JPS6118163B2

JPS6118163B2 -

Info

Publication number: JPS6118163B2
Application number: JP52078358A
Authority: JP
Inventors: Shinji Sanyo
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1986-05-10
Also published as: JPS5412854A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、レーザービーム変調方法および、こ
の方法の実施に用いるレーザービーム変調装置に
関するものである。

レーザービームを、画像信号に応じて強度変調
し、定平面内で周期的に偏向させ、感光性の記録
媒体上に直線的に書出走査する記録方式が、コン
ピユーターのアウトプツト方式や、フアクシミリ
の受信信号再生方式として、実用化されるように
なつてきている。

今、この記録方式の典型的装置例を示す第１図
に則して、記録プロセスを説明し、あわせて、そ
の問題点を述べる。

図において、符号１はレーザー光源、符号２は
反射鏡、符号３はAO変調素子、符号４はビーム
エキスパンダー、符号５は回転多面鏡、符号６は
ｆ―Θ集束レンズ系、符号７は記録媒体である光
導電性の感光体、符号８は光検知素子をそれぞれ
示している。

レーザー光源１から放射されたレーザービーム
Ｌは、反射鏡２により方向を転ぜられて、AO変
調素子３に入射する。

AO変調素子３は、音響光学効果を利用した光
学素子であつて、これに画像信号が印加される
と、音響光学効果により、画像信号に応じて強度
変調された１次光レーザービームL.Bが、レーザ
ービームＬから分離し、このレーザービームＬと
一定角度だけ異なる方向へ射出する。図において
は、AO変調素子３から射出するレーザービーム
Ｌは図示されておらず、レーザービームＬと、１
次光レーザービームL.Bとの角度も無視されてい
る。記録に参与するのは強度変調を受ける１次光
レーザービームL.Bであるから、以下、これを単
にレーザービームL.Bと称する。

レーザービームL.Bは、ビームエキスパンダー
４により、そのビーム径を拡げられたのち、回転
多面鏡５の鏡面のひとつに入射する。

回転多面鏡５は、正多角柱の周面部を鏡面とし
たものであり、駆動モーター（図示せず）により
駆動されて、矢印方向へ高速で等速回転する。す
ると、レーザービームL.Bの入射している鏡面
は、等角速度で回転するから、鏡面により反射さ
れたレーザービームL.Bの方向は、上記角速度の
倍の角速度で、等角速度的に、一平面内で変化す
る。回転多面鏡５の回転により、レーザービーム
L.Bの入射する鏡面が切換るたびに、反射レーザ
ービームL.Bの方向は、上記の変化を繰返す。

かくして、レーザービームL.Bは、回転多面鏡
５により、定平面内で、周期的に偏向する。この
偏向における、角速度をωとする。

回転多面鏡５により偏向されるレーザービーム
L.Bは、次いで、―θ集束レンズ系６に入射
し、―θ集束レンズ系６の集束作用により、そ
の焦点面上に集束する。従つて、偏向されるレー
ザービームL.Bが、上記定平面を扇形に掃引する
につれて、その集束点は、上記焦点面上で直線的
に移動する。

レーザービームL.Bの集束点の移動により決定
する直線を、走査ラインと呼ぶことにする。

感光体７は、ドラム状に形成され、その回転軸
を、上記走査ラインに平行にし、その周面の、回
転多面鏡５への最近接部を、上記走査ラインに、
回転軸方向にわたつて一致させるように配設さ
れ、矢印方向に回転可能である。

走査ライン上の領域であつて、感光体７への書
出が行なわれる定直線状領域を、走査領域と称
し、これを、図中に符号S.Rを以て示す。

走査領域S.Rの走査開始側端部外側には、光検
知素子８が設けられている。

さて、該装置による記録プロセスの概略は、以
下の通りである。

すなわち、感光体７の表面を均一に帯電させて
矢印方向へ、レーザービームL.Bの偏向周期に比
して、ゆつくりとした所定の速さで、連続的もし
くは間欠的に回転させる。

光検知素子８により、偏向中のレーザービーム
L.Bが検知されると、その出力により、AO変調
素子３への画像信号の印加のタイミングが取ら
れ、レーザービームL.Bの集束点が走査領域S.R
上を移動する時間に同期をとつて、１ライン分の
画像信号が、AO変調素子３に印加される。

すると、画像信号は、レーザービームL.Bを強
度変調することにより、レーザービームL.Bに搬
送され、感光体８上で空間配列に変換される。こ
のようにして、レーザービームL.Bにより書出走
査が繰返されるに従い、感光体８に、画像信号に
対応した静電潜像が形成される。

従つて、この静電潜像を、通常の電子写真プロ
セスにおけると同様の方法で現像し、得られる可
視像を記録シート上に転写すれば、記録シート上
に、所望の記録画像が得られる。

さて、ここで、―θ集束レンズ系６の機能を
説明する。このレンズ系は、レーザービームL.B
の偏向角がθのとき、レーザービームL.Bを、焦
点面上で、レンズ系の光軸から、．θの位置に
集束させる機能を有するのである。ただし、ここ
には、レンズ系の焦点距離であり、偏角θは、
光軸を基準として定められる。

従つて、上記偏角がθ＝ωｔ（−t₀＜ｔ＜t₁）で
変化するとき、レーザービームL.Bの集束点は、
走査領域上を、等速で移動する。従つて、AO変
調素子３に、画像信号を、一定周期で順次印加し
ても、記録画像に歪みが生じないのである。

しかるに、―θ集束レンズ系６のかわりに、
通常の集束レンズ系を用いた場合、偏角θのレー
ザービームは、周知の如く光軸から―tanθの
位置に集束する。従つて、偏角θがθ＝ωｔで変
化すると、走査領域S.Rを移動する集束点の速さ
は、等速的ではなく、ωcos^-2ωｔに従つて変
化する。従つて何らかの策を施さねば、記録画像
に歪みを生じてしまう。

一方、―θ集束レンズ系は、製作が困難なた
め、その製造コストが非常に高い。

できれば、―θ集束レンズ系を用いず、コス
トの低い通常の集束レンズ系を用いて、ことをす
ませたい訳である。

これは、以下のようにして、可能である。

記録画像は、一連の、時系列の画線信号により
再生されるのであるが、画像信号の最小単位によ
り再生される、微小な記録画像要素を、画素とよ
び、走査領域S.R上で１画素に対応する領域を画
素領域と呼ぶ。さらに走査領域S.R上の画素領域
数を記録ビツトと称する。１画素に対応する画像
信号は一般にパルス信号であるが、このパルス信
号の幅、すなわち、AO変調素子に作用する時間
を、偏角θに応じて、cos²θに従つて変化させれ
ば、通常の集束レンズ系を用いて、なおかつ記録
画像に歪みを生じないように記録を行なうことが
できる。以下、上記パルス信号の幅を、１画素記
録時間と称し、符号τで、その長さを表すことに
する。

さて、このようにした場合、次の如き問題が生
ずる。

すなわち、走査ライン方向における画素領域の
長さは一定であるから、１画素記録時間τを、
cos²θに従つて変化させることは、走査領域S.R
上における画素領域の位置によつて、画像信号の
内容が同一であつても、画素領域に分配される光
エネルギーに差異が生ずるのである。具体的にい
えば、同一内容の画像信号により、走査領域S.R
の中央部では画素領域には大きな光エネルギーが
与えられ、走査領域S.Rの端部では、画素領域に
与えられる光エネルギーは小さい。従つて、走査
領域S.Rの中央部と端部とで感光体の感光効果に
差異が生じ、これが、記録画像上では、像の濃度
の不均一となつて現れるのである。

この問題は、画像信号が２値信号である場合、
即ち、信号レベルが、１または０のみである場合
は、次のようにして解消できる。

今、信号レベルが１のとき、レーザービームL.
Bが、AO変調素子３から射出するものとし、そ
の光強度をＡとすれば、信号レベル１の画像信号
により、１画素領域に投与される光量は、Ａτと
考えてよい。１画素記録時間τのうち、最小のも
のをτminとすれば、走査領域S.Rの最端部の画
素領域に投与される。上記画像信号による光量は
Ａτminである。

さて、一般に、任意の感光体の感度は、第２図
に示すごとく、投与された光量とともに、ある値
までは、比例的に増加し、それ以後は、光量の増
加にかかわらず、一定の感度を保つという定性的
性質を有している。

光量増加と感度増加とが比例的である光量領域
を、非飽和応答領域、感度が略一定となつている
領域を、飽和応答領域と定義する。

そこで、感光体７の感度特性に応じて、上記光
量Ａτminが、飽和応答領域にあるように、光強
度を設定すれば良い。このようにすれば、走査領
域上で、信号レベル１の信号に対し、感光体７の
感光度は均一化され、像濃度の不均一は除去され
る。

しかしながら、階調性を有する画像を再生記録
しようとすれば、画素領域に投与される光量Ａτ
の変化領域を、感光体の感度特性の非飽和応答領
域に設定しなければならない。この場合、画像信
号のレベルは、画像濃度情報に応じて変化し、レ
ーザービームL.Bの光強度も、信号レベルに応じ
て変化する。

このように、階調性を有する画像を、階調性ま
で含めて、再生しようとすると、同一内容の信号
に対し、前述の、濃度の不均一の問題が生ずるの
である。

本発明の目的は、―θ集束レンズ系を用いず
に、書出走査を行なう上記記録方式において、階
調性を有する画像の記録の際、前述の濃度の不均
一を軽減しうる、レーザービーム変調方法を提供
することである。

以下、図面を参照しながら、本発明を説明す
る。

本発明の特徴とするところは、cos²ωｔに従つ
て変化する、１画素記録時間τを、固定時間τｆ
と、可変時間τｃとの和として、τ＝τｆ＋τｃ
と、構成し、固定時間τｆを記録用時間とし、可
変時間τｃを非記録時間とした点に存する。な
お、以下の説明において、具体的な記録装置とし
ては、第１図に示す装置において、―θ集束レ
ンズ系を、通常の集束レンズ系に替えたものを想
定する。

感光体上の、レーザービームL.Bにより照射さ
れない部分が、白地となるならば、レーザービー
ムL.Bは、画像信号に従つて固定時間τｃ中に、
射出し、逆に、レーザービームL.Bにより照射さ
れた部分が白地となるならば、レーザービームL.
Bは、可変時間τｃ中および信号レベルが０であ
るときの固定時間τｆ中射出される。

以下では説明を具体的にするため、レーザービ
ームL.Bに照射されない感光体部分が白地となる
場合を例に取つて説明しよう。

さて、解決しようとする問題は、同一内容の画
像信号、換言すれば、同一信号レベルの信号に対
し、記録画像における画像の濃度を、走査領域方
向において、如何に均一化するかということであ
る。そこで、本発明の原理を、第３図に則して、
模型的に、説明する。即ち、模型として、10ビツ
ト記録の場合を考える。

第３図において、縦方向の定直線は、走査領域
の片半分を示しており、画素領域３―１，３―
２，３―３，３―４，３―５に分割されている。
画素領域はそれぞれ、画素領域長ｌを有してい
る。

レーザービームL.Bの偏向の角速度をωとすれ
ば、画素領域３―１を走査する間の、レーザービ
ームL.Bの集束点の、移動速さは、近似的に、
ωcos^-20＝ωと考えてよい。すると、このと
き、１画素記録時間τ_１は、τ_１＝l/ωで与え
られる。画素領域３―１を走査する間の、レーザ
ービームL.Bの回転角θ_１は、θ_１＝ωτ_１とな
る。画素領域３―２，３―３，３―４，３―５に
ついて、同様の量τ_２，τ_３，τ_４，τ_５および
θ_２，θ_３，θ_４，θ_５を求めれば、これらは、
τ_２＝ｌ／ωcos²ωτ_１，θ_２＝ωτ_２，τ_３＝ｌ／ωcos²ω（τ_１＋τ_２），θ_３＝ωτ_３，τ_４＝ｌ／ωcos²ω（τ_１＋τ_２＋τ_３），θ_４＝ωτ_４，τ_５＝ｌ／ωcos²ω（τ_１＋τ_２＋τ_３＋τ_４），θ_５＝ωτ_５である。これらの値は、第３
図に示す模型においては、多少荒つぽい近似であ
るが、実際の場合には、画素領域長ｌが極めて小
さいため、近似の精度は、著しく高くなるのであ
る。

さて、ここで、固定時間τｆおよび可変時間τ
ｃとを導入する。前述のように、τｆおよびτｃ
は、関係τｆ＋τｃ＝τを満足しなければならな
いが、その他、τｆの設定にあたつては、実験に
もとづいて、最も良く濃度が均一化されるよう
に、定めるべきである。今問題にしている場合に
おいては、固定時間τｆは、走査領域最端部の画
素領域３―５を、レーザービームL.Bの集束点が
通過する時間に等しくとられている。

すなわち、τｆ＝τ_５である。そこで、時間的
に、可変時間τｃが固定時間τｆに後続するもも
のとすれば、同一レベルの画像信号が、連続し
て、レーザービームL.Bを強度変調するとき、同
一光強度のレーザービームが射出しているのは、
第３図に、符号θ₁₁，θ₂₁，θ₃₁，θ₄₁，θ_５によ
り示される角度領域であるが、これまでのべてき
たところに従つて、 θ₁₁＝θ₂₁＝θ₃₁＝θ₄₁＝θ_５＝ωτｆである。

今、同一レベルの画像信号が、可変時間τｃを
介して順次印加されたとすれば、レーザービーム
L.Bは、画素領域３―１，３―２，３―３，３―
４，３―５に応じて、長さl₁，l₂，l₃，l₄，l₅＝ｌ
なる画素部分領域を露光する。長さl₁，l₂，l₃，
l₄，l₅はl₁＜l₂＜l₃＜l₄＜l₅なる関係になつている。
今、同一レベルの信号を考えているから、レーザ
ービームL.Bの光強度が等しく、記録用時間が固
定時間τｆで一定であり、光強度の変動領域が、
非飽和応答領域に設定されていることを想起すれ
ば、露光領域である画素部分領域の長さが、画素
領域ごとに異なることは、画素領域ごとに被露光
部における感光度が異なることを意味することは
容易に理解されよう。ただし、この場合、各画素
領域に投与された光量は、相互に等しい。

従つて、この状態で、現像を行なつたとすれば
第４図の如くなり、画素の濃度は、画素ごとに異
なる。

さてここで、話を実際的な場合にもどして考え
て見ると、第３図において、符号ｌで示す画素領
域の長さは、現実の記録方式にあつては、10分の
１mmのオーダーであり、極めて、小さい。このよ
うに小さい画素の配列状態に、第４図のごとき像
をあてはめて、そのような像の集合としての記録
画像が目視によつてどのように見えるかを考えて
みる。

例えば、走査領域の中央部に対応する部分にお
いては、画素中における微小画像の濃度は高い
が、画素中にはこの高濃度の微小画像とともに白
地部分が存在するから、目視した場合、上記部に
おける高濃度の微小画像は、上記白地部分に、言
わば、うすめられ、その濃度は、画素内で平均化
されて実際よりも低く見える。しかるに、走査領
域の端部に近ずくにつれて、画素中の微小画像の
濃度は低くなるけれども、白地部分の面積も小さ
くなり、濃度のうすめられ方も少なくなる。この
ようにして、走査領域全域を通じて、画像の濃度
は、目視に対して均一化されるのである。

以上が、本発明の原理的説明である。このよう
な、画像濃度の表現方法は、印刷の分野では、綱
点形成法として知られており、本発明は、これ
を、レーザービームを用いる記録方式へ適用した
ものということができる。

実際にこれを行なうには、画像信号のパルス幅
を固定時間τｆに等しく設定し、画像信号の信号
間隔を可変時間τｃに従つて変化させればよい。
具体的には、例えば、画像情報をコンピユーター
のメモリーにインプツトし、適当なプログラムに
より、ラインごとの画像情報を、信号間隔が、可
変時間τｃに従つて変化するように再配列したも
のをアウトプツトし、これをＤ―Ａ変換したもの
を用いればよい。

第５図に、本発明を実施するための、回路構成
の１例を示す。図において、符号５１はカウンタ
ー、符号５２は固定記憶手段としてのROM、符
号５３は、Ｄ―Ａ変換回路、符号５４は発振回
路、符号５５はシフトレジスター、符号５６は混
合器、符号５７は高周波発振器、符号５８はドラ
イバー回路をそれぞれ示している。

説明の具体性のため、走査領域S.R（第１図）
の長さを210mmとし、記録ビツト数を1680ビツト
とする。すると画素領域長は、0.125mmとなる。

これを、レーザービームL.Bの偏角領域−28゜
＜θ＜＋28゜で走査するものとする。

1680の画素領域にそれぞれ番号をふり、これを
記録ビツト番号とよぶ。この番号のふり方は、走
査領域S.Rの両端部の画素領域を０とし、走査領
域の中央部へ向つて、１づつ番号を増加させてい
く。

すると、走査領域S.Rの中央部においては、記
録ビツト番号839を有する画素領域がならぶこと
になる。

次に、記録ビツト番号０の画素領域に対し、凾
数値cos²28゜＝cos²（−28゜）を対応させ、記録
ビツト番号839の画素領域に対し、凾数値cos²0゜
を対応させ、他の画素領域についても、これにな
らつて、cos²θの凾数値を画素領域ごとに対応さ
せる。

すると、記録ビツト番号の個々に応じて、cos²
θの、840の凾数値が定まる。

これら、840の凾数値は、その記録ビツト番号
と対応して、ROM５２に記憶される。記憶され
た凾数値の個々を、記憶量と称する。

カウンター５１は、1024進のアツプダウンカウ
ンターである。

さて、第１図において、レーザービームL.Bが
光検知素子８に検知されると、その出力は増幅さ
れて、走査同期信号となり、発振回路５４を介し
て、カウンター５１に印加され、カウンター５１
はクリヤーされて、“０”となり、“０”に対応す
る出力がROM５２に印加される。

すると、ROM５２は、記録ビツト番号０に対
応する記憶量すなわち凾数値cos²28゜に対応する
信号コードを出力し、Ｄ―Ａ変換回路５３に印加
する。Ｄ―Ａ変換回路５３では印加された信号を
アナログ信号に変換して、このアナログ信号を発
振回路５４に印加する。

さて、発振回路５４は、第６図に示すように上
記走査同期信号T.Pを印加されると、ワンシヨツ
トフリツプフロツプMM―１がトリガされ、その
出力は固定時間τｆの間だけ論理値“１”とな
る。この論理値“１”の状態において上記アナロ
グ信号のサンプルホールドがなされる。一方、発
振回路５４からの、パルス幅τｆのパルス信号は
画像情報が入力されているシフトレジスター５５
に印加され、シフトレジスター５５は、入力され
ている１ライン分の画像情報の、記録ビツト番号
０の信号を、パルス幅τｆで出力する。シフトレ
ジスター５４としては、例えばBBD（バケツ
ト・ブリゲート・デバイス）やCCD（チヤー
ジ・カツプルド・デバイス）等アナログシフトレ
ジスターを考えることができる。

さて、発振回路５４は、入力電圧により発振周
波数がコントロールされるようになつており、上
記ワンシヨツトフリツプフロツプMM―１が論理
値“１”から“０”に変るとき、ワンシヨツトフ
リツプフロツプMM―２がトリガされ、論理値
“１”を出力する。ワンシヨツトフリツプフロツ
プMM―２の出力が論理値“１”で出力される時
間は、先にサンプルホールドされたアナログ信号
の電圧レベルに比例する。

換言すれば、ワンシヨツトフリツプフロツプ
MM―２からの出力パルスのパルス幅は、ROM
５２の記憶量であるcos²θの、記録ビツト番号に
対応する凾数値に対応し、τ＝τｆ＋τｃのcos²
θ特性をτｃを変化させて得るように記憶量は設
定されている。

ワンシヨツトフリツプフロツプMM―２の論理
値が“１”から“０”に変るとき、信号が生じ、
この信号は一方において、ワンシヨツトフリツプ
フロツプMM―１をトリガし、他方において、カ
ウンター５１のカウント数を１だけ増加する。す
ると、今度は、ROM５２から、記録ビツト番号
１に対する記憶量が出力し、アナログ信号化さ
れ、サンプルホールドされ、ワンシヨツトフリツ
プフロツプMM―１からの出力パルスにより、シ
フトレジスター５５から、記録ビツト番号２の信
号がパルス幅τｆで出力される。

このプロセスは順次繰返されるが、カウンター
５１が、……，「837」，「838」とカウントし
「839」をカウントすると、カウンター５１はダウ
ンカウントモードに切換られ、以下、順次
「839」，「838」，「837」……とカウント数が変化す
るに従い、記録ビツト番号「839」，「838」，
「839」……に対応する記憶量が順次、ROM５２
から取り出され、カウンターが「０」をカウント
すると、シフトレジスター５５から、ライン最後
の、信号が出力される。このように、アツプダウ
ンカウンターを用いうるのは、凾数cos²θの対称
性に依つている。

さて、シフトレジスター５５から出力した信号
は、混合器５６に印加され、混合器５６に加えら
れる高周波電圧をAM変調する。AM変調された
高周波信号は、ドライバー回路５８を介し、画像
信号として、AO変調素子３（第１図）に印加さ
れる。

第６図に、画像信号の１例を、ワンシヨツトフ
リツプフロツプMM―１，MM―２の出力との関
係において示す。

以上、本発明によれば、―θ集束レンズ系を
用いない記録方式において、階調性を有する画像
を、濃度の不均一なく、記録再生しうる、レーザ
ービーム変調方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来知られている、レーザービーム
記録装置の典型的１例を示す斜視図、第２図乃至
第４図は、本発明を説明するための図、第５図
は、本発明を実施するための、回路構成の１例を
示す図、第６図は、本発明を説明するための図で
ある。 L.B…レーザービーム、７…感光体、３…AO
変調素子。

Claims

【特許請求の範囲】１レーザービームを、感光性の記録媒体の非飽
和応答領域で、画像信号に応じて、強度変調し、
定平面内で、定角速度ωで周期的に偏向させ、上
記記録媒体上に直線的に書出走査する記録方式に
おいて、レーザービームの強度変調における１画
素記録時間τを、記録用時間である固定時間τｆ
と、非記録用時間である可変時間τｃとの和とし
て構成し、上記１画素記録時間τを、レーザービ
ームの偏向角ωｔ（θｏ≧ωｔ≧−θ_１）に応じ
て、cos²ωｔに従つて変化させ、かつ、走査ライ
ン上で画像濃度が可及的に均一化されるように、
上記固定時間τｆを設定することを特徴とする、
レーザービーム変調方法。２特許請求の範囲第１項において、cos²ωｔの
関数値に対応する量を記録ビツト番号と対応させ
て、固定記憶手段にデジタル的に記憶させ、この
固定記憶手段からの出力信号をＤ―Ａ変換回路に
より、アナログ信号化し、上記アナログ信号のレ
ベルにより周波数が変動する発振回路により、固
定時間τｆをパルス幅として有するパルスＦと、
上記レベルにより変動する可変時間τｃをパルス
幅とするパルスＣとを交互に発生させ、カウンタ
ー回路により上記パルスＣを利用して記録ビツト
番号をカウントし、カウンター回路の出力によ
り、カウントされた記録ビツト番号に応じた記録
量を上記固定記憶手段から出力させ、画像情報信
号を入力されたシフトレジスターをパルスＦによ
り駆動し、１画素分の信号をパルスＦと同時間幅
で出力させるようにし、走査同期信号によつて、
上記カウンター回路を起算アドレスへセツトする
ようにしたことを特徴とする、レーザービーム変
調方法。