JPS6235765A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ビームの走査により画像を記録するように
した画像記録装置に関する。

〔従来技術〕

この種の画像記録装置は、レーザ光源等の光源から出射
したビームを記録信号に応じて変調させて回転多面鏡（
ポリゴンミラー）に入射させ、その回転多面鏡の反射面
により水平方向に走査（主走査）して、記録媒体上に入
射させ、記録するように構成されている。

ところで、走査手段としての回転多面鏡には、その回転
軸に対する各反射面の平行度の誤差、つまり倒れ角誤差
があり、この誤差により主走査のビ、７チにムラが発生
するとという問題がある。

そこで、倒れ角誤差をほとんど持たないような高精度な
回転多面鏡を使用すれば問題は解決されるが、この場合
は回転多面鏡に要求される性能が非常に厳しく、許容さ
れるピッチムラ及び倒れ角は、２値画像を記録する場合
はピッチムラを２０μｍに抑えるとすると、ｆ　”３０
０　ｍで約７秒程度となり、コストを考慮するとほぼ限
界である。また、階調画像を記録する場合は、ピッチム
ラを１μｍ以下に抑える必要があり、倒れ角誤差は０．
５秒以下となり、技術的にほぼ不可能である。

また、別の方法として走査手段としてガルバノメータミ
ラーを使用することも考えられるが、これは１枚のミラ
ーを往復回転運動させることにより走査を行うものであ
り、原理的に倒れ角誤差は発生しないが、走査速度が回
転多面鏡に比較して遅く、走査角を回転多面鏡に比較し
て広くとることができず、更にジッタが大きく場合によ
ってエンコーダを使用する必要がある。更にこのガルバ
ノメータミラーも倒れ角に類似したウォブルと呼ばれる
誤差を持っており、特に階調画像においては、これが悪
影響を及ぼす。

そこで、従来では、上記した倒れ角誤差を補正するため
に、第１１図に示すように、集光手段としてのｆθレン
ズ５１と記録媒体（図では感光体を示した。）５２との
間に長尺状のシリンドリカルレンズ５３を主走査方向に
配置し、更に記録媒体５２に集光する光スポットをほぼ
円形状にするために回転多面鏡５４のビーム入射側の光
路にもシリンドリカルレンズ５５．５６を配置して光学
系を構成していた。５７はレーザ光源、５８．５９はビ
ームエキスパンダ、６０は超音波光変調器、６１〜６３
はミラーである。

しかし、この第１１図に示した構成による補正方法は、
補正用光学系が高価であり、特に長尺タイプのシリンド
リカルレンズは高価である。また、この方法で補正され
る像面が第１２図に示すように湾曲（点線で示す。）し
ており、主走査面の全てに亘って完全に倒れ角補正を行
うこうとはできない。この像面湾曲の程度は、光学系に
よって異なるものの、通常はその走査端で３〜４１１程
度、結像面６４との間で開きＸが生じ、階調画像におい
ては、この程度の湾曲であっても、倒れ角誤差によるピ
ッチムラとして視覚上認識される。更に、この補正方法
では、補正用シリンドリカルレンズ５３が通常、結像面
６４の比較的近傍に配置されることが多く、このためビ
ームが小さな径でそのシリンドリカルレンズ５３に入射
するので、そのレンズ５３上のホコリ等の影響を受は易
く、画質の劣化につながり、コスト低減のためにプラス
チックのレンズを使用するとこの影響は一層顕著となっ
ていた。また、シリンドリカルレンズの配置調整におい
ても、回転多面鏡のビーム入射側の光路のシリンドリカ
ルレンズ５５．５６は光軸を中心しとた回転調整が難し
く、回転多面鏡のビーム出射側のシリンドリカルレンズ
５３も光軸方向の調整が困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、その目的
は、非常に簡単で安価に、倒れ角誤差によ北ピッチムラ
の目立たない良質な画像を記録することができるように
した画像記録装置を提供することである。

〔発明の構成〕

このために本発明は、複数回の走査によって１つの画素
を形成するようにしたことを特徴としている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第１図はその
第一実施例の記録光学系を示すもので、１はレーザ光源
であり、この光＃１から出射したビームは、ビームエキ
スパンダ２により然るべきビーム径に整形され、超音波
光変調器（以下、ＡＯＭと称する。）３に入射する。

このＡ　ＯＭ　３は、そこに入力される情報電気信号に
応じて入射光の強度を変調するもので、その変調帯域Δ
ｆは、入射ビーム径によって、次の式により表される。

Δｆ　＝　０．５４　Ｘ　ｖ／ｄ　　　　　　　　　　
　　　−（１１、・、　ｖ：超音波の伝搬速度 ｄ：入射ビーム径 ＡＯＭ３によって変調を受けた光ビームは、次のビーム
エキスパンダ４によって平行光に変換される。ここで、
ビームエキスパンダ２と４は、ビーム拡大系を構成して
おり、レーザ光源１を出射したビームは、この２個のレ
ンズによってビーム径を拡大される。

そして、ビームエキスパンダ４から出射したビームはミ
ラー５で反射され、回転多面鏡（例えばポリゴンミラー
）６に入射して水平方向く主走査方向）に走査され、ｆ
θレンズ７に入射する。このｆθレンズ７は、入射角度
に比例した位置にスポットを結像させる作用をもつレン
ズで、これにより、回転多面鏡６の回転角度に比例した
等速走査を行うことができる。ここで、像高さｌは、１
！＝ｆ×θ　　　　　　　　　　　　　　・・・（２）
、’、ｆ：焦点距離 θ：人射角度 となる。

結像面８には、感光性のフィルム、ドラム状の感光体等
の記録媒体（本実施例では感光性フィルム）が設置され
、この結像面８の記録媒体が第１図における紙面と垂直
方向に移動することによって副走査が行われる。

記録媒体の移動速度（副走査速度）は、従来では１回の
主走査の間にその副走査方向の画素サイズに相当する距
離分だげ移動させる速度とされていたが、本実施例では
回転多面鏡６が１回転する間に副走査方向の画素サイズ
の分だけ移動するような速度に設定している。

ここでいう副走査方向の画素サイズとは、副走査方向の
記録長さ 副走査方向の画素数 のことで、副走査方向の画素ビ・ソチと等しい値となっ
ている。

ここで、回転多面鏡６の回転数をＰ　（ｒｐｍ）、反射
面数をｎ、副走査方向の画素サイズをＡ（ｍｓ）、副走
査速度をｖ　（ｍｕ　／　５ｅｃ）としたとき、従来で
は、副走査速度■が、 ■＝−・　ｎ−Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（３）と定められていたが、本実施例
では、 Ｖ−一・Ａ　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
としている。

つまり、本実施例では、１つの画素に対応するデータに
よって変調された光ビームを、回転多面鏡が１回転する
間、少しずつずらせた位置に複数回重ねて照射するよう
にしている。本実施例において、記録媒体を照射する光
スポツト径は、副走査方向の画素ピッチにほぼ等しいか
小さく、走査ピンチよりも太き（選ばれている。第２図
に一例として、スポット径・（この例では、画素サイズ
の半分−走査ピッチ×４・・・となっている。）、副走
査方向の画素サイズ、主走査方向の画素サイズ、走査ピ
ッチの関係を図示した。

第３図に回転多面鏡６の反射面を８面とし、８凹条重走
査を行う場合の回路構成を示し、第４図にその際のタイ
ミングチャートを示す。

第１図における結像面の主走査幅の最外側には光検出器
９が配置され、ここで情報の記録開始位置を制ｔｉｌｌ
するための水平同期信号が検出され、同期信号検出回路
１０において増幅・波形整形された後に、タイミングゼ
ネレータ１１に入力する。

このタイミングゼネレータ１１は、人力同期信号に同期
して画素（水平方向、即ち主走査方向）クロックを生成
すると共に、予め定められた１画素を構成するのに必要
な走査回数に応じてデータ切換回路１２．１３を切換制
御する。

画素クロックは、データ制御部１４、メモリを内蔵する
第一、第二のラインバッファ回路１６．１７、及びサン
プルホールド回路１８に入力して、データの読み出し、
ラッチを行う。また、データ切換回路１２．１３は、１
ライン分の多重走査回数（本実施例では８回）ごとに切
り換えられる。

データ切換回路１２と１３とは、常にラインバッファ回
路１６と１７の異なる側を選択しており、図示のように
一方のラインバッファ回路１７に蓄えられたデータを記
録信号として送出している際には、他方のラインバッフ
ァ回路１６にはデータ制御部１４からルックアンプテー
ブル回路１５を介して送られたデータの書き込みが行わ
れる（第４図参照）。これにより、１画素を形成する複
数回の走査に際して、同じデータが供給されることにな
る。即ち、１ライン形成は、同じ画素データ郡（行）を
用いて複数回の走査によって行われる。

ラインバッファ回路１７で読み取られたデータは、サン
プルホールド回路１８を介してＤ／Ａ変換回路１９に送
られる。そして、Ｄ／Ａ変換回路１９から出力するアナ
ログ信号は、増幅器２０、ＡＯＭ駆動回路２１を経由し
てＡＯＭ３に送られ、ここで前述したように光ビームの
変調が行われる。

第５図（ａ）は従来の記録装置により記録した画像の副
走査方向の濃度パターンを示すものである。

回転多面鏡の倒れ角誤差の影響により、走査ビームの位
置が副走査方向に変動し、これにより濃度パタン−が周
期的に変化し、ピッチムラの原因となっていることがわ
かる。このピッチムラは、回転多面鏡の１回転おきに発
生するもので、図示したものは４個の反射面をもつのち
についてであるが、通常は０．３〜１．Ｏｎ程度の周期
となり、視覚上非常に目立ち易い。

第５図（ｂ）は本実施例の装置により記録した画像の副
走査方向の濃度パターンを示すものである。

倒れ角誤差による濃度ムラの周期は、画素サイズと等し
くなり、もはやピッチムラとは呼べなくなっている。し
かも、濃度ムラの周期は通常０．１　＋ｎ以下となり視
覚上は全く問題が無くなる。

だだ、本実施例では、ＭＴＦ　（変調伝達関数）の劣化
の問題がある。この原因には、倒れ角の影響による線の
太りと多重走査によるエツジのボケの２つが考えられる
。第６図は１画素おきに白黒（Ｏｌ・）パターンを記録
したときの濃度パターンのようすを示したものである。

この図がら明らかなように、同じスポット径で照射され
たときには、１画素に１走査を対応させた従来例による
場合（点線で示す。）と比較して、本実施例では明らか
に線の太りが生じる。

しかし、スポット径（副走査方向の径）を小さくするこ
とによりこの線の太りはかなり減少させることができ、
スポット径を小さくすると従来問題となっていた走査線
ごとの濃度ムラもほとんど問題とならない。これは、副
走査方向の画素サイズに比較してスポット径を小さくし
ても、依然として走査ピッチよりも充分大きいという関
係が維持できるからである。

以上の説明は主に階調画像を記録する場合を対象とした
ものである（階調画像記録の方がはるかに効果が大きい
）が、２値画像においても以下のような利点を有する。

第７図はその様子を示したもので、（ａ）は倒れ角誤差
のない場合の文字ドツトパターン、［ｂｌは倒れ角誤差
のある場合（最大で２画素程度）のドツトパターン、（
Ｃ）、（ｄ）は同様の場合で多重走査によって出力した
文字ドツトパターンを示すものである。

第７図（Ｃ）は、多重走査中の副走査速度が、次の画像
データを記録するために移動する際の副走査速度に比較
し、極めて小さい場合（間欠搬送）を示し、第７図（ｄ
）は連続的に副走査（即ち、記録媒体の搬送速度）の場
合を示している。

第７図（Ｃ）、（ｄ）では副走査方向にドツトが拡大さ
れているが、（ｂ）に比較すれば、文字としての認識が
より容易であることがわかる。第７図（ｄ）の連続副走
査の場合は、スポット径の大きさとそのピッチの選び方
如何によっては、隣の画素の走査線同志がオーバーラツ
プすることもあり得る。

また、回転多面鏡には、ジッタと呼ばれるモータの回転
ムラがあり、これは１回転おきの成分が大きく、従来で
は第８図（ｂ）にみられるようなシフタが°観測される
ことが多かったが、本実施例のように１回転で１１画素
を形成するようにすれば、第８図（Ｃ１に示すように、
このような影響も主走査方向のボケとして吸収され、視
覚上それほど大きな障害とはならなくなる。

なお、上記した実施例において、副走査（記録媒体の搬
送）は連続続的に行われるようにしたが、断続的に行う
、つまり副走査方向の１画素分の搬送を行った時点で止
めてその位置で複数回走査して多重記録し、その記録が
完了した時点で再度１画素分搬送させるということも可
能である。

また、以上の説明は、回転多面鏡の１回転分の走査によ
り１画素を形成することによって、その回転多面鏡の倒
れ角誤差の影響が出ないようにしたものであり、このよ
うに回転多面鏡の反射面の数と多重走査回数との関係は
、「面数＝回数」がベストで、このときに倒れ角誤差に
よるピッチムラは原理的に存在しなくなる。ただし、例
えば８面の回転多面鏡を用いて４回多重走査を行った場
合でも、視覚上ではほとんど問題とならない。これは、
多重走査によりピッチムラの周期が細かくなったため（
８回多重ではその〃となる）である。

このように、１回転と１画素を対応させなくても倒れ角
誤差によるピッチムラの周期がＱＪｍｍ程度以下となる
ように構成すれば、ルーパ等で観察する場合を除き、視
覚上はほとんど問題なくなる。

倒れ角の周期が余り明確でないガルバノメータミラーに
ついても同様である。

第９図は第二実施例を示すもので、結像面８とｆθレン
ズ７との間に長尺状のシリンドリカルレンズ２２を配置
したものである。この位置は、厳密には、回転多面鏡６
の反射面と結像面８とが共役となるような位置とレーザ
光源１の発射口と結像面８とが共役となるような位置と
の間である。

レーザビームは、レーザの発射口付近、或いは光路途中
で微小角ながら光路を曲げられる傾向がある。これは、
レーザ管の温度による伸縮の差異、或いは風や熱対流に
よって空気中の屈折率が微小ながら変化することに起因
するもので、わずかなゆらぎでも画面を劣化させる。こ
の影響はレーザヘッドの違い、光学系の位置、或いは環
境等によって程度の違いがあり、また回転多面鏡の倒れ
角はど顕著ではないが不規則なピッチムラとなり、階調
画像においては視覚上大変見苦しいものとなる。

回転多面鏡付近でビームが副走査方向に曲げられた場合
、これは現象的には倒れ角誤差とほぼ等価であり、上記
した位置にシリンドリカルレンズ２２を配置することに
よってビームのゆらぎを補正し、ゆらぎによるピッチム
ラのない良質な画像を得ることができる。

ただ、ゆらぎが生じる場所は、光路中の全て（特に生じ
やすいのはレーザ出射口付近と回転多面鏡付近である）
であり、１個のシリンドリカルレンズ２２によってこれ
ら全てを補正できるものではない。

しかし、ビームのゆらぎの影響は、回転多面鏡の倒れ角
に比較して非常にわずかであり、仮に完全に補正できな
くても、視覚上は全く問題ない。

種々の位置で生じるゆらぎのうち、最も影響の大きいも
のが補正されるような位置に上記したシリンドリカルレ
ンズ２２を配置すれば良い。このような位置にシリンド
リカルレンズを配置したとき、倒れ角誤差が完全に補正
されないことは充分考えられるが、前述の多重走査の作
用により問題はない。以上のことより、シリンドリカル
レンズ２２の位置調整精度が必要ないこともわかる。

以上述べた現象は、副走査方向に関するものであったが
、同様な現象は主走査方向にも当然存在する。これはジ
ッタとして観測され、やはり画質の劣化につながる。

回転多面鏡を使用した走査系では、主走査周波数は２０
０Ｈｚ以上に選ばれることが多く、このときを効走査幅
を走査するのに要する時間は、有効走査率を６０％とす
ると、３ｍｓ以下となる。これに対して、ビームのゆら
ぎの周波数は２０〜３０Ｈｚ以下の成分がほとんどであ
る。従って、走査開始位置で正確に同期信号との同期が
とれていれば、終端までの間に主走査方向にビームのゆ
らぎが生じたとしても、その影響はほとんど考慮しなく
て済む。

また、この第９図に示すようにシリンドリカルレンズ２
２を配置すれは、ＭＴＦ特性の向上にも資する。回転多
面鏡６で反射されたビームに対するレンズの作用は、主
走査方向と副走査方向とで異なり、結果として結像面８
に形成されるスポット形状は、主走査方向に長（、副走
査方向に短い（画素サイズよりはなり小さい）楕円形状
となる。

このため、副走査方向のＭＴＦは拡大に向上する。

しかも、走査ピッチに比較すれば、副走査方向のスポッ
ト径は大きく、従来方法で問題となっていた「スポット
径を小さくするとと走査線ごとの濃度ムラが生じるため
、ＭＦＴを犠牲にせざるを得ない。」ということも全（
心配いらなくなる。また、完全ではないにしろ、ある程
度の倒れ角補正効果を持つため、前記実施例で問題とな
っていた倒れ角による線の太りも解消される。

従来において問題となっていた長尺状のシリンドリカル
レンズを使用することは、前述の実施例に比較して劣る
ところであるが、画質的にはその前述の実施例のものよ
り優れており、画像記録装置の目的や用途によって使い
分けられるべきものである。

ここで、この第９図に示した実施例の利点をまとめると
、■ビームのゆらぎの影響をシリンドリカルレンズ２２
によって補正できる、■倒れ角誤差の補正もある程度行
われるので走査線の太りが生じない、■副走査方向のス
ポット径を小さくしても走査線ごとの濃度ムラが生じな
い、■回転多面鏡へのビームの入射側の光路のシリンド
リカルレンズを省くことができる、■長尺状のシリンド
リカルレンズを使用するが位置調整の精度が要求されな
い、■倒れ角誤差のかなり大きな回転多面鏡であっても
使用可能である、等である。■と■はＭＴＦ特性の向上
をも意味する。

第１０図は第三実施例を示すもので、結像面８とｆθレ
ンズ７との間のシリンドリカルレンズ２２に加えて、回
転多面鏡６のビーム入射側の光路にもシリンドリカルレ
ンズ２３．２４を介挿させたものである。

この実施例によれば、副走査方向のスポット径をある程
度大きくすることができ、結像面８での焦点深度を大き
くすることができる。光学系の構成は第１１図に示した
従来の例と同じとなるが、画質が向上すること及び回転
多面鏡６から出射する側のシリンドリカルレンズ２２の
位置調整が容易となった点が特徴がある。他については
、第９図に示した実施例と同様である。

ここで、走査ピッチＰＳｓ画素ピッチＰＩ１、記録媒体
に照射されるレーザビームのスポット径Ｓ及び多重回数
ｎの関係について説明しておく。本発明は、複数回の走
査によって１個の画素を形成するようにしたものであり
、主走査方向のピッチ（＝画素サイズ）は副走査方向の
画素サイズと等しく選ばれており、走査ピッチの多重回
数倍になっており、副走査を連続させる場合は、ｎＸＰ
ｓ　＝ｐＨ１−（５） なる関係がある。また、スポット径Ｓは画素ピッチＰ０
と等しいか或いは小さく、走査ピッチＰｓよりも大きい
ことが望ましい、つまり、ｐ、＝ｓ＞ｐ、　、或いはＰ
Ｄ＞Ｓ＞Ｐｓ　　・・・（６）なる関係か望ましい。

さらに望ましくは、通常の画像を対象とする場合は、 Ｐａ≧Ｓ≧ｏ、ｓＰＤ 程度、特に画像のエツジ部でのボケを抑える必要のある
場合は、 ０．５Ｐ！ｌ≧Ｓ≧２　Ｐｓ　＝２／ｎ　　−Ｐｏ　　
　　・・・（７）なる関係において良好な画像が得られ
ている。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、多重走査を行って１画素を形成
するようにしたので、回転多面鏡の倒れ角誤差によるピ
ッチムラを効果的に補正することが可能となり、簡単な
構成で良質な画像を記録することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の階調画像記録装置の光学
系を示す図、第２図は副走査方向の走査説明図、第３図
は同実施例の装置の回路ブロック図く第４図は同実施例
の装置のタイミンクチャート、第５図は記録時の副走査
方向の濃度パターン特性図を示すもので、（ａ）は従来
の場合、（ｂ）は第一実施例による場合、第６図は１画
素おきに白黒パターンを記録した場合の濃度パターンを
示す特性図、第７図は文字ドツトパターンの記録結果を
示すもので、＋ａ）は倒れ角誤差のない正常な場合、（
ｂ）は倒れ角誤差のある場合、（Ｃ）、（ｄ）は本実施
例の多重走査による場合、第８図はジッタ説明図、第９
図は第二実施例の光学系を示す図、第１０図は第三実施
例の光学系を示す図、第１１図は従来の光学系を示す図
、第１２図は第１１図による倒れ角誤差補正の説明図で
ある。 １・・・レーザ光源、２．４・・・ビームエキスパンダ
、３・・・ＡＯＭ、・・・５・・・ミラー、６・・・回
転多面鏡、７・・・ｆθレンズ、８・・・結像面（記録
媒体面）、９・・・光検出器、１０・・・同期信号検出
回路、１１・・・タイミングゼネレータ、１２．１３・
・・データ切換回路、１４・・・データ制御部、１５・
・・ルックアップテーブル、１６．１７・・・ラインハ
゛ツファ回路、１８・・・データ変換回路、１９・・・
サンプルホールド回路、２０・・・Ｄ／Ａ変換回路、２
１・・・増幅器、２２・・・ＡＯＭ駆動回路、２３〜２
５・・・シリンドリカルレンズ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）、記録信号に応じて強度を変調された光を偏向走
   査する走査手段により、記録媒体に対して画像を記録す
   る画像記録装置において、 複数回の走査によって１つの画素を形成するようにした
   ことを特徴とする画像記録装置。
2. （２）、上記複数走査の光スポットの径が、上記形成さ
   れる画素のピッチと等しいか或いは小さく、且つ上記複
   走査の走査ピッチよりも大きいことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の画像記録装置。
3. （３）、上記光スポットの径が、上記画素ピッチとほぼ
   等しいか小さく、且つ上記画素ピッチの１／２と等しい
   か大きい範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の画像記録装置。
4. （４）、上記走査手段と上記記録媒体との間に集光手段
   が配置され、該集光手段と上記記録媒体との間にシリン
   ドリカルレンズが配置されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至３項記載の画像記録装置。
5. （５）、上記走査手段の上記変調された光の入射側の光
   路にシリンドリカルレンズが配置されいていることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載の画像記録装置。