査及びクロス走査軸方向の解像度が維持される。

【００１１】他の目的及び利点は、添付の図面を参照し
た以下の詳細な説明及び特許請求の範囲から明らかにな
るであろう。

【００１２】〔好適な実施例の説明〕図１は、飛点ラス
ター走査光学装置１０を示している。レーザダイオード
光源１２が放射した可干渉光ビーム１４は、多素子光学
コリメータ１６によって走査及びクロス走査平面の両方
で平行光にされる。このようにして得られた平行ビーム
１８はクロス走査円柱レンズ２０を通過する。レンズ２
０は、クロス走査平面が円筒形で、走査平面が平らであ
る。このため、レンズはビームのクロス走査部分を収束
するが、ビームの走査部分の平行を維持する。

【００１３】クロス走査平面に収束し、走査平面に平行
なビーム２２は次に回転式開口２４を通過し、これによ
ってビーム２２は外側領域が選択的に遮断される、すな
わちカット（vignette）される。開口を通ったビーム２
６は、クロス走査円柱レンズ２０から引き続きクロス走
査平面上に収束しており、そのレンズ２０によってビー
ムは多面形の回転式多面鏡３０の面２８上に集束する一
方、ビーム２６の走査平面部分は、それが面に衝突する
時は平行のままである。

【００１４】面２８から反射したビーム３２は、走査面
上ではまだ平行であるが、クロス走査面上では拡散して
いる。反射ビーム３２は次に、負の平凸レンズ３６及び
正の平凸レンズ３８からなるｆ−シータレンズ３４を通
過する。このｆ−シータレンズ構造によって、ビームが
走査すなわち接線軸方向に収束する。次に、ビームはク
ロス走査円柱レンズ４０を通過する。

【００１５】レンズ４０は、クロス走査平面が円筒形
で、走査平面が平らである。クロス走査円柱レンズがｆ
−シータレンズを補助して走査平面に視界を形成し、従
ってｆ−シータ走査レンズとクロス走査円柱レンズとに
よって、直線状の平らな視界の走査ビームが形成され
る。クロス走査円柱レンズは、特に大きい走査角度で
は、小さいが無視できない量のゆがみを発生することが
あるため、ｆ−シータレンズはクロス走査円柱レンズ４
０のことを考えて設計する必要がある。

【００１６】クロス走査円柱レンズ４０を通過した後、
ビーム４２は次に円柱形搖動補正鏡４４で反射する。こ
の鏡４４は正であって、クロス走査平面が円筒形で、走
査平面が平らである。このため、搖動鏡はビーム４２の
うちの先に拡散していたクロス走査部分を収束させる
が、ビーム４２のうちのレンズ３４で集束された収束ク
ロス走査部分はそのまま通過させる。

【００１７】反射ビーム４６は、ビーム４６のクロス走
査部分を収束する鏡４４によって、またビーム４６の走
査部分を収束するレンズ４０によって感光体または走査
線４８上に集束（focus ）される。

【００１８】ラスター出力走査装置１０のクロス走査円
柱レンズ２０及び回転式開口２４によって、ラスタース
キャナ装置の光ビームスポットサイズをクロス走査すな
わちサジタル（sagittal）軸方向に変えることができ
る。開口２４は、円柱光学素子２と多面鏡３０との間に
配置されている。

【００１９】クロス走査すなわちサジタル軸方向のスポ
ットサイズ変更が必要な飛点ラスタースキャナ装置で
は、開口が走査すなわち接線平面上の軸線に平行な線周
りに回転する。レーザダイオードのオン時間は、走査す
なわち接線軸方向のスポットサイズを変更することによ
って制御される。

【００２０】走査軸方向にスポットサイズが変化しない
ようにするためには、開口がこの走査軸を中心にした回
転対称となるようにしなければならない。図２のひし形
開口２４は、図１のこの実施例における開口構造として
選択されたものである。同様な回転対称が得られる他の
構造、たとえば楕円形も開口として適しているであろ
う。

【００２１】図２に示されているように、ひし形開口２
４は、走査軸方向に長軸５０を、クロス走査軸方向に短
軸５２を備えている。クロス走査平面で収束し、走査平
面で平行なビーム２２が開口２４を通過するところが図
示されている。開口は走査軸方向の長軸回りに回転可能
である。

【００２２】図３に示されているように、開口２４をク
ロス走査平面に対して傾斜するように回転させることに
よってビーム２２をぼかして（vignette）ビーム２６に
することができる。図４に示されているように、開口２
４が回転すると、ビーム２２に面する断面が小さくなる
ために、ビームの選択部分が開口２４の周囲の領域５４
によって遮断（block ）される。ひし形開口は２つの矩
形開口のたたみこみ（convolution ）であると考えるこ
とができる。接線すなわち走査軸方向では、光はひし形
開口を照射するガウスアポダイズド（gaussian apodize
d ）平行ビームに近い。

【００２３】このひし形開口配置は、振幅が被照射物体
のフーリエ変換に位相係数を乗じたものであるフーリエ
変換配置である。一般的に開口寸法がガウスアポダイゼ
イション（gaussian apodization）に比べて小さくて光
が平行光である場合、照射は平面状に近いと見なすこと
ができ、その結果として得られるフーリエ変換は開口自
体のものである。このため、走査線での振幅は、sinc関
数に適当な位相係数を乗じた２つの矩形関数のたたみこ
みのフーリエ変換になるであろう。その結果として得ら
れた放射照度パターンはsinc² 関数に比例するであろ
う。この形式の関数に対応したサイドローブ（side lob
e ）は大幅に抑制され、その結果としてラスタースキャ
ナ装置のコントラスト比が高くなる。

【００２４】現在のラスタースキャナ構造では、接線方
向に扇形をした光線が走査平面と同一平面上にある。開
口がビームサイズを越えた時、放射照度パターンは原ガ
ウスビーム（raw Gaussian beam ）のものとなり、サイ
ドローブがなくなるであろう。開口が回転すると、ビー
ムの外側部分がカット（vignette）されて、走査平面で
のスポットサイズが変化して、おそらくサイドローブが
生じるであろう。前述したようにひし形によってサイド
ローブは排除される。

【００２５】サジタル軸方向の光線のフーリエ変換特性
はさらに複雑である。第１フーリエ変換配置は、サジタ
ル円柱求心レンズ素子２０の背後に配置されている物体
のものである。この変換は、二次位相係数まではほぼア
ポダイズされたガウスビームが照射している開口部分の
フーリエ変換である。その像は、走査レンズ変換の対象
物になっている。この計算は、実際には装置のインパル
ス応答のたたみこみ（convolution ）であって、像は幾
何光学によって予測される。装置のインパルス応答は、
サジタル軸方向の走査レンズの瞳関数のフーリエ変換に
すぎない。幾何学像は対象物の完全像である、すなわち
回析効果が含まれていない。感光体平面でのサジタル放
射照度パターンは、形状が非常にガウス的であることが
数値的に決定されている。

【００２６】ラスター走査光学装置の解像度の調節に回
転式開口を用いることは、実際には質的なものにすぎ
ず、主に２つの理由から正確ではない。第１に、レーザ
ダイオードからの出力はガウスビームではない。しかし
ながら、実験室データから、サジタル軸はガウス軸に非
常に近く、開口遮断部がビームの外側部分を大きくカッ
ト（vignette）しない場合には接線軸はガウス軸に非常
にちかくなることがわかっている。従って、装置をモデ
ル化するために用いられたガウスビームアポダイゼイシ
ョンは妥当な仮定である。第２に、解像度の問題を直交
成分に分解でき、各軸を別々に処理できるものと無条件
に仮定している。これは、一般的に対称または一部の非
対称ガウスビームの場合には正しいが、結合された装置
ではそうではない。開口によるぼかし（vignetting）の
ため、一方の軸のビームサイズ及びアポダイゼイション
が他方の軸の光学特性に幾分影響を与えるので、この装
置は結合している。

【００２７】前述したように、他の開口構造も同様に用
いることができる。例えば楕円形開口は２つの円形開口
のたたみこみ（convolution ）であると考えることがで
きる。しかし、この開口がビームに与える光学的効果
は、ひし形開口のものとは幾分異なっている。

【００２８】ひし形開口の長軸は必ずしも走査軸方向で
ある必要はない。短軸を走査軸方向にして、長軸が回転
するようにしてもよい。

【００２９】レーザダイオードオン時間は、走査すなわ
ち接線軸方向のスポットサイズを変化させることによっ
て制御される。しかし、開口をクロス走査すなわちサジ
タル軸に沿って回転させることによって、走査すなわち
接線軸方向のスポットサイズを変化させることができ
る。開口を走査及びクロス走査軸の両方に沿って回転さ
せることによって、走査線に沿ったスポットサイズを両
軸方向に変化させることができ、ピクセルの長さ及び高
さの両方を、従ってスポット数／インチ解像度及び走査
数／インチの両方を調節できる。

【００３０】ひし形開口を、サジタルスポットサイズを
300spiから400spiに切り換えることを必要とする飛点ラ
スター出力走査装置に組み込んだ。ひし形開口は、実質
的に有効焦点長さが329.0 ｍｍである薄いレンズ、すな
わち走査レンズの前方の物体である。

【００３１】開口が０度である時に400spiスポットサイ
ズに設計された2.4 ×９ｍｍひし形開口ＲＯＳ光学装置
用の理論的スポットサイズは、クロス走査すなわちサジ
タル軸方向に63.5μｍ（１／ｅ² 強度点について）で、
走査すなわち接線軸方向に44.7μｍである。開口が46.5
度回転して300spiスポットサイズになった時、理論的ス
ポットサイズは、クロス走査すなわちサジタル軸方向に
84.9μｍで、走査すなわち接線軸方向に45.9μｍであ
る。

【００３２】開口を回転させることによるパワーロスは
約３０％である。このパワーロスは、レーザダイオード
初期光源の出力パワーを増加することによって補償でき
る。すべての場合の焦点位置は感光体平面の0.５ｍｍ以
内である。

【００３３】実際のハードウェアは、構造の妥当性を証
明できるように製作された。このハードウェアの結果か
ら、400spiに対応する０度の開口では実際のスポットサ
イズがクロス走査すなわちサジタル軸方向に65.9μｍ
で、走査すなわち接線軸方向に46.6μｍであることがわ
かった。開口が46.5度回転して300spiスポットサイズに
なった時、実際のスポットサイズは、クロス走査すなわ
ちサジタル軸方向に87.6μｍで、走査すなわち接線軸方
向に47.1μｍであった。

【００３４】開口の回転によるパワーロスは約３５％で
あると測定された。焦点位置は感光体平面の0.75ｍｍ以
内であった。

【００３５】開口をさらに52.5度まで回転させると、ク
ロス走査すなわちサジタル軸方向に105.2 μｍで、走査
すなわち接線軸方向に48.1μｍである240spi解像度のス
ポットサイズが得られた。このさらなる回転によりパワ
ーロスが４０％になった。

【００３６】以上に本発明を好適な実施例について説明
したが、発明の範囲内において様々な変更を加えること
ができることは当業者には明らかであろう。したがっ
て、本発明は特許請求の範囲に含まれる全ての代替，変
更及び変形を含むことを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って形成された、走査線に沿ったス
ポットサイズを走査及びクロス走査軸方向に調節するた
めの回転式開口を備えた飛点ラスタースキャナ光学装置
の概略断面図である。

【図２】図１の飛点ラスタースキャナ光学装置の回転式
開口の概略図である。

【図３】回転式開口をクロス走査平面に対して傾斜させ
た状態の概略図である。

【図４】図３の回転式の開口が傾斜姿勢にあるときを別
の方向からみた図である。

【符号の説明】

１２ レーザダイオード光源，１６ コリメータ，２０
クロス走査円柱レンズ，２４ 回転式開口，３０ 回
転式多面鏡，３４ ｆシータ走査レンズ，４０クロス走
査円柱レンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可干渉光ビームを放射するレーザダイオー
   ド光源と、 前記放射光ビームを平行光にするコリメータ手段と、 前記平行ビームのクロス走査部分を収束させる第１光学
   手段と、 前記第１光学手段からの前記光ビームを選択的に遮断す
   る回転式開口と、 前記回転式開口からの前記ビームを反射する複数の面を
   備えた回転式多面鏡と、 反射ビームの走査及びクロス走査部分を収束して前記走
   査線に沿った走査ビームを形成する第２光学手段とを有
   し、前記回転式開口が前記走査線に沿った前記走査ビー
   ムの解像度を調節する走査線に沿った走査ビームのスポ
   ット数／インチの解像度を調節するための飛点ラスター
   出力走査光学装置。