JPH08234126A

JPH08234126A - ラスタ走査光学システム

Info

Publication number: JPH08234126A
Application number: JP30449695A
Authority: JP
Inventors: Tibor Fisli; フィスリティボア
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1996-09-13
Also published as: EP0715197A2

Abstract

(57)【要約】【課題】ラスタスキャンシステムにおいて、走査線の
間隔を正確に制御する。【解決手段】ラスタスキャンシステムに、レーザービ
ームを発する複数のレーザーダイオード１３５、１４０
と、前記レーザービームを反射し走査線を形成する回転
ポリゴンミラーと、前記レーザーダイオードと前記ポリ
ゴンミラーとの間に配置されるアナモフィックズームレ
ンズ系２００を設ける。アナモフィックズームレンズ系
２００の焦点距離は、サジタル方向についてのみ調節可
能であり、これによって走査線の間隔を正確に調節す
る。光線は、回転ポリゴンの反射面１２０に集束してス
ポット１２５、１３０を形成する。アナモフィックズー
ム系２００の焦点距離を調節して走査線の位置を調節し
ても、スポットは合焦状態に維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラスタ走査光学シ
ステムに関し、特に複数の走査線を生成し、その走査線
間隔の正確な制御を必要とするラスタ走査光学システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】フライングスポットスキャナは、ラスタ
出力スキャナ（ＲＯＳ:Raster OutputScanner）とも呼
ばれ、中心軸周りに回転する多面ポリゴン反射ミラーを
有する。フライングスポットスキャナは、ポリゴンミラ
ーの回転により、輝度変調された１本または複数本の光
線を感光記録媒体上に対してライン走査方向（主走査方
向、接線方向あるいは経線方向ともいう）へ走査する一
方、記録媒体をそれに垂直な「処理」方向（副走査方向
またはサジタル方向ともいう）に送ることによって、光
線をラスタ走査パターンに従って記録媒体上に走査す
る。デジタル印刷では、個々の光線を２進サンプル列に
応じて連続的に輝度変調し、走査されているサンプル列
によって表される画像を記録媒体に露光する。

【０００３】従来のＲＯＳ装置はまた、複数のレーザー
ビームをシングルステーションまたはマルチステーショ
ンのプリンタで偏向するのに適している。複数の光線を
同時に走査するプリンタは、マルチビームプリンタまた
はマルチスポットプリンタと呼ばれている。マルチビー
ムプリンタの技術は、Kitamuraの米国特許第4,474,422
号に開示される。

【０００４】このような装置においては、２つ以上の光
源でレーザービームを発生する。レーザービームは、ポ
リゴンミラーの前段に設けた光学素子（以後、プレポリ
ゴン(Pre-Polygon) 素子と呼ぶ）を通過し、回転ポリゴ
ンミラーで偏向され、公知のポリゴンミラーの後段の光
学素子（以後、ポストポリゴン(Post-Polygon)素子と呼
ぶ）で集束されて、受光体上に走査線を形成する。この
ようなデュアルスポットプリンタは、受光体上に２つ以
上のスポット（各走査線につき１スポット）を同時にプ
リントするので、単一スポットの装置に比べ走査速度が
速い。このようなマルチスポット装置は、受光体上に複
数の光線を正確に結像するために、通常、飛び越し走査
（インターレース走査）を採用している。例えば、Curr
y の米国特許第5,233,367 号（特願平5-159860号）は、
このようなマルチビームの飛び越し走査システムを開示
する。

【０００５】従来のマルチスポット装置では、正確な飛
び越し走査を達成するため、走査線間隔を極めて精密に
制御しなければならない。精密な走査線間隔は、ぶれの
無い印刷に不可欠である。特定条件の下では、走査線間
隔の１μｍ以下のばらつきでさえ印刷画像上で検知でき
る。

【０００６】マルチスポット走査システムにおけるサジ
タル方向の入力光学倍率（ＩＯＳＭ：Input Optics Sag
ittal Magnification)は、以下の式で表される。

【０００７】ＩＯＳＭ＝（ｌｓ）×（ｉｌｆ）×（ｐｓ
ｐ）×（ｐｐｍ）ここで、ｌｓはレーザー源の間隔、ｉｌｆはインターレ
ース係数（走査線ピッチ（間隔）の整数倍）、ｐｓｐは
印刷時の走査ピッチ（間隔）、ｐｐｍはポリゴン後段に
位置するポストポリゴンレンズの倍率を表している。

【０００８】例えば１インチあたり４００本の走査線で
印刷するマルチスポットＲＯＳ装置の場合、ピッチ（走
査線の間隔）は１／４００インチ、すなわち２．５ｍｉ
ｌとなる（１ｍｉｌ＝１／１０００インチ＝２５．４μ
ｍ）。インターレース係数を５とすると、実際の走査線
間隔は５×２．５ｍｉｌ＝１２．５ｍｉｌとなる。ポス
トポリゴンレンズの倍率を１とし、レーザー間隔を１ｍ
ｉｌ（２５．４μｍ）とすると、サジタル方向の入力光
学倍率ＩＯＳＭは、（１）×（５）×（２．５）×
（１）＝１２．５となる。換言すれば、レーザーからポ
リゴンミラーまでの倍率が１２．５ということである。

【０００９】マルチスポットＲＯＳ装置は普通、コリメ
ータを含む。コリメータは、光線を視準する、即ち平行
な透過光束を生成するレンズである。焦点距離が０．５
インチのコリメータで１２．５のＩＯＳＭを得るには、
入力光学要素（通常円柱レンズ）の焦点距離の合計がコ
リメータの焦点距離の１２．５倍でなければならない。
即ち、入力光学要素の焦点距離の合計が１２．５×０．
５＝６．２５インチでなければならない。コリメータや
入力光学系の円柱レンズの焦点距離に僅かでも変化があ
ると、受光体上の走査線間隔に許容できないズレをもた
らす。通常コリメータや入力光学レンズの標準製造許容
誤差は３％以下となっている。焦点距離が０．５インチ
のコリメータに＋３％の誤差があると、実際の焦点距離
は０．５×１．０３＝０．５１５インチとなる。また入
力光学系の円柱レンズの合計焦点距離に−３％の誤差が
あると、実際の合計焦点距離は６．２５×０．９７＝
６．０６２インチとなる。この焦点距離でいくと、実際
の倍率は６．２５÷０．５１５＝１１．７７となり、前
述した所望倍率１２．５とはならない。

【００１０】レーザー間隔が正確に１ｍｉｌと仮定して
さえ、１１．７７倍の倍率でのレーザー間隔は１１．７
７ｍｉｌ、即ち２９９μｍとなる。これを所望倍率１
２．５倍と比較すると、所望の走査間隔は１２．５ｍｉ
ｌ即ち３１７．５μｍであり、標準製造許容誤差内のコ
リメータや円柱レンズを用いてさえ、走査線間隔に３１
７．５−２９９＝１８．５μｍの誤差が起こる。更に、
レーザー間隔を正確に１ｍｉｌにすることは困難であ
り、したがって走査線間隔誤差は更に助長される。

【００１１】上述のように、走査間隔の１μｍ以内の誤
差でも、印刷画像で検知されることを考えれば、１８．
５μｍの誤差は深刻である。実際１８．５μｍは、４０
０ｓｐｉ走査間隔の２９％（（１８．５）／（（２．５
ｍｉｌ）（２５．４μｍ／ｍｉｌ））＝０．２９）に相
当する。このように、ポリゴン前段のプレポリゴンレン
ズに僅かでも誤差がある場合、それが標準許容誤差以内
であっても、印刷の質をかなり落としてしまう。

【００１２】図１および図２は、従来のデュアルスポッ
トＲＯＳ装置５の側面図と上面図である。軸７０に対し
て対称にｌｓの間隔で配置されるレーザーダイオード３
５、４０が、レーザービーム３７、４２を発生させる。
ビーム３７、４２は、コリメータレンズ１０と円柱レン
ズ１５を通過し、ポリゴンミラーのファセット（面）２
０上にフォーカシングされ、スポット２５、３０を形成
する。ファセット２０は、スポット２５、３０を反射
し、Ｆθレンズ４５及びポリゴンウォブル（揺れ）補正
素子５０を通過し、受光体表面の結像面６５上に、副走
査方向（低速走査方向）に間隔をおいたスポット５５、
６０を形成する。図２に示すように、ポリゴンファセッ
ト２０は、例えば破線２０´で示す位置まで回転し、受
光体表面６５上において、スポット５５、６０を位置５
５´、６０´まで主走査線方向（高速走査方向）に走査
する。

【００１３】ＲＯＳシステムを印刷装置に適用する場合
は、レンズ１０はアナモフィックレンズ、即ちサジタル
方向にだけ光学的倍率を持つレンズである。接線方向に
倍率があると、印刷される走査線に沿って許容できない
歪みを生成する。具体的に言えば、図２で、上面から見
て光源が互いに完全に上下に一致していると仮定して、
レンズ１０、１５の接線方向への拡大は全くない。それ
に対し、図１のようにサジタル方向には、レンズ１０、
１５がその焦点距離の相違により光学的倍率を生じる。
アナモフィック装置に関しては、Smith の“Modern Opt
ical Engineering”, McGraw-Hill Book Company, 196
6, pp. 239 〜241 に開示される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】理論的には、システム
５はスポット５５と６０の間隔を完璧に設定することが
できる。しかし現実には、完璧な間隔設定は、不可能で
はないが非常に困難なことである。完全な間隔設定を達
成するには、レーザーダイオード３５と４０との間隔、
またコリメータ１０並びに円柱レンズ１５の配置および
焦点距離が完全でなければならない。ポストポリゴン光
学系の倍率（面２０から受光体表面６５の間）は、ほぼ
１倍に近いので、コリメータと円柱レンズの配置と焦点
距離の誤差がスポット間隔誤差の主因であるといえる。

【００１５】上述のように、ＲＯＳ装置を用いる印刷機
やその他の機器を製造するにあたり、レンズ誤差が標準
製造許容誤差内であったとしても、許容範囲を越えた走
査線間隔誤差が生じる。間隔誤差を許容範囲内に収める
ようにレンズ等の許容誤差を低減させることは、きわめ
て困難でコストがかかる。例えば特定のレンズ要素の倍
率を補正したとしても、拡大像の位置が変わってしまう
ので、装置の幾何学的構成を設計しなおさなければなら
ないという問題が生じる。このようなことから、経済的
で簡単に間隔誤差を低減できるシステムが必要とされる
のである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の問題を解決するた
め、本発明は光線を発する少なくとも１つの発光装置
と、前記光線を反射して走査線を形成する回転反射面
と、前記少なくともひとつの発光装置と前記反射面との
間に配置されるアナモフィックズームレンズを備えるラ
スタ走査光学装置を提供する。アナモフィックズームレ
ンズの焦点距離は、調節可能であり、これによって走査
線の位置を調節する。

【００１７】即ち、本発明のラスタ出力走査システム
は、プリポリゴン光学素子群の一部として可変焦点アナ
モフィックズームレンズを備える。この可変焦点システ
ムは、装置の製造過程で極端に製造誤差の少ない高価な
レンズを必要とせず、システムの好ましくない幾何学的
変更をも必要とせずに、走査線間隔を許容範囲に収める
ことができる。可変焦点ズームレンズシステムの焦点距
離を選択的に変更して、走査線間隔を容易に且つ経済的
に調節できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明のアナモフィックズームレ
ンズ装置は、プリンタ、ファックス機器、電子コピー機
等、ＲＯＳシステムを用いた印刷装置に適用することが
できる。これらの印刷装置では、印刷された画像は、帯
電した受光体によりコピー紙に転写される。しかしなが
ら、本発明はこのような印刷装置に限定されることな
く、画像の正確な位置合わせを必要とするすべての装置
に適用できる。本発明の実施例では印刷装置を例にして
説明するが、これに限定されるものではない。

【００１９】図３〜図５は、デュアルスポットＲＯＳシ
ステム１０５内に配置される本発明に係るアナモフィッ
クズームレンズ系２００の側面方向の概略図である。レ
ーザーダイオードなどの発光装置１３５、１４０が光線
（好ましくはレーザービーム）を発し、ズームレンズ系
２００を含む光透過性のレンズ系に照射する。レーザー
ダイオード１３５、１４０は、軸１７０に対して対称に
配置される。

【００２０】レーザーダイオード１３５、１４０の発す
る光線は、コリメータレンズ１１０、ズームレンズ系２
００を通過し、回転反射面（例えばポリゴンミラーのフ
ァセット）１２０上に集束して、スポット１２５、１３
０を形成する。ファセット１２０は、スポット１２５、
１３０を反射し、Ｆθレンズ１４５及びポリゴンウォブ
ル補正素子１５０等のポストポリゴン光学系を通過させ
て、受光体表面の像面１６５上にスポット１５５、１６
０を形成する。スポット１５５、１６０はサジタル方向
に間隔をおいて形成され、これによって走査線が分離さ
れる。

【００２１】図３〜図５に示す本実施例のズーム系は、
３つの光学レンズ２０５、２１０、２１５を備える。レ
ンズ２０５、２１０、２１５は円柱レンズであることが
望ましい。ズーム系２００を１つ以上の任意の数のレン
ズにより構成してもよい。高解像度のズーム系の多く
は、例えば２つ以上の固定位置レンズを備えるように設
計され、収差を減少する。機械的に補償されたズーム系
を含めたズームレンズシステムについては、Smith の
“Modern Optical Engineering”, McGraw-Hill Book C
ompany, 1966, pp.141〜245 に開示される。

【００２２】固定焦点距離および固定位置レンズを用い
た従来のシングルエレメントまたはマルチエレメントの
ＲＯＳ装置はすべて、画像シフトと倍率（焦点距離）と
の関係... いて同じ特性を持つ。つまり補償されないシ
ングルレンズ装置では、与えられた位置に画像が正確に
焦点を結ぶ倍率は、例えば２倍と０．５倍といった具合
に、最高２つしかありえない。その他の倍率では像がす
べて焦点ぼけする。機械的な補償を行うズーム系では、
系の他の要素の１つをシフトして位置補正することによ
って焦点ぼけをなくしている。補償用要素の動きは非線
形なので、その動きはカム配置の影響を受けることが多
い。この点に関しては上記文献（Smith）の２４３頁に
説明されている。

【００２３】Smith で論じられているズームレンズは、
本発明と異なり、アナモフィックレンズシステムではな
い。アナモフィックズーム系を形成するためにアナモフ
ィック要素をズームレンズ系内に取り入れたのは本発明
が最初である。このようなアナモフィックズームシステ
ムは、プリント装置のようなＲＯＳ応用の装置には理想
的なシステムである。図３〜図５の実施例によると、ズ
ーム系２００はサジタル方向に所望の異なった光学倍率
を生成する。具体的には、ズームレンズ系２００は、サ
ジタル方向の倍率を調節して、走査線間隔を調節する。
しかし、接線方向の倍率は変更しないので、走査線の歪
みが発生することはない。印刷装置以外への応用では、
両方向に倍率変更があってもよい。

【００２４】図３〜図５に示すように、ズーム系２００
でレンズ２１０を移動させて異なる倍率を生成する際、
レンズ２０５から焦点までの距離を一定に保つようにレ
ンズ２１５の動きを計算する。市販のレンズアクチュエ
ーター等の位置決め装置２０３をズームレンズ系２００
と接続し、必要に応じてズームレンズ系２００のレンズ
２０５、２１０、２１５を位置決めする。図３、図４、
図５は、それぞれズーム系２００の３枚のレンズの相対
位置を示す。図３は標準的な有効焦点距離、図４は最長
有効焦点距離、図５は最短焦点距離の配置を示す。各図
において、レーザーダイオード１３５、１４０によって
発せられた光線をファセット１２０が反射し、受光体表
面１６５に走査線を形成する。ズーム系２００の有効焦
点距離を調節することによって、ポリゴン面１２０のス
ポット１２５、１３０の焦点を外すことなく、サジタル
方向の倍率を変化させる。従って、印刷される画像を焦
点ぼけさせることなく、走査線１５５と１６０の間隔を
調節できる。尚、上述のように、ズーム装置２００は、
２０５、２１０、２１５の３枚に限らず複数であれば任
意の数のレンズが使用可能である。

【００２５】装置１０５の製造過程で、ズーム系２００
を用い、走査線間隔を調節して走査線間隔誤差を補正す
るのが好ましい。前述の従来例では、実際のプレポリゴ
ンレンズ系の倍率が所望の１２．５ではなく１１．７７
になっており、１８．５μｍの走査線間隔誤差を発生し
ている。本発明の実施例では、初期テストで１８．５μ
ｍの誤差を検知し、レンズ２１０、２１５の位置を調節
して誤差を補正する。従って、本実施形態によればシス
テム内のレンズを造り直したり固定レンズの位置を変更
したりすることなく、１８．５μｍの誤差をなくする
か、少なくとも印刷画像で検出できない程度まで低減す
ることができる。さらに、レーザー配置のずれによって
生じる間隔誤差を、レーザーダイオード１３５、１４０
を動かすことなく補正でき、他の要素によって生じる誤
差も、それら要素を造り直したり、移動させたりするこ
となく補正することができる。また、ズームレンズ２０
０によって間隔誤差を補正する場合、ポリゴンミラーの
ファセット１２０上のスポット１２５、１３０が焦点ぼ
けしないので、ポリゴンミラーのファセット１２０を動
かす必要もない。ファセット１２０の位置を動かすに
は、装置１０５の全体的な幾何学的構成を実質的に再設
計しなければならない。

【００２６】テストで間隔誤差を許容レベルまで低減す
ると、ズームレンズ系２００がロックされ、レンズ２０
５、２１０、２１５の位置を固定する。この時点で装置
１０５は使用可能となり、また販売可能な状態になる。

【００２７】従来のズームシステムはアナモフィックシ
ステムを採用していないので、プリンタ等のＲＯＳシス
テムに最適とは言い難い。非アナモフィックズームシス
テムを、ＲＯＳシステムに使用すると、印刷画像の接線
方向（主走査方向）に許容できない歪みを生じる。それ
に対し、本発明のアナモフィックズーム系２００は、接
線方向の倍率に変化がないので歪みが生じない。即ち、
サジタル方向にのみ倍率を変化できるので、走査線自体
を歪めることなく、走査線間隔の調節を行うことができ
る。また、ポリゴン表面１２０のスポットや受光体表面
１６５の走査線の焦点を外すことなく、倍率の変更が可
能である。

【００２８】なお、本発明は、上記の例に限定されるも
のではない。例えば、用いられるレーザ源の数には限定
がなく、レーザー源以外の光源を使用することもでき
る。また、本発明はプリント分野以外にも広く適用でき
る。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明では、接線方向へ
の倍率を変えることなく、サジタル方向の倍率を容易に
調節できる。従って、印刷される走査線に歪みを生じさ
せずに、走査線間隔を正確に制御できる。更に、誤差の
少ない高価なレンズを使わなくても、また光源やその他
の固定レンズ系の位置を変更しなくても、誤差の極めて
低い画像を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のデュアルスポットラスタ出力スキャナ
の側面図である。

【図２】図１のスキャナの上面図である。

【図３】本発明に係る可変焦点ズームレンズ系を用い
たラスタ出力スキャナの側面図であり、標準的な焦点距
離でのレンズ配置を示す。

【図４】図３のスキャナにおいて、可変焦点ズームレ
ンズ系が最長焦点距離となっている場合の配置を示す図
である。

【図５】図３のスキャナにおいて、可変焦点ズームレ
ンズ系が最短焦点距離となっている場合の配置を示す図
である。

【符号の説明】

５，１０５デュアルスポットＲＯＳ、１０，１１０
コリメータレンズ、１５，１１５円柱レンズ、２０，
１２０ポリゴンミラーファセット、３５，４０，１３
５，１４０レーザーダイオード、３７，４２光線、
４５，１４５Ｆθレンズ、５０，１５０ポリゴンウォ
ブル補正素子、６５，１６５受光体表面、２００ズ
ームレンズ系、２０５，２１０，２１５アナモフィッ
クレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光線を発する少なくとも１つの発光装置
と、前記光線を反射して走査線を形成する回転反射面と、前記少なくとも１つの発光装置と前記回転反射面との間
に配置されるアナモフィックズームレンズ系であって、
焦点距離が調節可能なアナモフィックズームレンズ系
と、を有し、前記アナモフィックレンズ系の焦点距離の調節
により、前記走査線の位置を調節するラスタ走査光学シ
ステム。