JPH044792B2

JPH044792B2 -

Info

Publication number: JPH044792B2
Application number: JP60173320A
Authority: JP
Priority date: 1985-08-08
Filing date: 1985-08-08
Publication date: 1992-01-29
Also published as: JPS6235765A

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
ピツ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、許容されるピツチムラ及び倒れ角
は、２値画像を記録する場合はピツチムラを20μ
ｍに抑えるとすると、＝300mm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、ピツチムラを
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、更にジツタが大きく場合によつてエ
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オブルと呼
ばれる誤差を持つており、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θ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に集光する光スポツ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
はビームエキスバンダ、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
の全てに亘つ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、光学系によつ
て異なるものの、通常はその走査端で３〜４mm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つても、倒れ角
誤差によるピツ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け易
く、画質の劣化につながり、コスト低減のために
プラスチツクのレンズを使用するとこの影響は一
層顕著となつていた。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つた。

〔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
よるピツ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、記録信号に応じて強度を
変調された１本の光ビームをＮ個の反射面を有す
る回転多面鏡により偏向走査し、同時に前記走査
ビームと記録媒体とを走査方向と略直角な副走査
方向に相対的に移動することにより、前記記録媒
体に画像を記録する画像記録装置において、前記
回転多面鏡のＮ回転の偏向走査によつて、１つの
画素を記録するように構成している。

〔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、この光源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AOM３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△は、入射ビーム径によつて、次の式
により表される。

△＝0.54×ｖ／ｄ …(1) ∴ ｖ：超音波の伝搬速度ｄ：入射ビーム径 AOM３によつて変調を受けた光ビームは、次
のビームエキスパンダ４によつて平行光に変換さ
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個のレンズによつてビーム
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（主走査
方向）に走査され、θレンズ７に入射する。この
θレンズ７は、入射角度に比例した位置にスポツ
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、ｌ＝×θ …(2) ∴ ：焦点距離 θ：入射角度となる。

結像面８には、感光性のフイルム、ドラム状の
感光体等の記録媒体（本実施例では感光性フイル
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つ
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、副走査方向の画素ピツチと等しい値と
なつている。

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（mm）、
副走査速度をｖ（mm／sec）としたとき、従来で
は、副走査速度ｖが、ｖ＝Ｐ／60・ｎ・Ａ …(3) と定められていたが、本実施例では、ｖ＝Ｐ／60・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
データによつ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
査方向の画素ピツチにほぼ等しいか小さく、走査
ピツチよりも大きく選ばれている。第２図に一例
として、スポツト径（この例では、画素サイズの
半分＝走査ピツチ×４…となつている。）、副走査
方向の画素サイズ、主走査方向の画素サイズ、走
査ピツ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
回多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ヤートを示す。

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
置を制御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、入力同期信号
に同期して画素（水平方向、即ち主走査方向）ク
ロツ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。

画素クロツクは、データ制御部１４、メモリを
内蔵する第一、第二のラインバツフア回路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、ラツチを行う。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
ツフア回路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ツフア回路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、他方のラインバツフア回路１６にはデ
ータ制御部１４からルツクアツプテーブル回路１
５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
タ群（行）を用いて複数回の走査によつて行われ
る。

ラインバツフア回路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
パタンーが周期的に変化し、ピツチムラの原因と
なつていることがわかる。このピツチムラは、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もについてである
が、通常は0.3〜1.0mm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、もはやピツチムラとは呼べなくな
つている。しかも、濃度ムラの周期は通常0.1mm
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
（○、●）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。この図から明ら
かなように、同じスポツ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、スポツト径（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、スポツト径を小さくすると従来問
題となつ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
ズに比較してスポツト径を小さくしても、依然と
して走査ピツ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、ｂは倒れ角誤差のある場合（最大で1/
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つ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、スポツト径の大きさとそのピツ
チの選び方如何によつては、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、ジツタと呼ばれるモー
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にみられるようなジツ
タが観測されることが多かつたが、本実施例のよ
うに１回転で１画素を形成するようにすれば、第
８図ｃ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
を行つ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つて、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ツチム
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回多重走査を行つた場
合でも、視覚上ではほとんど問題とならない。こ
れは、多重走査によりピツチムラの周期が細かく
なつたため（８回多重ではその1/2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ツチムラの周期が0.2mm
程度以下となるように構成すれば、ルーペ等で観
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
θ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つ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
ーザヘツドの違い、光学系の位置、或いは環境等
によつて程度の違いがあり、また回転多面鏡の倒
れ角ほど顕著ではないが不規則なピツチムラとな
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つてビームのゆらぎを補
正し、ゆらぎによるピツ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によつ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
あつたが、同様な現象は主走査方向にも当然存在
する。これはジツタとして観測され、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200Hz以上に選ばれることが多く、このとき
有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、3Hz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。従つて、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、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つて
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つ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つ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によつて補正できる、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、副走査方向のスポツト径を小さくし
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
鏡であつても使用可能である、等である。

第１０図は第三実施例を示すもので、結像面８
とθ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。

この実施例は、第二の実施例を更に改良したも
ので、シリンドリカルレンズ２３，２４を介挿す
ることにより、副走査方向のスポツト径を自由に
変えられるようにしたものである。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
となつた点が特徴がある。他については、第９図
に示した実施例とほぼ同様である。

ここで、走査ピツチP_S、画素ピツチP_D、記録
媒体に照射されるレーザビームのスポツト径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、複数回の走査によつて１個の画素を形成す
るようにしたものであり、主走査方向のピツチ
（＝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、走査ピツチの多重回数倍にな
つており、副走査を連続させる場合は、ｎ×P_S＝P_D …(5) なる関係がある。また、スポツト径Ｓは画素ピツ
チP_Dと等しいか或いは小さく、走査ピツチP_Sよ
りも大きいことが望ましい、つまり、 P_D≒Ｓ＞P_S、或いはP_D＞Ｓ＞P_S …(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、 P_D≧Ｓ≧0.5P_D 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_D≧Ｓ≧2P_S＝２／ｎ・P_D …(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、多重走査を行つて１画
素を形成するようにしたので、回転多面鏡の倒れ
角誤差によるピツ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ツク
図、第４図は同実施例の装置のタイミンクチヤー
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図はジツタ説明図、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……θ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、１２，１
３……データ切換回路、１４……データ制御部、
１５……ルツクアツプテーブル、１６，１７……
ラインバツフア回路、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、２１……増幅器、２２……AOM駆動
回路、２３〜２５……シリンドリカルレンズ。

Claims

【特許請求の範囲】１記録信号に応じて強度を変調された１本の光
ビームをＮ個の反射面を有する回転多面鏡により
偏向走査し、同時に前記走査ビームと記録媒体と
を走査方向と略直角な副走査方向に相対的に移動
することにより、前記記録媒体に画像を記録する
画像記録装置において、前記回転多面鏡のＮ回転の偏向走査によつて、
１つの画素を記録するようにしたことを特徴とす
る画像記録装置。