JP2743408B2 - レーザビームの走査速度補正方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、レーザプリンタやファクシミリ等に組み込
まれ、画像情報に基づいて変調されたレーザビームを記
録媒体上に走査するレーザビーム走査光学系の走査速度
補正方式に関する。

従来の技術 従来、レーザビーム走査光学系は、基本的には、光源
としての半導体レーザ、ポリゴンミラー等の偏向器、ｆ
θレンズにより構成されている。偏向器は半導体レーザ
から発せられたレーザビームを一平面内に等角速度で走
査するためのものであり、そのままでは記録媒体の主走
査ライン上で中心部から端部にわたって走査速度に差を
生じ、等時的なタイミングで露光したときのドットピッ
チがばらついてしまう。ｆθレンズはこの様な走査速度
差を補正し、全走査域にわたって等時的なタイミングで
露光したときのドットピッチを一定とするために設置さ
れている。

ところで、ｆθレンズは種々の凹レンズ、凸レンズ等
を組み合わせたもので、設計が複雑で、研摩面が多くて
加工上の精度が図り難く、高価でもある。

一方、ｆθレンズを使用しない場合、記録媒体上の像
高（ｙ）は以下の式で与えられる。

ｙ＝Ltanθ …… 但し、L:偏向点から記録媒体までの距離 偏向器は一定の角速度で回転駆動されるので、記録媒
体上での走査速度（Ｖ）は以下の式で与えられる。

Ｖ（θ）∝dy/dθ＝L/cos²θ …… 即ち、走査速度は偏向角（θ）の増加に伴って式に
従って増加する。これをあたかも等速で走査されたかの
様に補正を行なおうとすれば、レーザビームの同期制御
クロックの周期をcos²θに比例して変化させればよい。

特開昭54−12853号公報、特開昭58−87965号公報、実
開昭61−128869号公報、実開昭60−36620号公報、特開
昭61−184050号公報等に開示の技術は、ｆθレンズを省
略し、前記式、式に基づいて主走査速度を補正しよ
うとするものである。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記従来技術の如く、レーザビームの
同期制御クロックの周期を、走査速度の変動に応じて補
正を行なうとすると、現在の変調周波数4.2MHzの100倍
である420MHz程度の基準クロックを必要とする。現実問
題としてこの様な高い周波数を基準クロックとして用い
ることは、回路構成素子の追随可能な周波数がせいぜい
100MHz程度であることを考慮すれば、低速印字機は別と
して不可能である。そのため、偏向点から記録媒体まで
の距離（Ｌ）を長く設定するか、基準クロックの周波数
を大幅に下げる等の対策を講じることが考えられる。し
かし、これでは補正状態が悪くなる。

そこで、本発明の課題は、基準クロックの周波数をあ
まり高く設定する必要なく、かつ、高速印字を損なうこ
となく、走査速度を充分に補正可能な方式を提供するこ
とにある。

課題を解決するための手段 以上の課題を解決するため、本発明に係るレーザビー
ムの走査速度補正方式は、レーザビームのオン，オフを
同期させるために複数の周期のレーザビーム制御信号を
有し、走査域が主走査ラインの中央部から端部に移行す
るに伴って、前記複数の周期のレーザビーム制御信号を
混合して使用する比率を変化させることによって、制御
信号の密度を変化させることを特徴とする。

より具体的には、例えば、複数のレーザビーム同期制
御信号の周期の密度勾配を走査域の中央部から端部にわ
たって連続的に分布させるか、走査域をいくつかのブロ
ックに分割し、そのブロック内での複数の周期の構成比
が走査域中央部から端部にわたって一定の勾配に設定す
る。あるいは、前記の如く分割したブロック内で複数の
周期の分布状態がある一定のパターンで繰り返され、そ
のブロック内で周期分布がほぼ一様に分散する様に設定
する。分割したブロック内で、複数の周期の種類に応じ
て、さらにブロックをいくつかのエリアに分け、その周
期の構成比に従って一つのエリアを一つの種類の周期で
走査させる。または、あるブロック内のエリアを占める
周期の値を、大きい順あるいは小さい順に配列する。

作 用 レーザビームのオン，オフを同期させる制御信号は、
必ずしも連続的に変化させる必要はなく、複数の周期の
ものに設定すればよく、その制御信号の密度を走査域が
中央部から端部に移行するに伴って変化させることによ
り、偏向器の等角速度走査に起因する主走査ライン上で
の走査速度の変動が効果的に補正される。このとき、基
準クロックの周波数は通常使用される4.2MHzの10倍程度
で済み、100倍程度の基準クロックと同等の補正効果が
得られる。

実施例 第１図は本発明に係る走査速度補正方式を実施するた
めのレーザビーム走査光学系の概略構成を示し、（１）
は半導体レーザ、（２）はコリメータレンズ、（３）は
シリンドリカルレンズ、（４）はポリゴンミラー、
（５）はトロイダルレンズ、（６），（７）は折り返し
ミラー、（８）は感光体ドラムである。

半導体レーザ（１）は、第６図に示すドライブ回路
（30）にて駆動され変調された発散光束を放射する。こ
の発散光束はコリメータレンズ（２）を通過することで
収束又は平行光束に修正される。ポリゴンミラー（４）
は図示しないモータにてその中心軸を支点として矢印
（ａ）方向に一定速度で回転駆動され、半導体レーザ
（１）からのレーザビームを各面で連続的に反射し、一
平面内に等角速度で反射する。シリンドリカルレンズ
（３）、トロイダルレンズ（５）はポリゴンミラー
（４）の面倒れ（各面の垂直度誤差）に伴う副走査方向
のピッチむらを補正するためのものである。ポリゴンミ
ラー（４）で反射されたレーザビームは折り返しミラー
（６），（７）で反射され、露光体ドラム（８）上に集
光され、主走査ライン（９）上を走査し、これを主走査
と称する。また、感光体ドラム（８）は矢印（ｂ）方向
に一定速度で回転駆動され、この回転による走査を副走
査と称し、主走査、副走査にて感光体ドラム（８）上に
潜像が形成される。

ところで、以上の構成からなるレーザビーム走査光学
系において、一定周期のレーザ制御信号を用いて変調を
行なうと、主走査ライン（９）上での潜像は、第２図中
（Ａ）に示す状態となる。この第２図中（y₁）及び
（y₁′）はレーザビームの制御信号の１周期（T₁）に相
当する主走査方向の印字間隔であり、前記式から明ら
かな様に、走査域端部では走査域中央部に比べて走査速
度が速いため、前記式から明らかな様に、y₁＜y₁′と
なっている。また、（y₂）及び（y₂′）はレーザビーム
制御信号の１周期（T₁）のうちで半導体レーザ（１）が
オンされている時間（T₂）に相当する主走査方向の印字
長さ（ドット長さ）であり、同様にy₂＜y₂′となってい
る。

ここで、本実施例では以下の仕様の下に走査域を主走
査ライン（９）の中央部から端部にかけて７ブロックの
区分けし、各ブロックごとにレーザビーム制御信号の周
期を変えた。

仕様 システム速度:35mm/sec 有効走査幅:210mm（A4サイズ幅寸法） 偏向点から記録媒体までの距離:400mm 印字密度:300dots/inch ポリゴン面数:6 以上の仕様において、走査速度の補正を行なわない場
合、レーザビームの変調周波数は約4.2MHzである。とこ
ろで、前記式は偏向角（θ）に対して速度比を与える
ものであるが、これを像高に対する速度比に直すと、以
下の式が導かれる。

Ｖ（ｙ）∝1/cos²｛tan^-1（y/L）｝ …… 従って、制御クロック周期（Ｔ）を、 Ｔ（ｙ）∝cos²｛tan^-1（y/L）｝ …… を満足する様に設定すれば、走査速度を走査域の中央部
から端部にわたって等しく補正できる。

前記仕様に対して像高5mmごとに制御クロック周期を
比で示すと以下の第１表の如くなる。

第１表に基づいて以下の第２表の如き割合で制御信号
を補正すれば、主走査方向による印字精度は±0.5％以
内に抑えることができる。

前述の発明が解決しようとする課題の項で説明した従
来例に従って走査速度の補正を行なうと、主走査ライン
（９）上での潜像は、第２図中（Ｂ）に示す状態とな
る。即ち、主走査方向印字間隔（y₁′）は１％程度の誤
差範囲内で（y₁）にほぼ等しくなる。但し、印字長さ
（y₂′）は特に補正を行なわない限り、y₂＜y₂′と端部
において長くなる。しかし、この種の速度補正では補正
を行なわない場合の変調周波数4.2MHzの100倍に相当す
る420MHzという高い周波数で基準クロックを発振させる
必要があり、実用上困難であることは前述の通りであ
る。

そこで、本実施例では、前記仕様に基づき、かつ、前
記第１表と同じブロック分けとし、通常の変調周波数4.
2MHzの10倍の基準クロックを発振させ、このクロックが
10カウントで１ドットを印字する部分と、９カウントで
１ドットを印字する部分との構成比を以下の第３表の如
く設定した。

そして、以上の構成比を各ブロック内でほぼ一様に分
布する様に分散させた。その結果、主走査ライン（９）
上での潜像は、第２図中（Ｃ）に示す状態となる。即
ち、基準クロックの９カウントでレーザビーム制御信号
が１個発生する部分ではy₁′＜y₁となり、10カウントで
１個発生する部分ではy₁＜y₁″となる。ここでの印字間
隔（y₁′），（y₁″）の構成比を前記第３表に示した如
く各ブロック（走査域）ごとに密度勾配を持たせること
により、巨視的に印字間隔を中央部から端部にわたって
均一に、例えば5mm単位で見れば、100倍の基準クロック
を発振させたのと同程度に走査速度を補正することが可
能である。

なお、以上の補正状態を局部的に拡大した第２図に基
づいて説明したが、ここで若干の補足説明を行なう。

本実施例における前記仕様の走査光学系において１主
走査ライン上に記録されるドット数は、（210/25.4）×
300＝2480である。補正を行なわない場合の走査域中央
部と端部でのレーザビーム制御信号１周期当りの走査長
さの増加分（Δｙ）は、前記式より、以下の式で与え
られる。

ここで、式にｙ＝105、Ｌ＝400を代入すると、（Δ
ｙ）は6.89％となる。即ち、中央部での100の長さが端
部では約107に延びることになる。理想的には式に従
ってクロック周期Ｔ（ｙ）を変化させればよいが、本実
施例の如く７ブロックに分割して補正を行なうと像高
（ｙ）に対する制御信号の周期は第３図に示す様な関係
となる。

各ブロックに含まれるドット数は像高の値に対応して
以下の第４表に示す通りである。

第４表から明らかな様に、最もドット数の少ない７番
目のブロックにおいてさえ、像高8.5mm（96.5〜105mm）
の長さに対して100ドット含まれており、本実施例での
レーザビーム制御信号周期の構成比に従って、このうち
の４割を占める（y₁″）が他の６割を占める（y₁′）に
対して10/9の間隔で印字されているにも拘わらず、
（y₁′）がどちらにも等しく1mm当り約12ドットも存在
するため、印字された結果は、 と、あたかも各ドットが加重平均されたかの如く目視さ
れる。微視的に見れば、y₁＝１に対して、 y₁′＝0.962 y₁″＝1.069 となるが、これらの長さの差は、 （1.069−0.962）×25.4/300＝0.09mm であり、目視上全く問題とならない大きさである。

具体的には、各ドットに対して、それが基準クロック
の10カウントで１ドットと見做されるべきものか、９カ
ウントで１ドットと見做されるべきものかの判断は、第
６図に示すリードオンリーメモリ（23）に2480ドット分
の情報をメモリしておくのが簡便である。即ち、１ドッ
ト目は10個のクロックが入力されてオン、２ドット目は
９個のクロックが入力されてオンという様に制御する。

２種類の周期（y₁′），（y₁″）はランダムに分散さ
れているのが理想的であるが、簡略化のため、各ブロッ
クの前半はクロックが10カウントで１ドット印字、後半
は９カウントで１ドット印字という様に制御してもよ
い。この場合の像高の値に対する制御信号の構成を、前
記第４表に対応させて示せば第５表の通りである。

ところで、前述の如く、２種の周期を各ブロック内で
ランダムに分散させた場合と、前半、後半で分離した場
合のそれぞれの潜像の状態を第４図、第５図に模式的に
示す。第４図はランダム分散、第５図は分離した状態を
示し、共に斜線を付した部分は９カウントで１ドット印
字に相当する部分を示し、他は10カウントで１ドット印
字に相当する部分を示す。第４図においては、図示のパ
ターンが各ブロックごとに一律に繰り返されることを表
わし、第５図は各ブロック内の前半、後半の領域で一様
に10カウントで１ドット、９カウントで１ドットの印字
を行なうことを表わしている。

ところで、主走査方向の印字長さ（y₂），（y₂′）
（パルス幅）は前述の走査速度の補正のみでは補正され
ず、第２図中（Ｃ）に示す通り、y₂＜y₂′である。そこ
で、印字長さ（パルス幅）も同時に補正すること、即
ち、レーザビーム制御信号の１周期（T₁）のうちで半導
体レーザ（１）のオン時間に相当する部分（T₂）のパル
ス幅を、主走査ライン（９）の中央部から端部に移行す
るに伴って、偏向角（θ）に対してほぼcos²θに比例す
る様に制御することが好ましい。この補正によれば、第
２図中（Ｃ′）に示す如く、y₂′≒y₂となり、１ドット
ごとの印字幅が中央部から端部にかけてほぼ等しくな
る。

また、第２図では図示されていないが、半導体レーザ
（１）から放射されるレーザビームの照度（露光量）は
中央部から端部にかけてcos²θに比例して低下する。従
って、半導体レーザ（１）の発光強度を偏向角（θ）に
対してほぼ1/cos²θに比例する様に制御することが好ま
しい。この補正によれば、１ドットごとの露光量が主走
査ライン（９）の中央部から端部にかけてほぼ等しくな
る。

第６図は制御回路を示し、走査速度補正回路（20）
は、基準クロック発振器（21）、アドレスカウンタ（2
2）、リードオンリーメモリ（23）、ラッチ回路（2
4）、クロック発振器（25）、プログラマブルカウンタ
（26）とで構成され、複数の周期の構成比はリードオン
リーメモリ（23）にメモリされており、この構成比の密
度勾配はプログラマブルカウンタ（26）にて制御され、
半導体レーザ（１）はドライブ回路（30）にてオン，オ
フ制御される。

第７図は、第２図中（Ｃ′）で示したパルス幅（ドッ
ト長さ）を補正するためのパルス幅補正回路（40）を備
えた制御回路を示す。パルス幅補正回路（40）は基準ク
ロック発振器（41）、アドレスカウンタ（42）、リード
オンリーメモリ（43）、ラッチ回路（44）、変調器（4
5）から構成され、前記走査速度補正回路（20）からの
出力は変調器（45）へ入力される。ここで、半導体レー
ザ（１）をオンする部分のパルス幅を補正するためのco
s²θにほぼ比例した係数はリードオンリーメモリ（43）
にデータとして記憶されている。

第８図は第７図の回路にさらに露光量補正回路（50）
を加えた制御回路を示す。露光量補正回路（50）は、半
導体レーザ（１）の入力電流を制御するためのもので、
基準クロック発振器（51）、アドレスカウンタ（52）、
リードオンリーメモリ（53）、ラッチ回路（54）、パワ
ーコントローラ（55）から構成され、前記走査速度補正
回路（20）に接続した前記パルス幅補正回路（40）から
の出力はパワーコントローラ（55）へ入力される。ここ
で、露光量を補正するための1/cos²θにほぼ比例した係
数はリードオンリーメモリ（53）にデータとして記憶さ
れている。

発明の効果 以上の説明で明らかな様に、本発明によれば、レーザ
ビームのオン，オフを同期させるために複数の周期のレ
ーザビーム制御信号を有し、走査域が主走査ラインの中
央部から端部に移行するに伴って、前記複数の周期のレ
ーザビーム制御信号を混合して使用する比率を変化させ
ることによって、制御信号の密度を変化させる様にした
ため、ｆθレンズを使用することなく、偏向角（θ）に
起因する主走査ライン上での走査速度を中央部から端部
にかけて効果的に補正することができるばかりか、レー
ザビームのオン，オフを制御する基準クロックの周波数
を従来提案されている補正方式の約1/10以下に抑えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る走査速度補正方式の一実施例を示
し、第１図はレーザビーム走査光学系の概略構成を示す
斜視図、第２図は主走査ライン上での潜像の状態を示す
説明図、第３図は像高に対するレーザ制御信号の周期を
示すグラフ、第４図、第５図は異なる周期のレーザ制御
信号の構成比を示す説明図、第６図は制御回路を示すブ
ロック図、第７図、第８図はそれぞれ制御回路の変形例
を示すブロック図である。 （１）……半導体レーザ、（４）……ポリゴンミラー、
（８）……感光体ドラム、（９）……主走査ライン、
（20）……走査速度補正回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像情報に基づいて変調されたレーザビー
   ムを偏向器によって等角速度に偏向し、記録媒体上に走
   査するレーザビーム走査光学系において、 レーザビームのオン，オフを同期させるために複数の周
   期のレーザビーム制御信号を有し、走査域が主走査ライ
   ンの中央部から端部に移行するに伴って、前記複数の周
   期のレーザビーム制御信号を混合して使用する比率を変
   化させることによって、制御信号の密度を変化させるこ
   と、 を特徴とするレーザビームの走査速度補正方式。