JPH02111977A - 光走査装置 - 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〕 この発明は、所定方向に移動する被走査媒体に光ビーム
を被走査媒体の穆勤方向に直行する方向に対して走査す
る光走査装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の画像記録装置には画像情報に応じた光ビ
ームを像担持体となる感光体に走査する光走査装置、例
えばレーザビームプリンタにおいては、スキャナモータ
により回転されるポリゴンミラー、結像レンズ等からな
る走査機構が具備されている。

そして、一定速度で回転されるポリゴンミラーにより画
像情報に基づいて変調されたレーザビームを所定速度で
回転すると規定された感光体上に結像させ、静電潜像を
形成している。

このうち、光走査系を構成する回転多面体等の偏向反射
面の加工誤差による倒れや回転軸の倒れにより生じる走
査線ピッチむらを光学的または電気的に除去している。

ところが、通常この種の光走査方法または光走査装置に
おいては、偏向方向と直行する方向の副走査は主に機械
的に被走査媒体となる、例えば悪光体を移動させること
により行うため、種々の電気的および機械的調整により
感光体の移動速度を一定に保持させることは困難となる
。

このような被走査媒体の８動速度むらが原因で、被走査
媒体上に描かれる走査線は不規則なピッチとなり易い。

特にこの種のピッチむらは、通常走査線のピッチに対し
てかなり周期的なむらとして現われるため、非常に目立
つものとなる。

方、この種の被走査媒体に移動速度むらが生じする原因
としては、駆動系の電動機の回転むら、電動機の回転力
を被走査媒体に伝える伝達系の摩擦力、張力の不規則な
変化、被走査媒体がドラム状である場合には、回転軸の
偏心、ドラムの真円度の歪等が考えられ、これらの原因
による被走査媒体の第３動速度のむらを解消するため、
速度むらを検知する手段を設け、この検知手段からの検
知信号に基づぎ光源からの光束を偏向器によって被走査
媒体に走査される主走査方向と略直交する方向に光束を
、例えば第２の偏向器によって偏向して対処する等の提
案が成されている。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、この種の方法では、副走査方向（光ビー
ム走査方向と直交する方向）の速度を高精細に制御する
必要があり、以下に説明するような幾多の困難がある。

すなわち、副走査方向の光走査間隔ｔは、分解能（１／
ｐｍｍ）と被走査媒体のＢ勤速度（Ｖｍｍ／５ｅｃ）で
一義的（ｔ≦１／ｐｖ）に決定される。

一方、被走査媒体に与えられる光エネルギー（Ｅ）は、
単位時間当たりの光束（Φ）と、単位時間当たりの光走
査面積との比率（Φ・ｔ／ｖ−ｔ）で与えられ、結果と
して光エネルギーの比率は、被走査媒体の速度比率とし
て与えられる。すなわち、被走査媒体の移動速度変化率
がα％のとき、被走査媒体に与えねる光エネルギーまた
は露光２の変化率もα％となる。

以下、第９図および第１０図を参照しながら走査ムラお
よび光エネルギーまたは露光量の変化率と速度むらとの
関係について説明する。

第９図は被走査媒体の速度むら特性を説明する特性図で
あり、縦軸は走査速度Ｖを示し、ｖｏが被走査媒体の平
均速度を示す。また、横軸は時間ｔを示す。

今、被走査媒体がｖ＝ｖｏｓｉｎ（２ａｆ　ｔ）なる正
弦波で規定される走査速度むらを生じている場合、例え
ば第９図において、被走査媒体の平均速度ｖ　。＝　１
６０　ｍｍ／ｓｅｃ、分解能１／１６ｍｍ（約４００Ｄ
ＰＩ）とすると、副走査間隔Δｔ〜０゜４ｍ５ｅｃであ
る。この被走査媒体が±０．８％の変動を５０）１ｚの
周期でむらがあると（人間の目に目立ち易い長周期ピッ
チである）、図中７１＝１０ｍｓｅｃとなる。

一方、速度変動の最大速度ＶｍＢＸおよび最小速度ｖ１
ｎは、下記第（１）式および第（２）式で与えられる。

最大速度ｖ　ｍａｘ　＝　１６０　（ｍｍ／５ｅｃ）　
Ｘ　　１００．８／１００４１６１　、　３　　ｍｍ／
ｓｅｃ ・・・・・・（１） 最小速度ｖ　１．ｌｉｎ　”　１６０　（ｍｍ／５ｅｃ
）　ｘ　　９９．２／１００４１５８、　７　　　ｍｍ
／ｓｅｃ ・・・・・・（２） このことから、図中Ａ点における走査間隔は、最大速度
ｖ、、ｏｘ副走査問隔Δｔ＃６４．５μｍとなり、図中
Ｂにおける走査間隔は、最小速度■１ｎ×副走査問隔Δ
ｔ４６３．５μｍとなる。

さらに、このＡ、Ｂ点間の時間（半周期ＴＩ）にＴｌ／
Δｔ＝２５本°の光走査が行われ、５本の光走査で約１
μｍ、１本当たりの光走査では平均的には、１／２５μ
ｍ　（ｇ＆密には各走査毎のずれ量の積分として与えら
れるので、基準走査位置からのずれ量はもっと大きくな
る）のずれが生じることになる。

第１０図は光束と濃度との相関関係を説明する相対図で
あり、上縦軸が表面電位Ｖを、下縦軸が基準濃度信号Ｄ
ｏを示し、右横軸が光量（光エネルギー）Ｅを、左横ζ
山が濃度りを示す。

この図から解るように、オリジナル濃度または基準濃度
信号ＤＯに対して光走査のため光量Ｅが定められ、この
光］ｔＥに対して被走査媒体である光半導体の表面電位
（電荷量）■が決定される。

この被走査媒体表面の表面電位■に対して粉体等の着色
剤を現像装置によって現像することにより、紙等の転写
材に濃度りなる画像を顕像化させることができる。ここ
で、光量（光エネルギー）ＥがΔＥだけ変化すると、被
走査媒体表面上の表面電位はΔ■だけ変化し、その結果
最終的に濃度ΔＤだけ変化することとなる。

前述したように、被走査体の速度変動は、光エネルギー
変動と等価のため、上０゜８％の速度むらは、上０゜８
％の光量むらとなって表現される。

一般に、被走査媒体である光半導体の物性、粉体等の着
色剤を現像するための現像方法等によって光量（光エネ
ルギー）ＥがΔＥだけ変化すると、Δ■、ΔＤ＜７）変
化率は異なるが、光走査によって階調を持たせる場合、
例えば光源からの光束を時間変調させたり、輝度変調さ
せたりして階調を持たせる場合には、第１０図に示した
光量幅を広く使うため、特にΔＥの変化幅をできるだけ
小さくする必要がある。

実験によれば、このようなムラは、図中の濃度ΔＤの幅
が、±０．０２〜±０．０３以上（反射率測定法による
）変化した場合に認知される。このため、濃度ΔＤの幅
として、すなわち速度変動Δ■を少なくとも±２％以内
、好ましくは±１％以内に抑えることが望ましいことが
考察された。

これを上述した速度変動±０．８％で、各走査間隔のズ
レ士は、平均すると約１／２５μｍであり、上２゜４％
としても約３／２５μｍを制御する必要性が生じる。

この走査間隔を光束の副走査間隔の位置制御、すなわち
副走査駆動系のみの制御によって達成することはきわめ
て困難であるという重大な問題点かあフた。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、被走査体の副走査方向移動ムラを検知して、検知
された被走査体の副走査方向し動むらに基づいて光源の
光束強度を制御することにより、副走査方向に８動する
被走査媒体上へのビーム走査むらを除去できる光走査装
置を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明に係る光走査装置は、被走査媒体に設定された
基準移動速度に対する実移動速度むらを検知する検知手
段と、この検知手段により検知された実移動速度むら量
に基づいて２３　ｆｆｌする被走査媒体に対して走査さ
れる各光束の照射エネルギーが均一となるように光源の
光束強度を制御する光束制御手段とを設けたものである
。

〔作用〕

この発明においては、検知手段により被走査媒体に設定
された基準移動速度に対する実移動速度むらが検知され
ると、光源からの各光束の照射エネルギーが均一となる
ように光源の光束強度を制御し、８勤する被走査媒体に
対して走査される各光束の総和を一定制御する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す光走査装置を説明す
る斜視図であり、１は光源となる半導体レーザユニット
で、制御回路４からの駆動電流に応じて光束Ｌ１を発射
する。

２は偏向手段となるポリゴンミラーで、スキャナモータ
２ａにより一定速度で回転され、被走査体となる、例え
ば感光ドラム３（矢印Ｄ２方向に回転移動する）上に、
すなわち矢印Ｄ２方向と直交する矢印Ｄ１方向に水平走
査する。

５は検知手段となる検出器で、感光ドラム３に上に記録
された、例えば濃ン炎が周期的に変化するパターンを感
光ドラム３の実駆動に並行して光学的に読み取り、読取
り信号を制御回路４に出力する。制御回路４には、あら
かじめ感光ドラム３の実移動速度を検出するための周期
パターンデータ（基準第３動速度データとなる周期パタ
ーンデータ）が記憶されており、この周期パターンデー
と上記検出器５が読み取った周期パターン信号列との時
間的差分を演算して、速度むらを補正する、すなわち光
束Ｌ１の強度を変更するための′ＸＡ勤電流を半導体レ
ーザユニット１に出力する。なお、Ｌ２は偏向光束であ
る。

第２図は、第１図に示した光束Ｌ１の光束特性を説明す
る特性図であり、縦軸は光束Φを示し、横軸は駆動電流
ｉを示す。

この図において、■は光束特性を示し、第１図に示した
半導体レーザユニット１より照射される光束Ｌ１に対応
し、この光束Ｌ１が基本走査光束。

どなる。なお、光束Ｌ１は、しきい値電流Ｉｔｈを越え
ると、駆動電流に略比例して大きくなる。なお、制御回
路４は半導体レーザユニット１に印加する駆動電流を検
出器５により検出される被走査媒体の移動速度むらに基
づいて±Δｉ程度可変し、光束Ｌ１を調整し、各走査に
おける感光ドラム３に対する照射面積を一定とし、速度
むらを解消させる。

次に第１図の動作を第３図および第４図を参照しながら
説明する。

半導体レーザユニット１より発生された光束り、がポリ
ゴンミラー２に走査されると、偏向された偏向光束Ｌ２
を被走査媒体となる、例えば感光ドラム３（矢印Ｄ２方
向に回転Ｂ勤する）上に、すなわち矢印Ｄ２方向と直交
する矢印Ｄ１方向に対して周期的に水平走査される。な
お、感光ドラム３の駆動手段は図示していない。

このとき、感光ドラム３の移動速度むらに起因して第３
図に示すような走査線むらが発生する。

第３図は、第１図に示した感光ドラム３に形成される走
査線むらを説明する模式図であり、Ｈ２は線走査線エリ
アで、感光ドラム３の移動速度（矢印Ｄ２方向への移動
速度）が速い場合に相当し、走査線間隔が疎となる。Ｈ
ｌは密走査線エリアで、感光ドラム３の移動速度（矢印
Ｄ２方向への移動速度）が遅い場合に相当し、走査線間
隔が密となる。このような密度むらがピッチむらとなっ
て観察される。

そこで、第４図に示すように感光ドラム３の被画像領域
に設けられ、かつ感光ドラム３の移功力向に対して周期
的に濃淡が変化するパターン５Ｃを、例えばＬＥＤ発光
素子で構成される発光部５ａにより露光し、その反射光
を受光部５ｂで受光することにより移動むらを検知する
検出器５により検出して、その検出データ列を制御回路
４に出力する。そして、制御回路４があらかじめ記憶さ
れた周期変化データ列（感光ドラム３が理想的に等速度
移動した場合に出力される周期データ列）と検出データ
列とを比較してその差分ΔＸを演算する。そして、その
差分ΔＸを相殺する駆動電流（差分ΔＸが正の場合は駆
動電流ｉを６１分増加させ、差分ΔＸが負の場合は駆動
電流ｉを６１分減少させ）を半導体レーザユニット１に
出力する。これにより、光束Ｌ１の強度を、感光ドラム
３の速度があらかじめ設定された穆動量よりも遅い場合
は光束Ｌ１の強度を小さくシ（駆動電流値を小さくシ）
、感光ドラム３の速度があらかじめ設定された穆勤量よ
りも速い場合は光束り、の強度を大きく（駆動電流値を
大きく）シて、１回の露光走査で光束り、が露光する走
査面積（光束り、の走査長さと被走査媒体の任意の穆動
量）を一定に制御する。

例えば第２図に示す光束特性■に対応する半導体レーザ
ユニット１より発生される光束Ｌ１により基本走査を行
い、ＰＴ’ＢＪむらに応じた、すなわち検出器５からの
出力に基づいて演算された差分ΔＸを相殺するように駆
動電流ｉを６１分を加減して、第３図に示したピッチむ
らを補正し、所定のピッチで偏向光束Ｌ２を被走査媒体
となる、例えば感光純ラム３に走査させる。

従って、走査密度か疎となる第３図に示す線走査線エリ
アＨ１のところの表面電位は全体に低下し、逆に密走査
線エリアＨ２なところは表面電位が増加し、図示しない
現像手段より顕像化された時は均一濃度となる。

次に第５図および第６図（ａ）〜（Ｃ）を参照しながら
検出器５の構成および制御回路４ａについて説明する。

第５図は、第１図に示した検出器５の構成を説明する回
路ブロック図であり、第４図と同一のものには同じ符号
を付しである。

この図において、５ｄは波形整形回路で、受光部５ｂか
ら出力された検知信号を波形整形したパルスを位相検出
回路５ｆに出力する。位相検出回路５ｆは、基準パルス
発振器５ｅからの出力波形（周期的に濃淡が変化するパ
ターン５Ｃが基準速度で検出された場合に相当するパル
ス）と波形整形回路５ｄから実測出力されたパターン５
Ｃに対応するパルスとの位相差を検出し、増幅器５ｇか
ら差分ΔＸとして制御回路４に出力する。

発光部５ａは感光ドラム３上に記録され、感光ドラム３
の８動方向に対して周期的に濃淡が変化する、例えばバ
ーコード等のパターン５Ｃを一定光量で連続的に照射す
る。この照射により得られる反射光は受光部５ｂに検知
され、周期的に濃淡が変化するパターン５Ｃに対応した
周期的に変化する波形となるが、感光ドラム３の８動速
度にむらがあると一定周期ではなくなる。従って、受光
部５ｂの出力は、感光ドラム３の所定の移動母を表わす
一定周期の基準パルスと対比すると、不規則な位相差が
生じる。これを位相検出回路５ｆにより検出して差分Δ
Ｘとして制御回路４に出力する。

第６図（ａ）、（ｂ）は、第１図に示した制御回路４の
構成を説明する回路ブロック図であり、これらの図にお
いて、１１はＡ／Ｄ変換器で、検出器５から出力される
差分ΔＸをディジタル信号に変換し、差分データΔＤｘ
をＣＰＵ１２に出力する。ＣＰＵ１２は差分データΔＤ
ｘに基づいて半導体レーザユニット１の光束Ｌａを得る
ための基準電流値とを比較して変化分を算出する。そし
て、その変化分データをＤ／Ａ変換器１３によりアナロ
グ信号に変換し、このアナログ信号により定電流回路１
４を働かせ、半ぷ体レーザユニット１を駆動する。

１５は光量モニタ回路で、半導体レーザユニット１から
の光束Ｌ１の経時変化および発熱に起因する光量変動を
捕らえて光束り、を所定値に安定させるための光ユ補正
信号をＣＰＵ　１２に出力する。

第６図（Ｃ）は、第６図（ａ）、（ｂ）に示した半導体
レーザユニット１の構成を説明するブロック図であり、
２１は半導体レーザで、一方端は基準電源２３に接続さ
れ、他方端は定電流回路１４に接続され、定電流回路１
４から出力される駆動電流により発光し、所定の光束Ｌ
１を発射する。２２はフォトダイオードで、半導体レー
ザ２１のバックビームを受光し、可変抵抗器２４により
決定される光ユモニタ電位ＶＶを光ユモニタ回路１５に
出力させる。

なお、上記実施例ではバックグラウンド露光方式（非露
光部を現像）する場合にこの発明を適用する場合につい
て説明したが、イメージ露光方式（露光部が現像される
）の場合であってもこの発明を適用でき、光量が増大し
て表面電位が低くなったところが濃く現像される。また
、上記実施例では、各走査線毎の走査間隔異常を検出し
て光束を補正して走査線ピッチむらを解消する場合につ
いて説明したが、走査線ピッチが疎な場合と走査線ピッ
チが密な場合との平均から光束を補正してもピッチむら
を軽減することができる。

さらに、上記実施例では感光ドラム３、すなわち被走査
媒体の速度むらを感光ドラム３に記録された濃淡が周期
的に変化する、例えばバーコード列からなるパターン５
Ｃを読み取って検出したが、感光ドラム３に設けるエン
コーダからのパルス信号により検出しても良い。

また、上記実施例においては、レーザ光束を駆動電流制
御により調整して走査線ピッチむらを解消する場合につ
いて説明したが、半導体レーザユニット１の点灯時間を
パルス幅変調して、例えば第７図（ａ）、（ｂ）に示さ
れるように、１画素に対する点灯時間を±Δを時間制御
、すなわち同図（ａ）においては、連続点灯時間をＯ〜
Δを時間だけ制御することにより黒べた画像むらを、同
図（ｂ）においては、±Δを時間制御することによりハ
ーフトーン画像むらを押えることができる。

第８図はこの発明による走査線ピッチむら補正処理手順
の一例を説明するフローチャートである。なお、（１）
〜（ｌＯ）は各ステップを示す。

制御回路４は、ドラム駆動指令が人力されるのを待機し
く１）　　　ドラム駆動指令が入力されたら、感光ドラ
ム３の駆動を開始しく２）　　　ドラム回転が定常回転
となる、すなわち被走査速度が定常速度となるのを待機
する（３）。

そして、定常回転に到達したら、検出器５が感光ドラム
３上のパターン５Ｃの読取りを開始する（４）。次いで
、制御回路４は検出器５により検出されたパターン読取
りデータとあらかじめ記憶された基準周期パターンデー
タとを比較して疎の差分を演算する（５） 次いで、この差分が「０」かどうかを判断しく６）　　
　ＮＯならば制御回路４が半導体レーザユニット１への
駆動電流ｉを増減しく７）、強度変更された光束り、を
ポリゴンミラー２により偏向して感光ドラム３を走査す
る（８）。次いで、走査データが終了したかどうかを判
断しく９）、ＹＥＳならば処理を終了し、Ｎｏならばス
テップ（６）に戻る。

一方、ステップ（６）の判断でＹＥＳの場合には、半導
体レーザユニット１から通常の光束Ｌ１をポリゴンミラ
ー２により偏向して感光ドラム３上を走査しく１０）、
ステップ（９）に戻る。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明は被走査媒体に設定され
た基準移動速度に対する実移動速度むらを検知する検知
手段と、この検知手段により検知された実）３勤速度む
ら量に基づいて移動する被走査媒体に対して走査される
各光束の照射エネルギーが均一となるように光源の光束
強度を制御する光束制御手段とを設けたので、従来の回
路および被走査媒体駆動系を大幅に偏向することなく、
被走査媒体に速度むらが発生したことによる走査線ピッ
チむらを精度良く検出し、かつ単一光源からの露光で精
度良く補正できる。従って、被走査媒体に対して光束を
均一のピッチで露光走査でき、被走査媒体上に形成され
る静電潜像を顕像化した場合に均一濃度または適正な中
間調画像を形成できる等の１量れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す光走査装はを説明す
る斜視図、第２図は、第１図に示した光束の光束特性を
説明する特性図、第３図は、Ｓ１図に示した感光ドラム
に形成される走査線むらを説明する模式図、第４図は、
第１図に示した検出器のパターン読取り処理を説明する
斜視図、第５メは、第１図に示した検出器の４１１成を
説明する回路ブロック図、第６図（ａ）、（ｂ）は、第
１図に示した制御回路の構成を説明する回路ブロック図
、第６図（Ｃ）は、第６図（ａ）、（ｂ）に示した第２
半導体レーザユニットの構成を説明するブロック図、第
７図（ａ）、（ｂ）はこの発明によるレーザ光束制御原
理を説明する原理説明図、第８図はこの発明による走査
線ピッチむら補正処理手順の一例を説明するフローチャ
ート、第９図は被走査媒体の速度むら特性を説明する特
性図、第１０図は光束と濃度との相関関係を説明する相
対図である。 図中、１は半導体レーザユニット、２はポリゴンミラー
　３は感光ドラム、４は制御回路、５は検出器であり。 第１図 ５検出器 第 図 第 図 第 図 第 図 十〇℃ 一〇を 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光束を発生する光源と、この光源から発生される光束を
   被走査媒体上に偏向する偏向手段と、前記被走査媒体を
   前記光束の走査方向に対して直交する方向に移動させる
   移動手段とを有する光走査装置において、前記被走査媒
   体に設定された基準移動速度に対する実移動速度むらを
   検知する検知手段と、この検知手段により検知された実
   移動速度むら量に基づいて移動する前記被走査媒体に対
   して走査される各光束の照射エネルギーが均一となるよ
   うに前記光源の光束強度を制御する光束制御手段とを具
   備したことを特徴とする光走査装置。