JP2549012B2 - 画像記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザを光源による画像記録装置に関し、
特にｆθレンズの特性による主走査画素記録密度むらの
改良に関する。

従来の技術 レーザを光源とする画像記録装置は、ポリゴンミラー
等によって一次元方向に偏向されたレーザビームによ
り、フィルムなどの記録担体を主走査すると共に、記録
担体を主走査方向と直交する方向（副走査方向）に相対
的に移動して、記録担体を二次元的に走査し画像情報の
記録を行う。

このような装置において、結像レンズとしては一般に
ｆθレンズが用いられる。このｆθレンズによって記録
担体上にビームスポットを形成し、ガスレーザならAOM
等の変調器を用いて、レーザダイオードなら直接に変調
されたレーザビームで、記録担体上に画像を記録する。

レーザビームの変調は、レーザビームが主走査始点検
出センサを通過した後、一定周波数の基準クロックと画
像信号とに基づいて作成した網点信号により行われる。

さて、主走査方向の、ビーム偏向装置にポリゴンミラ
ー等の反射平面が定角速度運動する偏向器を用い、結像
レンズとしてｆθレンズを用いた場合、記録担体上の結
像面のビームスポットの走査速度は一定となる。すなわ
ち、一定の周波数の基準クロックで、結像面にある記録
担体に画像を記録した場合、画素記録密度は主走査方向
どの位置でも一定となり、主走査方向にむらのない画像
記録ができる。

次にこのことを、式を用いて説明する。ｆθレンズの
ビーム入射角θと像高ｘの関係は次式で与えられる。

ｘ＝ｆ・θ …（１） 上式を時間微分すると、 dx/dt＝ｆ・ｄθ/dt …（２） となる。この（２）式において、左辺は像面のビーム走
査速度に相当し、右辺のｄθ/dtは、ｆθレンズに入射
するビームの入射角θの時間的変化、つまり角速度を示
す。

ポリゴンミラーの角速度が一定とすると、主走査方向
焼付け有効領域では、ｄθ/dtも一定となるため、走査
速度dx/dtも一定となる。これによって、主走査方向に
むらのない画像記録が達成される。

発明が解決しようとする課題 ところで、近年、ｆθレンズに対する要求として、有
効領域全域で結像スポット径を小さくして画像記録密度
を上げると共に、走査角度を大きくして画像記録の行え
る有効領域をより広く取ろうとする要求がある。

このような要求を優先してｆθレンズを設計した場
合、一方でｆθ特性がいく分犠牲になるという問題が生
じる。即ち、第（１）式で示した入射角θと像高ｘの関
係が十分に満たされなくなるために、たとえポリゴンミ
ラーが安定に回転したとしても、結像面上でのビームス
ポットの走査速度が一定でなくなってしまい、主走査方
向において画像記録密度にむらが生じてしまうのであ
る。

本発明はこのような点に鑑み、レンズ設計の際に犠牲
となるレンズのｆθ特性を電気的処理で補正し、安価
で、広い有効走査領域にわたって画素密度のむらなく、
かつ高精細に画像記録を行うことのできる有効な画像記
録装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、レーザ光源から
発されたレーザビームを画像信号と基準クロックとに基
づき変調する変調手段と、変調されたレーザビームを主
走査方向に走査する第１の走査手段と、前記レーザビー
ムを結像して記録担体表面にビームスポットを形成する
ためのｆθレンズ（必ずしもｆθ特性が良好でなくて
も、この種の平面走査用レンズは一般にｆθレンズと呼
ばれており、本明細書でもそれに従っている。）と、記
録担体を主走査方向と直交する方向に相対移動させるた
めの第２の走査手段と、ｆθレンズの特性に起因したビ
ームスポットの主走査速度の変化に対応して、前記変調
手段に加える基準クロックの周波数を制御する周波数制
御手段と、１回の主走査の度にレーザビームの主走査開
始位置と基準クロックの発生開始時期とを同期させる同
期手段と、を備え、前記周波数制御手段は、１ワードｎ
ビット（ｎは２以上の整数）のラインメモリと、D/A変
換器と電圧制御発振器とからなり、ラインメモリには、
ｆθレンズへの所定の入射角毎に１アドレス・１ワード
として、各ワード毎にｆθレンズの結像面上での主走査
速度に関連した値がｎビットのデータとして記憶されて
おり、各主走査開始後のｆθレンズの入射角に比例した
アドレス指定信号により、前記ラインメモリから読み出
されるｎビットデータをD/A変換器でアナログ量に変換
すると共に、電圧制御発振器でアナログ量に比例した周
波数の基準クロックを作成することを特徴としている。

又、上記画像記録装置は、更に、基準クロックの周波
数に比例したアナログ電圧を得るアナログ電圧発生手段
と、このアナログ電圧を主走査方向の対応する位置にお
ける画像信号に乗算する乗算処理手段とを備え、乗算処
理手段から得た信号でレーザビームの強度を変化させる
ことを特徴としている。

作用 ｆθレンズの結像面において主走査速度がどのように
変化するかは、前もってわかっている。従って、予めラ
インメモリに、ｆθレンズの所定の入射角毎に１アドレ
ス・１ワードとして、各ワード毎にｆθレンズの結像面
上での主走査速度に関連した値をｎビットのデータとし
て記憶することができる。そして、このラインメモリか
ら一定時間おきに１ワードずつｎビットのデータを読出
し、D/A変換器でアナログ量に変換して後、電圧制御発
振器にてアナログ量に比例した周波数の基準クロックを
発生させる。この場合、同期手段にてレーザビムーの１
回の主走査の度に基準クロックの発生開始時期と、レー
ザビームの主走査開始時期を同期させれば、記録担体表
面上で、主走査速度の速いところでは基準クロックの周
波数が高く、主走査速度の遅いところでは基準クロック
の周波数を低くすることができる。その結果として記録
担体表面に形成される主走査ピッチが主走査方向全域に
わたって均一となる。

実施例 第１図は本発明に係る画像記録装置の一実施例の全体
構成を示す図である。この装置は主走査用の第１の走査
手段としてポリゴンミラーを備えた製版用スキャナであ
る。図中に示すＸ方向、Ｙ方向が夫々主走査方向、副走
査方向に相当する。製版用スキャナでは画像信号に網点
変調をかけて出力するのが通例であるため本明細書もそ
れに従って記述する。しかし、連続階調出力の画像記録
装置にも本発明を適用できる。レーザ光源１で発生した
レーザビームLBは、変調手段としてのAOM（音響光学変
調器）２へ入射される。AOM2は網点信号発生装置３より
レーザビームLBをON/OFF変調する網点信号が入力されて
いる。

AOM2によってON/OFF変調されたレーザビームLBは、ａ
方向に等速回転しているポリゴンミラー４のミラー面に
入射される。ポリゴンミラー４のミラー面から反射され
るレーザビームLBは、ポリゴンミラー４の回転に伴って
Ｘ方向に周期的に偏向される。偏向後のレーザビームLB
はｆθレンズ５を通ってその結像面位置に設けられた感
光材６上にビームスポットとして結像する。感光材６は
ｂ方向に回転駆動されるドラム７に被着されている。前
記ポリゴンミラー４の回転とドラム７の回転とにより、
レーザビームLBは、感光材６表面に二次元画像を記録す
る。

前記ドラム７の一側であって主走査方向Ｘの開始点側
には、レーザビームLBの主走査開始位置を検出するため
のスタートセンサ８が設けられている。

前記ｆθレンズ５は、ｆθ特性をいく分犠牲にするこ
とによって、有効走査領域で結像スポット径を小さくし
て画像を高精細にし、かつ有効走査領域を広くするよう
設計されている。そのため、このｆθレンズ５の入射角
θと像高ｘの関係が第２図（ａ）に実線で示すようにリ
ニアになっていない（破線は理想的なｆθレンズの特性
を示している。）。

尚、ｆθレンズ５で結像されたビームスポットがスタ
ートセンサ８で検出される時刻をｔ＝０とし、その時の
入射角をθ＝０とすれば、入射角θと時間ｔとは一対一
に対応するので、第２図（ａ）の、横軸は時間軸で表し
ている。又、像高ｘはスタートセンサ８の位置を原点と
すれば、主走査方向の座標ｘと同じなので、縦軸は主走
査方向Ｘの座標ｘで表している。

ところで、上記のようにｆθ特性として時間ｔと主走
査方向座標ｘとがリニアになっていないと、そのｆθレ
ンズ５で結像されたビームスポットの感光材６上での主
走査速度Ｖ（ｔ）（＝dx/dt）は、第２図（ｂ）の実線
で示すように刻々変化することとなる。

今、AOM2を変調するための基準クロックの周波数をfd
（ｔ）、AOM2によるレーザビームのON/OFF変調によって
感光材６上に記録される主走査のピッチをΔＰ（ｔ）、
ビームスポットの感光材６上での主走査速度をＶ（ｔ）
とすると、 ΔＰ（ｔ）＝K₁・Ｖ（ｔ）/fd（ｔ） …（３） なる関係が成立している。但し、K₁は定数である。この
関係式において、主走査速度Ｖ（ｔ）は第２図（ｂ）に
示したように時間ｔと共に変化するので、本発明の主題
である主走査ピッチΔＰ（ｔ）を一定にするには、第２
図（ｃ）に示すように基準クロックの周波数fd（ｔ）が
主走査速度Ｖ（ｔ）と比例的に変化するものでなければ
ならない。

網点信号発生装置３は、基準クロックの周波数fd
（ｔ）をこのような条件を満たすように変化させる回路
を含むもので、その詳細を第３図に示す。図に示すよう
に網点信号発生装置３は、基準クロック発生回路９と網
点信号発生回路10とから成っている。基準クロック発生
回路９は、アドレスカウンタ91、ラインメモリ92、D/A
変換器93、ローパスフィルタ94及び電圧制御発振器（以
下、VCOと略す。）95から成っている。

アドレスカウンタ91は、スタートセンサ８によるビー
ムスポット検出信号が入力されるのを開始条件として、
以後、図示しないクロック発生器から出力される一定周
波数のクロックパルスを順次カウントし、そのときのカ
ウント値をラインメモリ92のアドレス指定信号として出
力する。この時、ポリゴンミラー４は定角速度運動をし
ているので、前記カウント値すなわちアドレス指定信号
は入射角θに比例した値となっている。アドレスカウン
タ91のカウント値がライメモリ92のワード数と同数にな
るとカウントを終了する。そして、次にスタートセンサ
８からのビームスポット検出信号が入力されると、アド
レスカウンタ91をリセットして、再びカウント動作を繰
り返す。

ラインメモリ92は、１ワードｎビットのメモリで、こ
れにはｆθレンズ５への所定の入射角毎に１アドレス・
１ワードとして、各ワード毎にｆθレンズ５の結像面上
での主走査速度Ｖ（ｔ）に関連した値がｎビットのデー
タとして記憶されている。第４図はメモリ92にどのよう
な内容を記憶するかを示している。第４図（ａ）はｆθ
レンズ５の有効入射角に対する結像面上での主走査速度
Ｖ（ｔ）を示す図である。有効入射角とはｆθレンズ５
によって決まる有効走査領域を走査するために必要とさ
れる範囲の入射角をいう。尚、この図は、第２図（ｂ）
の横軸を時間から入射角θに変更しただけであり、実質
的に第２図（ｂ）と等価な図である。第４図（ａ）にお
いて、有効入射角をラインメモリ92の全ワード数で区切
り、各区画の例えば左端の速度Vi（ｉ＝１…ｍ）を予め
求めておく。そして第４図（ｂ）に示すように区画の番
号に対応するアドレスに、その区画における主走査速度
Viに関連する値をｎビットの符号で記憶させている。

D/A変換器93は、前記ラインメモリ92から１ワード毎
に読出されるｎビットのディジタルデータをアナログ信
号に変換する回路である。

ローパスフィルタ94は、D/A変換器93の出力であるア
ナログ信号から高周波ノイズを除去するフィルタであ
る。

VCO95は、ローパスフィルタ94の出力信号に比例した
周波数の基準クロックDCを出力する回路である。この回
路95及び前記D/A変換器93、ローパスフィルタ94はいず
れも公知の回路である。

網点信号発生回路10は画像処理部101と網点信号発生
器102とドライバー103とから成る。画像処理部101は入
力機で得た画像信号を階調修正や色修正等の処理を行う
公知の回路である。網点信号発生器102は画像処理部101
で得た画像データを、基準クロック発生回路９から得ら
れる基準クロックDCによって２値化する回路である。ド
ライバー103は、網点信号発生器102から得られる網点信
号を高周波信号（例えば80MHzの搬送波）で振幅変調す
る回路である。このドライバー103より得た出力がAOM2
に加えられ、レーザビームLBをON/OFF変調する。この場
合、ON/OFF変調の周波数は基準クロック発生回路９から
得る基準クロックDCの周波数fd（ｔ）に等しい。

次に、上記構成の装置の動作を説明する。レーザ光源
１から発したレーザビームLBは、AOM2にて基準クロック
DCの周波数でON/OFF変調されて後、ポリゴンミラー４で
周期的にＸ方向に偏向され、ｆθレンズ５を通して感光
材６上に結像される。ここで、ｆθレンズ５は高精細で
有効領域は広いがｆθ特性をいく分犠牲にしたレンズを
用いている。又、基準クロック発生回路９をラインメモ
リ92に記憶した主走査速度Viに関するデータは、前記ｆ
θレンズ５のそれである。従って、感光材６上における
ビームスポートの主走査方向の速度は、第２図（ｂ）に
示すように時間の関数となっており、一定していない。

今、ビームスポットが主走査開始位置にあるスタート
センサ８で検出され、感光材６の左端から右端まで１ラ
インスキャンされる場合を想定する。ビームスピットが
スタートセンサ８で検出されることにより、基準クロッ
ク発生回路９のアドレスカウンタ91がカウント値をリセ
ットし、一定周波数のクロックに同期して０から順にカ
ウントし始める。アドレスカウンタ91の出力はアドレス
指定信号としてラインメモリ92に加えられ、ラインメモ
リ92のメモリ内容を１ワードずつ読出して行く。ライン
メモリ92は１ワードにｎビットの符号が記憶されている
ので、各ワードのビット信号はD/A変換器93にパラレル
に入力され、ここでアナログ信号に変換される。第４図
（ｃ）はレーザビームLBが１回主走査される間に得られ
るアナログ信号の変化を示している。

このアナログ信号はVCO95で基準クロックDCに変換さ
れ、網点発生器102に印加される。VCO95から得る基準ク
ロックDCの周波数の時間的変化は第２図（ｃ）に示す。
この周波数を時間ｔの関数としてfd（ｔ）で表す。この
周波数fd（ｔ）は第４図（ｃ）のアナログ信号と同様な
曲線であるし、ラインメモリ92のワード数を十分多くす
れば、ｆθレンズ５の結像面における主走査速度Ｖ
（ｔ）と相似形になる。このことは、第２図（ｂ）と第
２図（ｃ）との曲線が近似している点からも首肯でき
る。従って、ラインメモリ92のワード数を十分に多くす
ることにより、基準クロックDCの周波数fd（ｔ）は主走
査速度Ｖ（ｔ）との間で次の関係が成り立つ。

fd（ｔ）∝Ｖ（ｔ） …（４） fd（ｔ）＝K₂V（ｔ） …（４）′ 但し、K₂は定数である。

上記のようにして作成された基準クロックDCは網点信
号発生器102に与えられ、ここで、基準クロックDCを受
取る毎に画像処理部101から受取った画像信号を網点信
号に変換する。

次に、この網点信号をドライバー103を通じてAOM2に
加える。AOM2では網点信号によってレーザビームLBをON
/OFF変調する。この場合、網点信号の周波数は基準クロ
ックDCのそれに一致しているので、レーザビームLBは、
AOM2において基準クロック周波数fd（ｔ）によってON/O
FF変調される。このように、基準クロックの周波数fd
（ｔ）によって変調されたレーザビームが、ポリゴンミ
ラー４、ｆθレンズ５を通して感光材６に結像され、主
走査されるので、感光材６上に形成される主走査ピッチ
ΔＰ（ｔ）は、（４）′式を（３）式に代入することに
より得る。即ち となる。

上式の右辺のK₁,K₂は定数であるから、左辺のΔＰ
（ｔ）は時間に依存しない定数となる。つまり、このこ
とは、上記装置によれば、ｆθ特性を犠牲にしたｆθレ
ンズを用いても、感光材６上での主走査ピッチを常に一
定に保つことができ、画素密度にむらのない記録が可能
なことを意味している。尚、第２図（ｄ）は上記（５）
式の関係をグラフで表している。

次に、第５図は本発明の他の一実施例を示している。
上記した実施例では、感光材６上での主走査速度が変化
しても主走査ピッチを一定に保つことができるが、この
場合、主走査速度の変化があまり大きいと、レーザ光源
１の出力パワーを一定にしても感光材６上には一定の濃
度で記録することができず、濃淡を生じることがある。
即ち、感光材６上での主走査速度の変化が大きいと、レ
ーザ光源１の出力パワーが一定であっても、主走査速度
が速いところでは単位面積当たりの照射エネルギーが低
いために記録濃度が淡くなるし、逆に主走査速度が遅い
ところでは単位面積当たりの照射エネルギーが高いため
に記録濃度が濃くなる。

第５図の実施例は、主走査速度の大きな変化に起因し
たような濃度むらを防止するために工夫したものであ
る。そのため、先ず、網点信号発生回路10の網点信号発
生器102とドライバー103との間に乗算処理部104を設け
ると共に、基準クロック発生回路９のVCO95の出力に周
波数・電圧変換器99を接続し、この周波数・電圧変換器
99から得る信号を乗算処理部104に加えている。

上記構成の動作を第６図の波形図に従って説明する。
VCO95の出力である基準クロックDCは既述したように感
光材６上でのビームスポットの主走査速度に比例してい
るので、周波数・電圧変換器99の出力は第６図（ａ）に
示すように主走査素度波形である第２図（ｂ）と相似形
となる。一方、網点信号発生器102の出力は、画像処理
部101から受取った画像信号を基準クロックDCを受取る
毎に網点変調したもので、通常は数クロック〜数＋クロ
ック分のON状態およびOFF状態が交互に持続されるもの
であり、例えば第６図（ｂ）のような２値信号となる。
但し、この図では、便宜上画像信号は一定レベルとし、
また基準クロック周波数も一定周波数として描いてい
る。乗算処理部104は、上記した２つの信号の掛算を行
うものであり、このため、アナログ処理回路104の出力
に第６図（ｃ）に示す波形があらわれる。この波形はド
ライバー103で高周波変調されてAOM2に加えられる。AOM
2は、この入力に基づきレーザビームLBを強度変調す
る。強度変調されたレーザビームを第６図（ｄ）に示
す。この図からもわかるように、感光材６上でのビーム
スポットの主走査速度の速いところで（Ａ領域、Ｃ領
域）ではAOM2の出力光は強く、逆に主走査速度の遅いと
ころ（Ｂ領域）ではAOM2の出力光は弱い。既述したよう
に、もともとレーザビームのパワーが一定であれば、主
走査速度の速いところは照射エネルギーが低く、遅いと
ころは照射エネルギーが高いものであるから、上記のよ
うにAOM2の出力光が変化すると、感光材６上全面にわた
って、照射エネルギーを均一にすることができる。これ
によって濃度むらのない記録が実現する。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、結像スポット径
を小さくして画像を高精細にすると共に、走査角度を大
きくして有効領域を拡大するためにｆθ特性を犠牲にし
たｆθレンズを用いたとしても、記録担体上での主走査
ピッチを常に一定に保つことができ、その結果、画素密
度むらのない、しかも高精細かつ有効走査幅の広い画像
記録装置を得ることができる。

その上、画素密度むらの解消をラインメモリとD/A変
換器及びVCOという電気的手段によって行っているの
で、安価に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像記録装置の一実施例を示す全体構
成図、第２図（ａ）〜（ｅ）はｆθ特性がいく分犠牲に
されたｆθレンズを用いて記録担体としての感光材上で
の主走査ピッチを一定にすることのできる理由を説明す
る図、第３図は網点信号発生装置の詳細なブロック図、
第４図（ａ）〜（ｃ）はラインメモリへの記憶方法及び
メモリ内容を示す図、第５図は本発明の他の実施例を示
すブロック図、第６図（ａ）〜（ｄ）は第５図の各部の
波形図である。 １……レーザ光源、２……AOM（変調手段）、３……網
点信号発生装置、４……ポリゴンミラー（第１の走査手
段）、５……ｆθレンズ、６……感光材（記録担体）、
７……ドラム（第２の走査手段）、８……スタートセン
サ（同期手段）、９……基準クロック発生回路、10……
網点信号発生回路、92……ラインメモリ、93……D/A変
換器、95……VCO。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光源から発されたレーザビームを画
   像信号と基準クロックとに基づき変調する変調手段と、 変調されたレーザビームを主走査方向に走査する第１の
   走査手段と、 前記レーザビームを結像して記録担体表面にビームスポ
   ットを形成するためのｆθレンズと、 記録担体を主走査方向と直交する方向に相対移動させる
   ための第２の走査手段と、 ｆθレンズの特性に起因したビームスポットの主走査速
   度の変化に対応して、前記変調手段に加える基準クロッ
   クの周波数を制御する周波数制御手段と、１回の主走査
   の度にレーザビームの主走査開始位置と基準クロックの
   発生開始時期とを同期させる同期手段と、を備え、 前記周波数制御手段は、１ワードｎビット（ｎは２以上
   の整数）のラインメモリと、D/A変換器と電圧制御発振
   器とからなり、ラインメモリには、ｆθレンズへの所定
   の入射角毎に１アドレス・１ワードとして、各ワード毎
   にｆθレンズの結像面上での主走査速度に関連した値が
   ｎビットのデータとして記憶されており、各主走査開始
   後のｆθレンズの入射角に比例したアドレス指定信号に
   より、前記ラインメモリから読み出されるｎビットデー
   タをD/A変換器でアナログ量に変換すると共に、電圧制
   御発振器でアナログ量に比例した周波数の基準クロック
   を作成することを特徴とする画像記録装置。
2. 【請求項２】請求項１の画像記録装置は、更に、基準ク
   ロックの周波数に比例したアナログ電圧を得るアナログ
   電圧発生手段と、このアナログ電圧を、主走査方向の対
   応する位置における画像信号に乗算する乗算処理手段と
   を備え、乗算処理手段から得た信号でレーザビームの強
   度を変化させることを特徴とする画像記録装置。