JPH1082964A - ビーム偏向方法 - Google Patents

ビーム偏向方法

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JPH1082964A JP9216590A JP21659097A JPH1082964A JP H1082964 A JPH1082964 A JP H1082964A JP 9216590 A JP9216590 A JP 9216590A JP 21659097 A JP21659097 A JP 21659097A JP H1082964 A JPH1082964 A JP H1082964A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザプリンタの解像度を上げ、印刷速度を
上げ、バンディングの視覚的影響を低減する新たな走査
方法を提供する。 【解決手段】 レーザプリンタに係る画像形成面４５上
のレーザビーム２０の周期軌道走査経路を形成する方法
である。二軸偏向器を用いたシステムのための周期軌道
の実施例は、選択的なレーザビームのパルス化のための
有効なドット位置によるほぼ矩形なグリッドを提供する
ための多周波数のオメガ波軌道を含む。このように、複
数のほぼ直線的なドット列は、前記画像形成面上のレー
ザビームの単一走査経路において形成される。周期軌道
は、電気光学偏向器のような、レーザ１５と回転ポリゴ
ンスキャナ３０の間に位置された光学ビーム偏向器によ
るレーザビームを偏向することによって提供される。ビ
ーム偏向器の実施例は折り返し光路を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般には画像形成
技術に係り、とりわけレーザプリンタにおけるレーザビ
ームの走査の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ業界においては、高品質の
ハードコピーを生成する上でレーザプリンタが標準とな
っている。一般的には、レーザプリンタは感光性の帯電
したドラムまたはベルト上にレーザビームを軸方向
（「走査方向」）に走査することによって動作する。画
素すなわち「ピクセル」が画像を作成するための基本構
築ブロックである。レーザプリンタにおいては画素は
「ドット」の形態をとり、ドットは基本的には光伝導ド
ラムあるいはベルトをレーザ光の集束パルスに露光する
ことによって生成される電荷の転写形状である。露光さ
れた領域はトナーを吸着し、このトナーが次に紙あるい
は他の印刷媒体に転写されて最終的なハードコピー画像
中の対応するドットが形成される。従来のレーザプリン
タにおいては、レーザビームが光伝導面上を走査される
たびにそのレーザ出力が高速に変調すなわち「パルス
化」され、各パルスが１つのドットを形成し、各走査パ
スによって１本の近接したドットの列（「走査線」とも
呼ばれる）が生成される。同時に、光伝導面が（走査方
向に直角な、「走査交差方向」とも呼ばれる）処理方向
に移動し、その結果、連続する各走査によって、先行す
る列に平行であるが光伝導面の移動のために先行する列
から変位したドット列が形成されて、多数の連続するド
ット列の書き込みによって２次元画像が形成される。個
別に解像可能なインチあたりのドットの数（ｄｐｉ）と
して定義される画像解像度はプリンタ出力の品質を決定
する特性の１つである。例えば、６００ｄｐｉの解像度
のレーザプリンタの解像度は３００ｄｐｉのプリンタの
解像度の２倍である。同様に、１２００ｄｐｉのプリン
タの解像度は６００ｄｐｉのプリンタの解像度の２倍で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、インチあたり
のドット数が多いほど、画質は高くなる。これは、ドッ
トがより小さくまた互いにより近接するため、生成され
る画像のエッジやその他の細部をより正確に画成できる
ためである。しかし、ｄｐｉが大きくなると、通常それ
に要するメモリの増大およびハードウェアの改善のため
のプリンタ製造コストの増大が生じる。したがって、コ
ストと性能との間のバランスのとれた取捨選択がレーザ
プリンタの設計における課題となっている。
【０００４】プリンタの解像度を上げる従来の方法の１
つとして、ビームが従来の直線走査パスで光伝導ドラム
上を移動する際のレーザパルスの周波数を上げるという
方法があった。しかし、この方法によると走査方向の解
像度のみが増大し、処理方向（ドラムの周方向）の解像
度は増大しない。すなわち、インチあたりドット数の増
大は走査方向には実現されるが処理方向には実現されな
い。
【０００５】グレースケール技術の開発によって解像度
を有効に増大する方法がもたらされた。グレースケール
技術はプリンタのドットサイズを選択的に縮小して、ド
ットを所望の画像により良好に「適合」させることを可
能とし、より大きなコントラスト範囲を提供するもので
ある。ドットサイズは通常のサイズの１００％から約２
０％の範囲で変化し、変調周波数ではなくパルス幅（レ
ーザ変調パルスの持続時間）によって制御される。パル
ス幅変調（ＰＷＭ）と呼ばれるこの技術はドットの位置
ではなくそのサイズを局所的に変化させるものである。
したがって、ＰＷＭを用いる３００ｄｐｉのプリンタは
３００ｄｐｉの間隔でドットパターンを生成するが、個
々のドットのサイズはさまざまである。
【０００６】改善を要するレーザプリンタの性能特性と
して解像度に加えて印刷速度がある。計算速度の技術的
改善が続くなかで、消費者の要求を満足するには印刷速
度も同様に改善されねばならない。しかし、一般的には
レーザプリンタの印刷速度を上げるには、多面走査ミラ
ー（回転ポリゴンスキャナ）と光伝導ドラムの両方の回
転速度を上げて単位時間あたりの出力を大きくすること
が必要である。しかし、ドラムおよび回転ポリゴンスキ
ャナの回転速度を上げようとする場合、通常多くの機械
的困難が伴ない、プリンタ製造コストが著しく増大す
る。
【０００７】走査中にレーザパルス幅を変調すると、光
伝導面の電荷の変動が（グレースケールに関して説明し
たように）用紙上のドットサイズの変動に変換される。
しかし、人間の視覚はグレーレベルの小さな変化に非常
に敏感であるため、この構成はドラム速度の変動にきわ
めて影響されやすいことがわかっている。かかる変動は
印刷されたページ上では行間隔の増減として、また視覚
的には走査方向に平行な「縞」として現われ、この問題
は「バンディング」と呼ばれている。バンディングは写
真等のグレーレベル画像を印刷する高速レーザプリンタ
において特に深刻な問題となる。研究の結果、中間的グ
レーレベルにおいて最も著しいバンディング効果が発生
することがわかっている。
【０００８】ほとんどの市販のプリンタにおいては、歯
車減速機を有するステッパモータを用いて光伝導ドラム
あるいはベルトが駆動される。バンディングの主たる原
因は減速機のギヤノイズであるが、ステッパモータおよ
びスキャナの速度変動もこの問題の一因をなしている。
ギヤノイズは歯の間隔の不完全、ギヤ間での力の伝達時
の歯の屈曲のばらつき、およびギヤの力の伝達における
その他の固有の変動に起因する。ステッパモータはそれ
がレーザプリンタ内の歯車列を駆動する際にバンディン
グの一因を生じる。各刻みを規定する複数の磁石位置の
ばらつきに起因する角速度のわずかなばらつきがその原
因である。
【０００９】新たなプリンタ製品は常により高速に印刷
を行うよう設計され、またバンディングの要因は高速に
なるほど大きくなるため、バンディングの問題は今後さ
らに深刻さを増すものと考えられる。バンディング効果
を低減する従来の試みは、ギヤノイズおよびステッパモ
ータの速度変動を低減する機械的方法の発見を主眼とし
てきた。例えば、過去に試みられた機械的な方法には、
はすば歯車あるいは材料の剛性または精度を増した歯車
を用いるものがあるが、かかる改善方法は一般的に最終
製品のコストを大幅に増大させるものである。さらに、
かかる方法は（位置フィードバックを持たない）機械的
に理想的な開ループ運動制御系を形成することによって
バンディングの問題の根本原因に対処しようとするもの
である。すなわち、モータ速度の変更あるいは前記のバ
ンディングの諸要因の修正にいかなるソースからのフィ
ードバックも用いないモータ駆動系によってドラムを一
定速度で回転させようとするものである。本発明の譲受
人に譲渡された１９９５年９月１２日出願の「Beam Def
lecting For Resolution Enhancement And BandingRedu
ction In A Laser Printer」と題するRobert J. Lawton
その他の米国特許出願第０８／５２８，４８８号（ＰＤ
１０９５０５５４）には、エッジ解像度を上げ、バンデ
ィングを低減するためのランダムに変化するレーザビー
ム走査法が開示されているが、この方法はプリンタの速
度および解像度の改善に関しては限られた効果しか持た
ない。
【００１０】したがって、レーザプリンタの解像度、印
刷速度およびバンディングに関する上記の現状に鑑み、
本発明は（１）従来プリンタ解像度の改善に伴なって生
じていたハードウェアコストの増大を最小限に抑さえな
がらレーザプリンタの解像度を上げ、（２）印刷速度を
上げ、（３）バンディングの視覚的影響を低減する新た
な方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によるシス
テムおよび方法は、レーザプリンタの光伝導面上に２次
元の周期的な軌道を有するレーザビーム走査経路を提供
するものである。このビーム軌道は時間的・空間的な周
期を有し、レーザビームのパルス化のためのドット位置
のほぼ直線的なグリッドを提供する。光伝導面をレーザ
ビームが走査するたびに、走査方向に平行な複数のほぼ
直線的なドット列が形成される。
【００１２】レーザビームは通常の回転ポリゴンスキャ
ナによって走査方向に位置決めされるだけではなく、別
のビーム偏向器によっても位置決めされ、このビーム偏
向器はビームを処理方向にのみ、あるいは走査方向と処
理方向の両方において位置決めする。２次元の周期的ビ
ーム軌道はこの回転ポリゴンスキャナとビーム偏向器が
協働することによって得られる。ドットの配置はレーザ
をこの周期的軌道の位相（従来技術と同様に、位相はラ
ジアンで測定され、この周期的軌道の１サイクルは２π
ラジアンの位相を有する）に対して選択的に変調するこ
とによって行われる。
【００１３】コスト、複雑性、および使用目的等の設計
目的に応じて、いくつかの実施例がある。処理方向にの
み動作する一軸ビーム偏向器を用いたシステムでは、周
期軌道走査経路の一実施例が三角波を形成する。一軸ビ
ーム偏向器を用いた改良されたシステムでは、偏向器は
走査方向と処理方向の中間の方向に動作するように配置
され、周期的軌道走査経路の一実施例が鋸歯状波を形成
する。走査方向と処理方向とで独立的に動作する二軸ビ
ーム偏向器を用いたシステム（あるいは２つの一軸偏向
器を用いても同等のシステムが得られる）は、周期軌道
走査経路の一実施例が多周波数のオメガ波を形成する。
本発明に係る改良された周期軌道走査経路生成システム
には、折り返し光路を有するビーム偏向器を含むものが
ある。
【００１４】ビームがこの周期軌道上を移動するとき、
レーザが適当な位置（あるいは適当な時間としても等価
である）で変調され、ビームがドラム上を走査するたび
に（走査方向に平行に整列した）複数のドット列が生成
される。連続するドット列が生成されるにつれて、ドラ
ム上に利用可能なドット位置の直線的グリッドが２つの
グリッド方向に一定の間隔をおいて形成される。グリッ
ド方向は好適には走査方向（ドラムの軸方向すなわちＸ
方向）と処理方向（ドラムの周方向すなわちＹ方向）で
あるが、これ以外の方向として例えば平行四辺形のグリ
ッドを形成することもできる。
【００１５】本発明の周期軌道走査経路は印刷速度の増
大と（解像度の改善やバンディングの低減といった）画
質の改善を可能とするものである。本発明の他の目的、
利点、および機能は以下の説明から明らかになるであろ
う。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１はレーザプリンタの画像形成
面（ドラム）４５上のレーザビームの周期軌道走査経路
を形成するための本発明のシステム１０の概略ブロック
図である。本発明を光伝導体の露光された領域がトナー
を吸着して画像の黒あるいはカラーの領域を形成する電
子写真式システムを例にとって説明するが、本発明は光
伝導体の非露光領域がトナーを吸着し、露光領域はトナ
ーを吸着せず画像の白いスペースを形成する電子写真式
システムにも適していることは明らかである。また、本
発明を直線的グリッド内に離散的ドットを形成すること
によって画像を作成するレーザプリンタを例にとって説
明するが、本発明はかかる「ドット」のグリッドを有せ
ず、作成される画像の必要条件に応じて走査軌道上に任
意の長さの画素あるいはマークを形成する画像形成シス
テムにも適用可能であることは明らかである。
【００１７】レーザ１５は本発明に必要なビーム偏向機
能を有するビーム偏向器２５を介してレーザビーム２０
を照射する。ビーム偏向器２５は（システムの設計目的
に応じて）一軸偏向器あるいは二軸偏向器とすることが
できる。二軸偏向器の場合には、レーザビームの経路内
に、直交する偏向が得られるように配列された２つの一
軸偏向器（図示せず）はこれと同等な代替案であり、こ
こでの二軸ビーム偏向器についての記述はすべて２つの
直交配列された一軸偏向器にもあてはまるものである。
【００１８】好適には、ビーム偏向器２５は偏向器に要
求される口径を制限するためにレーザ１５と回転ポリゴ
ンスキャナ３０の間に配置される。かかるビーム偏向器
は基本的には例えばレーザをその集光レンズに対して平
行移動させるかあるいはビームステアリングミラーを傾
動させることによって動作する。しかし、ビーム偏向器
２５は当該技術分野において周知である電気光学（Ｅ−
Ｏ）ビーム偏向器であり、周波数応答、偏向角、偏向範
囲、動作の効率および自由度の理想的な組み合わせを提
供するものであることが好適である。ビーム偏向器２５
は印刷フォーマッタ（図２）によって制御され、振幅、
ビーム偏向間の周波数と位相との関係、レーザ１５の変
調、および回転ポリゴンスキャナ３０の回転が維持され
る。
【００１９】回転ポリゴンスキャナ３０はビームをレン
ズ３５を介して折り返しミラー４０および画像形成面
（ドラム）４５上で走査する。ここではドラム４５を図
示しているが、ドラム４５の代わりに連続ベルト（図示
せず）等の他の画像形成および画像転写媒体も容易に使
用し得ることは明らかである。
【００２０】レーザビーム２０ａ、２０ｂはレーザビー
ム２０が回転ポリゴンスキャナ３０に応答してドラム４
５を走査するときその経路のエンドポイントを示す。レ
ーザビーム２０ｃ、２０ｄは本発明の周期軌道によって
得られる多重ビーム経路を示す。ビーム偏向器２５は回
転ポリゴンスキャナ３０と協働してドラム４５上に周期
軌道走査経路を形成する。周期軌道走査は一般に湾曲し
た経路を形成し、かかる経路は場合によってある一定の
距離にわたって後退することさえある。しかし、この湾
曲した軌道を適当なタイミングのレーザビーム変調によ
ってサンプリングすることによって、プリンタはドラム
のドット形成位置からなる規則的グリッドを得ることが
できる。すなわち、主グリッド方向に均一なドット間隔
を有する直線的なグリッド（Ｘ（走査）方向およびＹ
（処理）方向に均一なドット間隔を有する矩形のグリッ
ドを含む）を生成することができる。レーザは（形成中
の画像の必要条件に応じて）ある特定のグリッド位置に
おいて実際には変調されたりされなかったりするため、
グリッド位置は、形成中の画像に必要な場合にドットが
書き込まれる位置であるということを強調する意味で、
「使用可能ドット位置」と呼ばれることが多いことを指
摘しておく。画像の白いスペースに該当するグリッド位
置にはドットは書き込まれない。
【００２１】周期軌道走査経路はドラム面をレーザビー
ムで１回走査する間に複数のほぼ直線状のドット列を得
ることを可能とし、印刷速度および／または画質が向上
する。１回の走査で多数のドット列が形成され、回転ポ
リゴンスキャナ３０の回転速度を上げることなくドラム
４５の回転速度を上げることができることから印刷速度
の向上が可能となる。各走査パス中に電気光学偏向器に
選択された電圧オフセットを印加する（本実施例の方
法）か、あるいは周期軌道走査経路との関係においてレ
ーザ変調の位相（タイミング）を選択的に調整すること
によってバンディングを修正することが可能であること
から画質の向上が得られる。解像度はビームを使用可能
なドット位置のより細かいグリッド上で連続的に偏向す
ることによって大域的に改善するか、あるいは（例えば
フォント文字のエッジ等に）解像度の高い領域を作成す
ることによって局所的に改善することができる。
【００２２】ビーム位置検出器５０が従来と同様にドラ
ムに対する走査方向におけるビーム位置を検出し、また
本発明においてはこれを処理方向におけるビーム位置の
検出に用いてビーム偏向器２５によるビームの位置決め
の監視および制御を行うこともできる。すなわち、ビー
ム位置検出器５０がＹ軸ビーム位置決め誤差の補正に有
効な処理方向のビーム位置を示す信号をＹ軸補正回路９
０（図２）に送出する。
【００２３】ドラム回転誤差検出器５５を用いてギヤノ
イズあるいは他の発生源に起因するドラム４５の回転誤
差を検出し、Ｙ軸補正回路９０に回転位置信号を送出し
てバンディング補正等を行うこともできる。ドラム回転
誤差検出器５５とビーム位置検出器５０の両者によっ
て、ドラム上のビームの位置決めの正確な閉ループ制御
に必要な位置決め情報が得られる。
【００２４】レーザプリンタの走査を改善するための本
発明に係るシステム１０には次のような利点がある。 ・走査および処理の両方向における解像度（ｄｐｉ）が
向上する。 ・処理方向の公称グリッド位置の間のドット配置が改善
される。 ・画質、速度、および製造コストを最適化するための設
計上のフレキシビリティが向上する。 ・ドラム位置の細かい機械的補正を必要としないバンデ
ィングエラーの閉ループ補正が可能である。 ・回転ポリゴンスキャナの速度を上げることなく印刷速
度を上げることができる。 ・設計者およびユーザーが解像度と速度との取捨選択を
行うことができる。 ・既存のレーザプリンタの設計に最小限の変更を加える
だけで周期軌道走査機能を追加することができる。 ・市場における製品の価格対性能比を向上させることが
できる。
【００２５】図２は本発明の信号経路を示す概略制御ブ
ロック図である。図中、同一要素には同一参照符号が付
される。
【００２６】図２において、レーザ１５がビーム偏向器
２５を介してビーム位置検出器５０にレーザビーム２０
を投射している。Ｙ軸補正回路９０が印刷フォーマッタ
８５からの信号８０とビーム位置検出器５０およびドラ
ム回転誤差検出器５５からの信号とを受信し、これらの
信号はすべてビーム偏向器２５を駆動する信号８１の生
成に用いられる。Ｙ軸補正回路９０はビーム偏向器２５
に対して閉ループＹ軸制御を行い、それによってドット
配置を制御してバンディングの補正等を行う。
【００２７】ビーム偏向器２５の簡単で比較的低コスト
の実施態様には、ドラム上でＹ（処理）方向のビーム運
動を生成するように配置された一軸電気光学偏向器が用
いられる。この単純な偏向器構成を用いたシステムのた
めの周期軌道走査経路の一実施例においては、図３に示
すような「三角波」周期軌道が生成される。（このビー
ム偏向器によって得られる）速度が一定で方向が反復的
に逆転するＹ方向のビーム運動が、（回転ポリゴンスキ
ャナによって得られる）Ｘ方向の一定速度のビーム運動
と組み合わされて、その名前の示す通りＸ方向およびＹ
方向に対して角度を成す一連の直線的セグメントからな
る三角波軌道が生成される。ビーム偏向器の方向が変わ
るたびに、この三角波軌道に山あるいは谷が生じる。使
用可能ドット位置からなる直線的グリッド（この場合平
行四辺形グリッド）が図４の例に示すように形成され
る。レーザ変調を行うことのできるグリッド位置の例が
「○」で示されている。電子写真（ＥＰ）技術において
は周知の通り、かかる「ドット」は実際には丸くはな
く、ここに掲げる図面では説明の便宜上丸として表わさ
れている。比較のために、同図の左側の目の粗い正方形
グリッドで周期軌道走査を行わないプリンタの基本解像
度を示している。この例では、ＸおよびＹの両方向の解
像度（ｄｐｉ）はページ速度を上げることなく２倍にな
ることに注意しなければならない。図４のグリッドの生
成に要するレーザ変調周波数は偏向器の基本周波数の８
倍である。この軌道例を生成するためのパラメータ値は
次の通りである。 ｆ＝１、ｖ＝１、Ａ＝１、Ｘ（ｔ）＝ｖｔ 各偏向サイクルの前半においては、Ｙ（ｔ）＝２Ａｆτ
０＜τ＜１／（２ｆ） 各偏向サイクルの後半においては、Ｙ（ｔ）＝２Ａ（１
−ｆτ） １／（２ｆ）＜τ＜１／ｆ レーザ変調時間：τ＝０、１／８、２／８、３／８、４
／８、５／８、６／８、７／８ レーザ変調時の偏向器
の位相：０、π／４、２π／４、３π／４、４π／４ レーザ変調周波数＝８ ここで、 ｆ：偏向周波数、 ｖ：回転ポリゴンスキャナによるＸ方向のビーム速度 ｔ：時間 τ：現在の偏向サイクルの開始後の経過時間（τ＝ｔ−
ｎ／ｆ） Ａ：偏向の振幅 ｎ：ｔ＝０以後に完了した偏向サイクルの数（ｎ＝０、
１、２、３、…） この技術を機能させる上で、レーザが所望のグリッドに
一致するビーム経路上の位置で変調される限りにおい
て、三角波ビーム軌道は必ずしも完全に直線状のセグメ
ントから構成する必要はないことを指摘しておく。厳密
な直線性からのかかる逸脱は、ビーム偏向器とそれに関
係する駆動回路に要求される帯域幅を小さくする上で有
益である。ビーム偏向器の必要帯域幅を低減しながらこ
の三角波周期軌道走査経路を近似し、その効果を導く方
法の１つとして高い調波周波数を加えた正弦波がある。
【００２８】この三角波周期軌道には非常に簡単なハー
ドウェア構成の使用が可能であることを含め多くの利点
があるが、周期軌道走査から得ることが可能な全ての利
点を持つものではなく、また欠点もいくつか存在する。
三角波法の限界は具体的には次の通りである。 ・偏向器の方向が変化する三角波の山や谷に書き込まれ
るドットがあり、これによってドラム上のビーム速度が
一時的に低下し、ドット形成のパラメータに悪影響が生
じる。 ・各走査パスにおいてドットは多数の部分的に完成した
列として書き込まれ、連続する走査パス中の隣接する
「インターレースされた」ドット列を正確に位置決めす
るために、他の方法より回転ポリゴンスキャナの速度の
一定性が高くなければならない。 ・他の方法に比べ、一走査パスあたりに完成されるドッ
ト列が少ない。図４の例では、ドットは５つの異なる列
を成して描かれているが、そのうちドラム上での各ビー
ム走査パス中に実際に完成される列は２つしかなく、こ
の例ではページ速度の増大は得られない。 ・この方法で生成された非矩形（平行四辺形）グリッド
は、印刷文字を得るために従来の矩形グリッドのものと
は異なるドットマッピングを必要とする。 ・（各ドット列の形成に２回以上の走査パスを必要とす
る）インターリーブされた走査線を用いた印刷を行うに
は、フォーマッタをより複雑なものとしなければならな
い。
【００２９】かかる問題点のほとんどは解決可能ではあ
るが、コストと性能に関する設計上の比較衡量を行った
場合、より高い性能をもたらす他の周期軌道の採用が望
ましい場合がある。
【００３０】一軸ビーム偏向器を有するレーザプリンタ
において、その偏向器を走査方向と処理方向の中間にあ
る方向のビーム運動を生成するように配置することによ
って機能の向上をはかることができる。かかる中間的方
向に配置された一軸ビーム偏向器によって生成すること
のできる周期軌道走査経路の一実施例では、図５に示す
ような「鋸歯状波」が生成される。ビーム偏向器と回転
ポリゴンスキャナによって得られる複合ビーム運動によ
って、各偏向サイクルの一部においてビームがほぼＹ方
向に移動し（この間レーザの変調とドットの書き込みが
可能である）、次に各偏向サイクルの残りの期間におい
てビームがある角度を成す経路上を戻る（この間レーザ
は変調されず、ドットの書き込みは行われない）周期軌
道走査経路が形成される。図６に示すように、得られる
鋸歯状波周期軌道走査経路は、使用可能なドット位置の
矩形グリッドを生成しながら各走査パス中に複数の完成
されたドット列を効率的に生成することができる。
【００３１】回転ポリゴンスキャナによるビーム運動を
瞬間的に無視し、ビーム偏向器による運動のみを考慮し
て、偏向器はドラム上にＹ方向に対して角度θだけ回転
した経路に沿ったビーム運動を生成するように回転され
位置合わせされる。θの大きさは０゜から９０゜の間で
あるため、このビームは、偏向器が印加される信号に応
答するときＸ（走査）方向とＹ（処理）方向の両方向に
運動成分を有する。すなわち、（回転する経路に沿っ
て）距離Ａだけ偏向されるビームは、Ｘ方向には距離Ａ
ｓｉｎθ、Ｙ方向には距離Ａｃｏｓθだけ移動する。Ｘ
ビーム位置およびＹビーム位置は単純にこの回転する経
路上のビーム位置のこれらのＸ成分およびＹ成分である
ため、Ｘ運動およびＹ運動は同じ周波数と位相、また一
定の振幅と速度比（ｔａｎθに等しい）を有し、Ｘ運動
およびＹ運動を個別に制御するための二軸偏向器は不要
である。
【００３２】ポリゴン走査によるＹ方向のビーム運動の
再導入、位置合わせ角θおよびビーム偏向速度は、ビー
ム偏向速度のＸ成分によってポリゴン走査によるＸ方向
のビーム速度がほぼ打ち消され、各偏向サイクルのかな
りの部分においてＸ方向の速度がほとんど生じないよう
に選択される。各サイクルのこの部分において、ビーム
はほぼＹ方向にのみ移動し、矩形グリッド中のドットを
形成し、所望の画像を生成する。この場合も、レーザ変
調可能なグリッド位置の例を図６に「○」で示す。比較
のために、同図の左側の目の粗い正方形グリッドで周期
軌道走査を行わないプリンタの基本解像度を示してい
る。この例では一走査パスあたりに４つのドット列が書
き込まれるため、ＸおよびＹの両方向の解像度（ｄｐ
ｉ）は２倍になり、プリンタのページ速度も２倍にな
る。
【００３３】鋸歯状波軌道を生成するためにビーム偏向
器に印加される周期信号は図３を参照して説明した三角
波軌道を生成した信号と同様である。すなわち、各偏向
サイクル中の１つの上昇する電圧ランプと１つの下降す
る電圧ランプである。図５の鋸歯状波周期軌道の例を生
成するためのパラメータ値は次の通りである。 ｆ＝１、ｖ＝１、θ＝７．１２５゜ Ａθ＝４．０３１１、ＡY＝Ａｃｏｓθ＝４、ＡX＝Ａｃ
ｏｓθ＝４ 各偏向サイクルの前半においては ０＜τ＜１／（２
ｆ）であり、 Ｘ（ｔ）＝ｖｔ−２ＡXｆτ Ｙ（ｔ）＝２ＡY（１−ｆτ） 各偏向サイクルの後半においては １／（２ｆ）＜τ＜
１／ｆであり、 Ｘ（ｔ）＝ｖｔ＋２ＡX（ｆτ−１） Ｙ（ｔ）＝２ＡY（１−ｆτ） レーザ変調時間：τ＝１／１６、３／１６、５／１６、
７／１６ レーザ変調時の偏向器の位相：π／８、３π／８、５π
／８、７π／８ レーザ変調周波数＝８（瞬時）、４（平均） ここで、 θ：（Ｙ軸から測定した）ビーム偏向器の回転位置合わ
せ角 Ａθ：回転する経路上の偏向の振幅 ＡX：Ｘ方向の偏向の振幅 ＡY：Ｙ方向の偏向の振幅 他の変数は上に定義した通りである。鋸歯状波法の潜在
的利点は次の通りである。 ・一軸偏向器と１つの偏向器駆動回路しか必要としな
い。 ・簡単で安定した方法である。 ・一走査パスあたりに生成されるドット列の数に制限が
ない。 ・一走査パスあたりに完成されるドット列の数の点で効
率的である。 ・矩形グリッドの生成が可能である。 ・すべてのドットがドラムに対する同じビーム速度で書
き込まれる。 鋸歯状波法の限界としては次のようなものがある。 ・ビームの偏光を回転される偏向器に合うように回転し
なければならないため、三角波法に比べて光学的構成が
複雑になる。 ・各軌道サイクルのビーム帰還部分の所要時間がドット
の書き込みに用いられない。したがって、この方法は他
の方法に比べ偏向サイクルあたりのドット数の点では効
率が低く、言い換えれば、他の方法と同じサイクルあた
りドット数を得るためににはより高い偏向周波数としな
ければならない。 ・走査方向のドット間隔が部分的にはビーム偏向器の配
置角度によって決まり、ソフトウェアのみでは制御する
ことができない。 ・ビーム偏向器に電圧オフセットを印加してバンディン
グを補正しようとすると、所望のＹ方向移動とともに望
ましくないＸ方向の移動が生じる。したがって、実際上
バンディング補正法はドット形成のタイミングを制御す
る方法に限定されてしまう。
【００３４】実際のシステムではビーム偏向器の駆動に
用いられる最も高い周波数成分が制限されるため、図６
のドット配置形状では偏向器の方向が逆転する「歯」の
最上部と最下部にはドット配置を必要としない。これに
よって、ドット位置を犠牲にすることなくこの鋸歯状軌
道を丸まった「歯」を持つものとすることができる。こ
の形状は、必要な帯域幅が縮小され、すべてのドットを
ドラムに対する同じビーム速度で書き込むことが可能で
あるという点で大きな利点をもたらす。
【００３５】ドットの書き込みが各偏向サイクルの処理
方向の部分においてのみ行われるため、そのサイクルの
（書き込みの行われない）戻りすなわち復帰部分は線形
である必要はなく、その形状は偏向されたビームの戻り
速度を上げるよう最適化することができる。また、この
技術を機能させる上では、偏向対時間曲線の相当部分が
ほぼ線形であるか、あるいはこのビーム軌道が所望のグ
リッドに一致する位置でレーザ変調によってサンプリン
グされる限りにおいて、このビーム軌道が直線的線分で
構成されることは必要ではないことも指摘しておく。こ
のように直線や鋭角をなくすことは、ビーム偏向器の駆
動に要する信号の帯域幅を小さくする上で望ましいこと
である。この鋸歯状周期軌道に対しては、軌道のＹ方向
に位置合わせされていない部分で書き込みを行うもの等
を含む多くの変更態様が可能である。
【００３６】この鋸歯状軌道はＸ方向およびＹ方向に同
じ周波数と位相および適切な振幅を生じるように構成さ
れた二軸偏向器によっても生成可能であるが、鋸歯状軌
道を生成するより効率的で経済的な（したがって好適
な）方法として、ここに説明した回転位置合わされる一
軸偏向器を用いる方法がある。
【００３７】しかし、二軸偏向器は、一軸偏向器では複
製することができず、ビーム軌道の空間的および時間的
プロファイルの設計上の制御のできない周期軌道を生成
することができる。図７において、（図１の）ビーム偏
向器２５は、回転ポリゴンスキャナによるビーム運動の
ない状態で図７に示す「８の字状」曲線のようなリサー
ジュ曲線が生成されるようにＸ（走査）およびＹ（処
理）方向に個別に選択された駆動周波数および振幅を有
する二軸偏向器となっている。リサージュ曲線を形成す
るビーム偏向を（図１の）回転ポリゴンスキャナ３０に
よるビームの定速掃引と組み合わされて周期軌道走査経
路（ここでは「リサージュ波」と呼ぶ）が形成される。
図８には図７のリサージュ曲線から生成されるリサージ
ュ波を示す。図８に示す例のリサージュ波は「オメガ
波」と呼ばれ、この軌道を形成する互い違いに直立・反
転する一連のΩ字状の曲線からこの名がある。
【００３８】図８に示すオメガ波軌道は、等しい時間
（位相）間隔の「○」で示す使用可能なドット位置のグ
リッドを示す。この例では、レーザ変調周波数はＹ方向
の偏向器周波数の６倍である。図７の「８の字状」リサ
ージュ曲線およびそれから得られる図８に示すオメガ波
軌道を生成するためのパラメータ値は次の通りである。 ｆX＝２、ｆY＝１、ｖ＝１、ＡX＝０．１９２４、ＡY＝
０．５７７３ Ｘ（ｔ）＝ＡXｓｉｎ（２πｆXｔ）＋ｖｔ、Ｙ（ｔ）＝
ＡYｃｏｓ（２πｆYｔ） レーザ変調時間：ｔ＝１／１２、３／１２、５／１２、
７／１２、９／１２、１１／１２ レーザ変調時の偏向器の位相：π／６、３π／６、５π
／６、７π／６、９π／６、１１π／６ レーザ変調周波数＝６ ここで、 ｆX：Ｘ方向の偏向周波数 ｆY：Ｙ方向の偏向周波数 他の変数は上に適したものと同様である。
【００３９】振幅ＡXはＸ（１／１２）をＸ（３／１
２）に等しく設定することによって３つの所望のドット
位置が垂直方向に整列するＡXの値を求めることによっ
て決定された。その結果は次の通りである。 ＡX＝（１／６）／ｓｉｎ（π／３） ＡX＝０．１９２４ 対称性によって連続する各３点はすべて垂直方向に整列
する。図８および図９のオメガ波周期軌道の印を付けた
ドット位置（「○」で示す）はこの方法によって決定さ
れた。レーザはこの例ではπ／６を始点としてπ／３位
相間隔でオンされる。図９に示すように、これによって
Ｘ（走査）およびＹ（処理）方向に一定の間隔を有する
使用可能なドット位置の矩形グリッドが得られる。ただ
し、このビームのＸ偏向およびＹ偏向は時間のシヌソイ
ド関数である。ビーム偏向器をかかる比較的低い周波数
信号で駆動することの利点としては、動作の安定性が増
すこと、調整の簡単な低ノイズ信号発生器の使用が可能
であること等がある。図８および図９の「○」の印はπ
／６を始点としてπ／３の等しい位相間隔でレーザ変調
が行われる場合のドット位置であるが、バンディングを
補正するために位相間隔を選択的に調整するといったこ
とも可能である。比較のために、図９の左側の目の粗い
正方形グリッドで周期軌道走査を行わないプリンタの基
本解像度を示している。この例では一走査パスあたりに
３つのドット列が書き込まれるため、ＸおよびＹの両方
向の解像度（ｄｐｉ）は２倍になり、ページ速度は１．
５倍になる。
【００４０】図７から図９に示すリサージュ波周期軌道
のオメガ波の例においては、別々の一周波数信号を用い
てビーム偏向器のＸ軸およびＹ軸を駆動するが、リサー
ジュ波軌道はかかる一周波数の偏向信号には限定されな
い。リサージュ波周期軌道には、回転ポリゴンスキャナ
によるビーム運動のない状態で別々のＸ偏向信号および
Ｙ偏向信号によってビームが閉じた経路を繰り返し移動
するあらゆる軌道を含む。リサージュ波のＸ運動および
Ｙ運動を個別に制御する信号は１つの周波数を有するも
のとすることができ、あるいは２つ以上の周波数を有す
る信号であってもＸ運動を制御するかＹ運動を制御する
かにかかわらずかかる成分周波数が同一基準で計ること
が可能である限り用いることができる。２つの周波数は
その比が有理数を成すものであれば同一基準で計ること
ができる。偏向軸の一方または両方を多周波数信号（こ
れはより高い調波周波数を含む場合がある）で駆動する
ことによって、リサージュ波軌道をより良好に制御する
ことができ、またこれを用いて軌道形状の各部分の直線
性の増大、軌道の各部分でのビーム速度の均一性の増
大、あるいは他の軌道の改善をはかることができる。
【００４１】図１０は二軸偏向器によって生成されＸお
よびＹの両偏向信号により高い調波周波数を加えること
によって改良された「８の字状」リサージュ曲線の図で
ある。図１０には回転ポリゴンスキャナによるビーム運
動のないビーム経路を示す。この例では、Ｘ偏向信号に
第２の調波が加えられ、Ｙ偏向信号に第３の調波が加え
られた。図１０を図７と比較すると、かかる追加調波成
分によって直線性が増大することがわかる。また、ビー
ム速度の均一性を向上させることもできる。
【００４２】図１１には本発明に係る走査方向と処理方
向において独立的に動作する二軸ビーム偏向器を用いた
システムの周期軌道走査経路の一実施例を示す。図１０
の多周波数リサージュ曲線を回転ポリゴンスキャナ３０
（図１）の定速度掃引とを組み合わせると、図８のオメ
ガ波周期軌道を改善した、「多周波数オメガ波」周期軌
道と呼ばれるリサージュ波周期軌道が生成される。図１
１の多周波数オメガ波軌道はその形状が矩形波に多少類
似し、またこれら２つの形状の相違はより高い適当な周
波数成分を加えることによって適宜小さくすることが可
能であることを指摘しておく（ただし、直角な角を設け
てもそれによって別段の利点は得られずコストと複雑性
が増すだけであるため実際にはこれを実施する動機はほ
とんどない）。図１２には、プリンタの基底周波数（比
較のため同図の左側に示す）の２倍でドット位置のグリ
ッドを形成する２つの隣接する周期軌道走査経路を示
す。この例では一走査パスあたり５つのドット列が書き
込まれるため、プリンタ解像度がＸおよびＹの両方向に
２倍になり、ページ速度は２．５倍に増大する。
【００４３】図１０、図１１、および図１２に示す多周
波数オメガ波は多くの可能な構成の１つに過ぎず、また
この例では各偏向方向に１つの追加調波周波数のみが用
いられ、各偏向サイクルにおいて１０ドットの書き込み
を可能としているが、他の構成では異なる数の周波数が
用いられ、サイクルあたりのドット数もこれとは異なる
場合がありうることを指摘しておく。上に開示したオメ
ガ波軌道から得られる利点に加えて、かかる多周波数オ
メガ波軌道は、（バンディングの補正等のための）ドッ
トの位置決めの自由度を大きくし、（解像度の改善等の
ための）偏向サイクルあたりの形成ドット数の増大を可
能とし、（エッジ解像度の改善等のための）グリッド位
置間でのドットの追加能力の増大を可能とする。
【００４４】本実施例の多周波数オメガ波周期軌道は表
面上はＹ方向のみに動作する単純な一軸ビーム偏向器に
よって生成される矩形波軌道に似通っているが、この多
周波数オメガ波軌道はこれとは大きく異なっており、は
るかに好適なものである。本発明の周期軌道は空間的・
時間的に存在するものであり、空間的構成（形状）のみ
に基づいて適切な評価を行うことはできないことを強調
しておく。この軌道上でのビーム速度、特にドットが形
成される部分でのビーム速度についても慎重に考察する
必要がある。リサージュ波周期軌道一般、そして特に本
発明の多周波数オメガ波軌道は、各偏向サイクルのドッ
トが形成される部分において回転ポリゴンスキャナによ
る＋Ｘ方向のビームの運動を相殺する−Ｘ方向のビーム
偏向を含んだものである。その結果、画像形成面上のビ
ーム速度およびレーザ変調の周波数はドットの形成中に
は比較的低くまた一定したものとなる。これに対して、
Ｙ方向に動作し、表面上これに類似した矩形波軌道を形
成する一軸ビーム偏向器は（ポリゴン走査による）Ｘ方
向のビームの運動を相殺する手段を持たず、偏向サイク
ルのごく一部において全振幅のＹ軸ビーム偏向を行わね
ばならない。したがって、この偏向器はきわめて高速に
移動して軌道のうちドットが形成されるＹ方向に整列し
た部分を形成しなければならない。かかる高速性の条件
によって、ビーム偏向器およびレーザ、さらにはそれら
を駆動する電子装置に対して過剰な要求が課される可能
性がある。また、かかる極端な偏向およびドット書き込
み速度は解像度の向上、バンディングの補正、エッジ解
像度の改善等に要求される精密なドット配置を妨げるも
のとなる。
【００４５】図１１および図１２に例示する多周波数オ
メガ波周期軌道を生成するためのパラメータは次の通り
である。 ｆ1X＝２、Ａ1X＝０．１４４３３ ｆ2X＝４、Ａ2X＝０．０４８１１２ ｆ1Y＝１、Ａ1Y＝１．１５４７ ｆ3Y＝３、Ａ3Y＝０．０７７３５ ｖ＝１ Ｘ（ｔ）＝Ａ1Xｓｉｎ（２πｆ1Xｔ）＋Ａ2Xｓｉｎ（２
πｆ2Xｔ）＋ｖｔ Ｙ（ｔ）＝Ａ1Yｃｏｓ（２πｆ1Yｔ）＋Ａ3Yｃｏｓ（２
πｆ3Yｔ） レーザ変調時間：ｔ＝１／１２、２／１２、３／１２、
４／１２、５／１２、７／１２、８／１２、… （レー
ザはｔ＝０、６／１２、１２／１２では変調されな
い。） レーザ変調時の偏向器の位相：π／６、２π／６、３π
／６、４π／６、５π／６、７π／６、８π／６、…
（レーザは０、６π／６、１２π／６では変調されな
い。） レーザ変調周波数＝１０パルス／偏向サイクル（ドット
速度は１２ドット／サイクルで各サイクルで２ドットが
省略される。） ここで、 ｆ1X：Ｘ方向の基本偏向周波数 Ａ1X：Ｘ方向の基本周波数成分の振幅 ｆ2X：Ｘ方向の第２の調波偏向周波数 Ａ2X：Ｘ方向の第２の調波偏向周波数の振幅 ｆ1Y：Ｙ方向の基本偏向周波数 Ａ1Y：Ｙ方向の基本周波数成分の振幅 ｆ3Y：Ｙ方向の第３の調波偏向周波数 Ａ3Y：Ｙ方向の第３の調波偏向周波数の振幅 他の変数は上に定義したものと同様である。振幅Ａ1Xお
よびＡ2Xは式Ｘ（ｔ）＝Ａ1Xｓｉｎ（２πｆ1Xｔ）＋Ａ
2Xｓｉｎ（２πｆ2Xｔ）＋ｖｔ をＸ（１／１２）＝Ｘ
（２／１２）＝Ｘ（３／２）について同時に解くことに
よって決定された。これによって、５つの所望のドット
位置を垂直方向に整列させた。垂直方向の間隔は位置合
わせと同様に重要であるため、Ｙ方向の偏向に追加の周
波数成分、この場合（基本周波数の３倍の周波数を有す
る）第３の調波が加えられた。振幅Ａ1YおよびＡ3Yは式
Ｙ（ｔ）＝Ａ1Yｃｏｓ（２πｆ1Yｔ）＋Ａ3Yｃｏｓ（２
πｆ3Yｔ）をＹ（１／１２）＝１およびＹ（２／１２）
＝０．５について同時に解くことによって決定された。
これによって、０．５の垂直方向の間隔を確保した。
【００４６】他のリサージュ波軌道とも多少共通する多
周波数オメガ波周期軌道の潜在的利点のいくつかを挙げ
ると次の通りである。 ・ビーム偏向器あるいは他のシステム構成要素からの過
剰に高い周波数応答を必要とすることなくドット位置の
矩形グリッドへの接近が可能である。 ・個別に基準化可能なＸグリッド間隔およびＹグリッド
間隔を有する矩形グリッドを得ることができる。 ・ポリゴン速度を上げることなく印刷速度および画像解
像度が改善される。 ・ユーザーによる解像度と印刷速度との間の取捨選択が
可能である。 ・ビーム偏向器に低周波数のオフセット電圧を印加する
か、あるいはレーザパルス化のタイミングを調整してバ
ンディングを除去することができる。 ・軌道サイクルあたりの完成ドット数および走査パスあ
たりの完成ドット列数で表わす高い走査効率が得られ
る。 リサージュ波周期軌道走査法をここではＸ方向およびＹ
方向のビーム偏向および矩形波形状を近似する軌道の例
に言及して説明したが、Ｘ方向およびＹ方向に整列して
いないビーム偏向を利用する変更態様および／または矩
形波形状を近似しない軌道を形成する変更態様も可能で
あることは明らかである。
【００４７】図３、図４、図５、図６、図１０、図１
１、および図１２には３つのビーム偏向器構成に用いる
本発明の周期軌道走査経路の３つの実施例（すなわち、
三角波、鋸歯状波、および多周波数オメガ波周期軌道
法）を示すが、これらの方法はＸ振幅とＹ振幅、位相と
周波数成分、レーザ変調タイミング、およびドラム回転
速度等の変数を有する設計空間における３つの方法に過
ぎないことを繰り返し指摘しておく。したがって、他の
方法も可能であることに注意しなければならない。
【００４８】例えば、ドット配置の一方法として、単に
ビーム偏向器２５をＹ方向に立上がり時間の短い電気波
形を用いて駆動して回転ポリゴンスキャナ３０によって
生成される公称走査経路に近接した所望の位置にドット
を配置する方法がある。この「ランダムアクセス」法は
（バンディング補正等のために）ドット列上のドット位
置を徐々に変化させたり、あるいは（上に引用したLawt
onの出願に開示する「ビームボローイング（beam borro
wing）」等のために）ドット位置をより高速に変化させ
るのに適している。しかし、このランダムアクセス法は
各走査パス中に複数のドット列を形成するのには適して
いない。これは立上がりおよび立下がり時間で測定され
るビーム偏向器に対する要求性能が極端に、そしてほと
んど実現不可能なほど高くなるためである。また、ワッ
ト損、ソフトウェアおよびハードウェアの複雑性、コス
ト、電気的ノイズ、およびランダムアクセスドット配置
技術に関わる電子写真処理の制御等に関する問題点があ
り、それらは高性能プリンタにおいて特に顕著である。
【００４９】したがって、本発明の周期軌道走査法、特
に図３、図４、図５、図６、図１０、図１１、および図
１２に示す方法は最小限のビーム偏向器帯域幅でドット
配置の自由度を大きく改善するものである。
【００５０】本明細書では本発明の原理にしたがってド
ット配置および走査を改善することのできるすべての波
形すなわちビーム軌道を説明しようとするものではない
が、図１３には仕様可能な周期軌道の一代替実施例を示
す。
【００５１】図１３には、ビーム偏向器２５をレーザ変
調周波数の４分の１に等しい１つの周波数の正弦状に変
化する電圧でＹ方向に駆動して正弦波周期軌道を生成す
ることを基本とする代替的なドット配置法を示す。図１
３にはさらにレーザをビーム偏向器のπ／２位相間隔で
変調することによってドット位置の直線的グリッドを生
成する方法を示す。前出の図と同様に、「○」の印はレ
ーザ変調を行って画像を形成するためのドットのグリッ
ドを生成することのできる位置を示す。比較のために示
す図１３の目の粗いグリッドは周期軌道走査を行わない
プリンタの基底解像度を示す。この例では、プリンタの
ページ速度を変化させることなくＸ方向およびＹ方向に
２倍の解像度が達成される。図１３に示す軌道例を生成
するためのパラメータ値は次の通りである。 ｆY＝１、ＡY＝１、ｖ＝１、Ｘ（ｔ）＝ｖｔ、Ｙ（ｔ）
＝ＡYｃｏｓ（２πｆYｔ） レーザ変調時間：ｔ＝０、１／４、１／２、３／４、
１、… レーザ変調周波数：４
【００５２】本発明の改良された走査技術、より詳細に
は図３、図４、図５、図６、図１０、図１１、および図
１２に示す方法はレーザプリンタの開発者に速度、画
質、および装置コストの間での取捨選択の自由度を与
え、１つの便利なハードウェア実験プラットフォームを
提供するものである。例えば、周期軌道走査を用いて、
複数の従来のドット列をドラム面上のレーザビームの１
つの走査パスで処理することによって印刷速度を上げる
ことができる。１回のパスで複数のデータ列が走査され
るため、ドラムの回転速度を上げて処理されるデータ列
に対処し、それによって回転ポリゴンスキャナの回転速
度を上げることなくプリンタの出力速度を大幅に上げる
ことが可能であることは明らかである。本発明の改良さ
れた走査技術によって得られる設計の自由度を利用して
プリンタのユーザーの利用できるオプション、例えば低
解像度印刷モードと高解像度印刷モードを切り替えるオ
プション等を増やすことができる。最小限の回路構成で
異なる軌道（したがって異なる解像度）に必要な２つあ
るいは３つの波形が得られる。図１４には多周波数オメ
ガ法を用いて異なる解像度の印刷出力を生成する軌道の
例を示す。また、図１４は１つの走査パスで複数のドッ
ト列が生成される模様を示す。
【００５３】エッジ解像度の増強が本発明の周期軌道走
査のもう一つの用途である。エッジ解像度の増強は画像
のすべての「エッジ」をプリンタの基底解像度より高い
解像度で画像化する方法である。画像あるいは文字の
「エッジ」はトナーを吸着するように帯電した領域とト
ナーを吸着せず白いままである領域との間の境界として
定義される。
【００５４】図１５には部分的に画像化され、拡大され
た装飾的な「＋」記号１１０の上部を示し、従来の３０
０ｄｐｉ技術とグレースケールをエッジ解像度の増強お
よび本発明による新規の周期軌道走査法と組み合わせて
画像のエッジの解像度をＸおよびＹの両方向に２倍に上
げたものを示す。外形線１１５は「＋」記号１１０の所
望のパターンを示す。各ドット１１７はレーザパルスが
印加され、トナーを吸着する領域を示す。これらのドッ
トが所望の外形線１１５パターンを満たし、実際に印刷
される「＋」記号１１０が形成される。ドットの直径は
レーザ変調パルス幅の調整によって制御される。ドット
径のばらつきはグレースケールレベルを表わす。
【００５５】このグリッドは「＋」記号の画像形成ステ
ップを視覚的に明解に同定し、基底解像度すなわち従来
の３００ｄｐｉ技術を用いた場合のドット位置を同定
し、本発明の周期軌道走査技術で処理された従来のドッ
ト列を同定するように示されている。処理方向（Ｙ）お
よび走査方向（Ｘ）が図面上に示されている。
【００５６】エッジ解像度の増強は、この例では本発明
の周期軌道走査を用いて３００ｄｐｉグリッドのグリッ
ド点の間の位置にドットを配置することによって行わ
れ、画像のエッジで２倍の解像度増強が得られる。当該
技術において通常行われるように、画像を画成するドッ
ト位置はメモリマップに含まれる。
【００５７】本発明の周期軌道走査はエッジ解像度の増
強を実施する方法を提供するものである。例えば、図１
５にはこの「＋」記号のエッジの解像度を、エッジ解像
度増強、グレースケールおよび周期軌道走査を用いて３
００ｄｐｉのグレースケール解像度から６００ｄｐｉの
グレースケール解像度に倍増する際の態様を示す。
【００５８】図１５には「＋」記号１１０のドット列０
からドット列１０までの印刷を示すが、図面を簡略化す
るために、例として２つの周期軌道走査経路１２０、１
２５のみを示し、追加ドット１３０、１３５（破線で示
す）のみを参照符号を付して示す。すなわち、増強され
るエッジを画成するすべての追加ドットを参照符号で示
すものではない。同図にはエッジ解像度を２倍にするた
めに処理および走査の両方向において可能なドット配置
を示す。グリッドに中心を有しないドットは基底解像度
の２倍の解像度を有する。本発明の周期軌道走査経路は
画像のエッジに追加ドットを配置して画像エッジにおけ
る解像度を２倍にする手段を提供する。かかる方法によ
ってエッジ増強された画像は実際にプリンタの基底解像
度の２倍の解像度で生成された画像と視覚的に等価であ
り、実際上同じである。したがって、エッジ解像度の増
強によって画像全体の解像度が上がるが、これに必要な
プリンタメモリは少なく、またページあたりのトナー使
用量も高い解像度で動作するプリンタより少ない。
【００５９】本発明の周期軌道走査技術の他の用途とし
てバンディングの補正がある。ビーム偏向器はバンディ
ングを補正するための２つの機構を提供するものであ
る。まず、このビーム偏向器の周波数応答はＤＣ（ゼロ
周波数）にまで及んでいるため、ビーム偏向器の駆動に
用いられる信号にバイアス電圧を加えることによってバ
ンディングの補正を実施することができる。このバイア
ス電圧はビーム位置検出器５０およびドラム回転誤差検
出器５５（図１）によって供給される情報を用いてＹ軸
補正回路９０によって走査毎に決定される。この方法に
は、各周期軌道走査経路を必要に応じて処理方向に小さ
な正または負の量だけずらして、バンディングを発生さ
せ得るドラムの位置決め誤差を補正するという効果があ
り、好適な方法である。第二に、ドット配置は周期的走
査軌道の位相との関係におけるレーザ変調のタイミング
によって決まるため、ビーム偏向器の位相に対してレー
ザ変調の位相を選択的に進めたり遅らせたりすることに
よってＹ方向のドット位置を変化させることができる。
この方法には使用される周期軌道の形状による制約があ
り、したがってバイアス電圧による方法ほどの汎用性は
ない。（図１の）ドラム回転誤差検出器はこれらの技術
の両方に用いられ、またビーム位置検出器５０を用いて
ビーム偏向器の位置の忠実度を上げることができる。
【００６０】図１６においては、「折り返し光路ビーム
偏向器」と称するビーム偏向器の一実施例によって本発
明の周期軌道走査経路を生成する改良された手段が提供
される。図示するように、この折り返し光路ビーム偏向
器は１方向にのみビーム偏向を行うように、あるいは２
つの方向のそれぞれにおいて個別にビーム偏向を行うよ
うに構成することができる。ここでは特に折り返し光路
偏向器を開示するが、折り返しのない光路の使用も可能
であることはいうまでもない。
【００６１】ここに開示する周期軌道走査は、従来のレ
ーザプリンタにはないビーム偏向器２５（図１）を必要
とする。前述の通り、周期軌道走査には電気光学（Ｅ−
Ｏ）型のビーム偏向器が好適である。本発明の折り返し
光路偏向器は電気光学プリズムアッセンブリを内蔵する
ものであり、これを図１６を参照して説明する。レーザ
ビーム２０は第１の折り返しプリズム２２に入射し、ほ
ぼ直角に反射される（静的に方向を変えられる）。次
に、レーザビーム２０は電気光学プリズムアッセンブリ
２３を透過（初回）する。そのときこの偏向器に印加さ
れる電気信号に応じて小さな角度量αだけ動的に偏向さ
れる。レーザビーム２０はＥ−Ｏプリズムアッセンブリ
２３を出射してダハプリズム２４に入射し、２回反射さ
れ（静的に方向を変えられ）、その結果ビーム方向が約
１８０゜変化する。次に、レーザビーム２０は再度Ｅ−
Ｏプリズムアッセンブリ２３に入射し、それを透過（２
回目）する。このとき、ビームは偏向器に印加される電
気信号に応じて第２の小さい角度量βの２回目の動的偏
向を受ける。次に、レーザビーム２０はＥ−Ｏプリズム
アッセンブリ２３から出射（２回目）して、第２の折り
返しプリズム２６に入射する。そこでレーザビーム２０
はほぼ直角に反射され（静的に方向を変えられ）、第１
の折り返しプリズム２２に入射する前のその進行方向に
ほぼ戻る。第１の位相遅延プレート２１を設けてレーザ
ビーム２０がこのビーム偏向器に入射する際の偏光をＥ
−Ｏプリズムアッセンブリ２３の偏光条件を満たすよう
に修正することもできる。Ｅ−Ｏプリズムアッセンブリ
は結晶材料から構成され、当該技術分野で周知のように
特定の偏光条件を有する。第２の位相遅延プレート２７
を設けて、ビーム偏向器２５からの出射時のレーザビー
ム２０の偏光を修正して、第２の折り返しプリズム２６
と画像形成面（ドラム）４５（図１）の間のレーザビー
ム２０の経路内にある光学要素の偏光条件を満足するよ
うにすることもできる。
【００６２】本発明のＥ−Ｏプリズムアッセンブリ２３
は特定の周期軌道走査経路に要求される他のビーム偏向
特性を得るための、あるいはレーザプリンタの他の設計
目的および制約を満たすための代替的構成とすることも
できる。
【００６３】図１６には、レーザビーム２０がＥ−Ｏプ
リズムアッセンブリ２３を最初および２回目に通過する
際に加えられる偏向角α、βが同じ方向であり、また相
加的であって、その結果α＋βに等しい総偏向角を生じ
るＥ−Ｏプリズムアッセンブリ２３の「二重パス」構成
を示す。この構成は例えば偏向角および偏向速度を同時
に２倍にすることができるものである。
【００６４】次に、特に有効なもう一つの構成を図１７
を参照して説明する。この構成では、Ｅ−Ｏプリズムア
ッセンブリ２３が個別に制御可能なＥ−Ｏプリズムアッ
センブリ２３ａおよび２３ｂに分割され、二軸ビーム偏
向機能が得られる。Ｅ−Ｏプリズムアッセンブリ２３ａ
を通過中、レーザビーム２０は角度αだけ偏向され、Ｅ
−Ｏプリズムアッセンブリ２３ｂを通過中には角度βだ
け偏向される。ビーム偏向α、βによって画像形成面上
に直角なビーム運動が生じ、ビーム偏向器２５に印加さ
れる個別に制御可能なＸ信号およびＹ信号の結果とし
て、画像形成面（ドラム）４５（図１）上に個別に制御
可能なＸ運動およびＹ運動が生じる。
【００６５】図１８に示すように、ビーム偏向器２５は
きわめて高い機械的・熱的安定性をもって位置合わせさ
れ、２つの面（入力面および出力面）にしか反射防止コ
ーティングを必要としない永久的に接合された一体型ア
ッセンブリとして構成される。かかる永久的に接合され
たビーム偏向器アッセンブリは事前位置合わせされたモ
ジュールとして組み立て、プリンタの組み立て中に「差
し込み式に」の位置合わせを可能とすることができる。
ビームの静的な方向変更はプリズムの代わりにミラーを
用いて行うこともできるが、一体型アッセンブリの場合
プリズムの方が好適である。
【００６６】本実施例の折り返し光路ビーム偏向器には
次のような利点がある。 ・偏向器がレーザ１５と回転ポリゴンスキャナ３０との
間の距離に占める部分は限られていながら、Ｅ−Ｏプリ
ズムアッセンブリ内に任意の長さの光路を提供すること
ができる。・一軸偏向器において２倍の偏向角あるいは
偏向速度あるいはその両方を得る、あるいは二軸ビーム
偏向機能を得ることが可能な設計オプションがある。 ・ビーム偏向器はきわめて高い機械的・熱的安定性をも
って位置合わせされ、２つの面（入力面および出力面）
にしか反射防止コーティングを必要としない永久的に接
合された一体型アッセンブリとして構成することができ
る。 ・ビーム偏向器を事前に組み立ておよび位置合わせされ
た、プリンタの組み立て中に「差し込み式に」位置合わ
せすることの可能なアッセンブリとして構成することが
できる。 ・既存のレーザプリンタの設計に対する最小限の光学的
・機械的変更を加えるだけで周期軌道走査機能を追加す
ることができる。最大限の共通部品を用いて周期軌道走
査を有する製品モデルとそれを有しないモデルを製造す
ることができる。
【００６７】以上、レーザプリンタの印刷速度を上げ、
解像度を増強し、バンディング効果を低減する改良され
た走査技術のシステムおよび方法の実施例を説明した。
本発明は当該技術分野に既存のさまざまなハードウェア
および／またはソフトウェアのうち任意のものを用いて
容易に実施することができることは明らかである。さら
に、本発明をその具体的実施例を参照して説明したが、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく他の代替
実施例および実施方法あるいは変更が可能であることは
明らかであろう。
【００６８】以下に本発明の実施の形態を要約する。 １． 画像形成装置（１０）内の面（４５）上でビーム
を走査する方法であって、前記ビームを前記面上で２次
元の周期軌道（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）に方
向付けるビーム偏向方法。
【００６９】２． 前記周期軌道は前記面上での前記ビ
ームの１つの走査パスにおいて使用可能な画素位置のほ
ぼ直線的なグリッドを構成する上記１に記載のビーム偏
向方法。
【００７０】３． 前記ビームを選択された画素位置で
変調する上記１に記載のビーム偏向方法。
【００７１】４． 前記周期軌道は三角波形、鋸歯状波
形、リサージュ波形、矩形波形、および正弦波形からな
るグループから選択された波形を有する上記１に記載の
ビーム偏向方法。
【００７２】５． 前記ビームは走査方向の運動につい
てはスキャナ（３０）によって位置決めされ、走査方
向、走査交差方向、あるいは走査方向と走査交差方向の
組み合わせである方向の周期軌道運動については電気光
学偏向器（２５）によって選択的に位置決めされる上記
１に記載のビーム偏向方法。
【００７３】６． 面（４５）上にほぼ線形のレーザビ
ーム走査経路（２０ａ、２０ｂ）を有する画像形成装置
（１０）において、前記レーザビーム走査経路を変更す
る方法であって、前記レーザビームを偏向して（２５）
前記面上に周期軌道（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０
ｄ）を形成して、選択的レーザビーム変調を行う使用可
能なドット位置のほぼ直線的なグリッドを得るビーム偏
向方法。
【００７４】７． ビーム（２０）および面（４５）を
有する画像形成装置（１０）の性能を改善するシステム
であって、前記システムは、（ａ）前記ビームを前記面
上で２次元の周期軌道に方向付ける手段（２５、３０）
と、 （ｂ）前記ビームを前記周期軌道中の選択された
位置で変調する手段（１５）とからなるビーム偏向シス
テム。
【００７５】８． 前記周期軌道は使用可能な画素位置
のほぼ直線的なグリッドを構成する上記７に記載のビー
ム偏向システム。
【００７６】９． 前記周期軌道中の前記選択された位
置は使用可能な画素位置である上記８に記載のビーム偏
向システム。
【００７７】１０． 前記周期軌道は三角波形、鋸歯状
波形、リサージュ波形、矩形波形、および正弦波形から
なるグループから選択された波形を有する上記７に記載
のビーム偏向システム。
【００７８】１１． 前記ビーム（２０）は走査方向の
運動についてはスキャナ（３０）によって位置決めさ
れ、走査方向、走査交差方向、あるいは走査方向と走査
交差方向の組み合わせである方向の周期軌道運動につい
ては電気光学偏向器（２５）によって選択的に位置決め
される上記７に記載のビーム偏向システム。
【００７９】１２． 前記ビーム（２０）を前記面（４
５）上で周期軌道に方向付ける前記手段は、（ａ）前記
ビームの方向を静的に変える第１の方向変更手段（２
２）と、（ｂ）印加される信号に応じて前記ビームを動
的に偏向する第１の偏向手段（２３ａ）であって、前記
第１の方向変更手段から前記ビームを受けるように配設
された第１の偏向手段（２３ａ）と、（ｃ）前記ビーム
の方向を静的に変えるための、前記第１の偏向手段から
前記ビームを受けるように配設された第２の方向変更手
段（２４）と、（ｄ）印加される信号に応じて前記ビー
ムを動的に偏向する第２の偏向手段（２３ｂ）であっ
て、前記第２の方向変更手段から前記ビームを受けるよ
うに配設された第２の偏向手段（２３ｂ）と、（ｅ）前
記ビームの方向を静的に変えるための、前記第２の偏向
手段から前記ビームを受けるように配設された第３の方
向変更手段（２６）とからなる上記７に記載のビーム偏
向システム。
【００８０】１３． 前記ビームを動的に偏向する前記
第１および第２の偏向手段（２３ａ、２３ｂ）は前記面
でほぼ同じ方向のビーム運動を発生させる上記１２に記
載のビーム偏向システム。
【００８１】１４． 前記ビームを動的に偏向する前記
第１および第２の偏向手段（２３ａ、２３ｂ）は単一の
偏向器（２３）である上記１２に記載のビーム偏向シス
テム。
【００８２】１５． 前記ビームを動的に偏向する前記
第１および第２の偏向手段（２３ａ、２３ｂ）は前記面
でほぼ直角な方向のビーム運動を発生させる上記１２に
記載のビーム偏向システム。
【００８３】１６． 前記ビームを動的に偏向する前記
第１および第２の偏向手段（２３ａ、２３ｂ）は電気光
学偏向器である上記１２に記載のビーム偏向システム。
【００８４】１７． 前記ビームの方向を静的に変える
前記第１、第２、および第３の方向変更手段（２２、２
４、２６）は内部反射プリズムである上記１２に記載の
ビーム偏向システム。
【００８５】１８． 前記方向変更手段および前記偏向
手段がすべて接合されて一体のアッセンブリを成す上記
１２に記載のビーム偏向システム。
【００８６】
【発明の効果】本発明による周期軌道走査経路は、ドラ
ム面をレーザビームで１回走査する間に複数のほぼ直線
状のドット列を得ることにより、印刷速度および／また
は画質が向上する。また、１回の走査で多数のドット列
が形成され、回転ポリゴンスキャナ３０の回転速度を上
げることなくドラム４５の回転速度を上げることができ
ることから印刷速度の向上が可能となる。解像度につい
ては、ビームを使用可能なドット位置のより細かいグリ
ッド上で連続的に偏向することによって大域的に改善す
るか、あるいはフォント文字のエッジ等に解像度の高い
領域を作成することによって局所的に改善することがで
きる。そして、各走査パス中に電気光学偏向器に選択さ
れた電圧オフセットを印加するか、周期軌道走査経路と
の関係においてレーザ変調の位相（タイミング）を選択
的に調整するかによってバンディング補正を可能とす
る。よって、レーザプリンタの印刷速度を上げ、解像度
を増強し、バンディング効果を低減する改良された走査
方法が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザプリンタの画像形成面上にレーザビーム
の周期軌道走査経路を提供する本発明に係るシステムを
示す概略ブロック図である。
【図２】本発明に係る信号経路を示す概略制御ブロック
図である。
【図３】本発明に係る三角波状の周期軌道走査経路を示
す図である。
【図４】図３の三角波周期軌道走査経路中の選択された
位置でレーザビームを変調することによって生成される
ドットからなる平行四辺形グリッドを示す図である。
【図５】本発明に係る鋸歯状波の形状を有する周期軌道
走査回路を示す図である。
【図６】図５の鋸歯状波周期軌道走査経路中の選択され
た位置でレーザビームを変調することによって生成され
るドットからなる矩形グリッドを示す図である。
【図７】回転ポリゴンスキャナによるビーム運動のない
状態での二軸偏向器のＸ偏向およびＹ偏向によって生成
される「８の字状の」リサージュ曲線を示す図である。
【図８】図７の「８の字状」ビーム偏向によって生成さ
れるオメガ波形状を有するリサージュ波周期軌道走査経
路を示す図である。
【図９】図８のオメガ波周期軌道走査経路を選択された
位置でサンプリングすることによって生成されるドット
からなる矩形グリッドを示す図である。
【図１０】二軸偏向器によって生成され、Ｘ偏向および
Ｙ偏向の両方により高い調波周波数を加えることによっ
て生成される改良された「８の字状の」リサージュ曲線
を示す図である。
【図１１】図１０の多周波数のＸ偏向信号およびＹ偏向
信号によって生成される多周波数オメガ波周期軌道を示
す図である。
【図１２】図１１の多周波数オメガ波周期軌道走査経路
を選択された位置でサンプリングすることによって生成
されるドットからなる矩形グリッドを示す図である。
【図１３】ドット位置の平行四辺形のグリッドを示す一
代替実施例に係る正弦波周期軌道走査経路の一代替実施
例を示す図である。
【図１４】本発明の周期軌道走査経路によって得ること
のできるさまざまな解像度モードおよび走査パスごとの
複数ドット列の例を示す図である。
【図１５】部分的に画像化・拡大された装飾的な「＋」
記号の一部であり、本発明の方法を画像のエッジにおけ
る解像度の増大に用いた場合を示す図である。
【図１６】折り返し光路を有し、本発明の周期軌道走査
経路の生成に用いられるビーム偏向器の一実施例を示す
概略ブロック図である。
【図１７】Ｘ方向およびＹ方向のビーム偏向を行うため
の別々の電気光学プリズムアッセンブリを有するビーム
偏向器の一実施例を示す概略ブロック図である。
【図１８】永久的に接合された「一体型」アッセンブリ
として構成されたビーム偏向器の一実施例を示す概略ブ
ロック図である。
【符号の説明】
１０ 本発明のシステム １５ レーザ ２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ レーザビーム ２１ 第１の位相遅延プレート ２２ 第１の折り返しプリズム ２３、２３ａ、２３ｂ 電気光学プリズムアッセンブリ ２４ ダハプリズム ２５ ビーム偏向器 ２６ 第２の折り返しプリズム ２７ 第２の位相遅延プレート ３０ 回転ポリゴンスキャナ ３５ レンズ ４０ 折り返しミラー ４５ 画像形成面（ドラム） ５０ ビーム位置検出器 ５５ ドラム回転誤差検出器 ８０、８１ 信号 ８５ 印刷フォーマッタ ９０ Ｙ軸補正回路 １１０ 「＋」記号 １１５ 外形線 １１７ ドット １２０、１２５ 周期軌道走査経路 １３０、１３５ 追加ドット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像形成装置（１０）内の面（４５）上
    でビームを走査する方法であって、前記ビームを前記面
    上で２次元の周期軌道（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０
    ｄ）に方向付けることを特徴とするビーム偏向方法。
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