JPS6232767A - 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】 （技術分野） 本発明は、光走査方法に関する。

（従来技術） 半導体レーザーからの変調光を、回転多面鏡や。

ホログラムスキャナー等の回転偏向器で偏向させる方式
の光走査方式は良く知られている。回転偏向器は、一般
に、光束を、等角速度的に偏向させるので、被走査面上
における走査速度を一定にするために、一般にはｆθレ
ンズが用いられている。

しかし、ｆθレンズは特殊なレンズであり、製造コスト
も高い。従って、できればｆθレンズを用いずにすませ
たいという要望もある。また、近時、光束の走査角速度
が一定でないような、特殊なポリボンミラーも提案され
つつあり（特願昭５９−２７４３２４号）、このような
場合には、ｆθレンズを用いても、走査速度は一定とな
らないので、ｆθレンズの使用ができない。

このような事情に鑑みて、近来、ｆθレンズを用いずに
、光走査を行なう光走査方式が意図されつつある。例え
ば、第６図は、このような光走査方式の走査装置の１例
を示している。

光束は、レンズ８０を介して、回転偏向器たる回転多面
鏡８２に入射し、その反射面のひとつにより反射されて
、光導電性の感光体８４に入射し、レンズ８０の作用で
感光体上に集束する。回転多面＠８２を矢印方向へ等速
回転させれば、光束は、第６図で左方から右方へ向って
偏向し、感光体８４を、その母線方向へ、左方から右方
へと光走査する。なお、符号８６は、受光素子を示し、
この受光素子８６は、光走査の起点の同期をとるのに用
いられる。

回転多面鏡８２の回転により、光束を反射する反射面が
切換るにつれて、偏向すなわち、光走査が周期的に繰返
されることになる。

ところで、光走査の際、１画素の情報書込にねりあてら
れる時間をＴとして、１／Ｔで与えられる周波数ｆｇを
もつクロックを画像走査クロックという。

ｆＯレンズを用いない光走査方式では、走査光による、
被走査面上の走査速度は一定とならないのであるから、
画像走査クロックの周波数ｆｇを一定にしておくと、書
き込まれた情報に歪みが生じてしまう。かかる情報の歪
みを除去するには、被走査面上における走査速度の変化
に応じて、上記周波数ｆｇを変化させる必要がある。す
なわち。

走査速度が大きいところでは、それに応じて、画像走査
クロックの周波数ｆｇを高くシ、走査速度の小さいとこ
ろでは、周波数ｆＫを低くしなければならない。

このように１画像走査クロックの周波数ｆｇを、走査速
度に応じて変化させることによって、書き込まれた情報
画像の歪みを有効に軽減させることができる。

ところで、先にのべたように１周波数ｆＫは、１画素の
情報書込みに割当られた時間Ｔの逆数である。従って５
周波数ｆｇが変化することは１時間Ｔが変化することに
対応する。そうすると、光走査の際、走査光の強度が一
定であると、走査速度の大きいところ（時間Ｔが短かい
）と、小さいところ（時間Ｔが長い）で、１画素の書込
みに使用される光エネルギーに差異を生ずることになり
、光走査による書込の際、走査速度の変化に従って。

１画素あたりの露光光量が変化し、得られる情報画像に
は、走査速度の変化に応じた像濃度変化が生ずることに
なる。

（目　　的） 本発明は、上述した情報に鑑みてなされたものであって
、ｆθレンズを用いない光走査方式において、走査速度
の変化に起因する、情報画像の歪み、像濃度変化を有効
に軽減しうる、新規な光走査方法の提供を目的とする。

（構　　成） 以下、本発明を説明する。

光走査方法は、本発明において、光源として、半導体レ
ーザーを用いる。半導体レーザーからの変調光（画像信
号に応じた変調信号で変調されている）は、回転偏向器
、すなわち、回転多面鏡やホログラムスキャナーで偏向
され、ｆθレンズを用いることなく、被走査面を光走査
する。

半導体レーザーの発光強度は温度に対して非常に不安定
であるので、出力強度制御回路により、発光強度の基準
値への設定が行なわれる。

発光強度の基準値への設定は、光書込走査時以外の時間
に行なわれる。すなわち、１頁分の光書過走査の開始に
先立つスタンバイ時に行ってもよいし、あるいは、光走
査が行なわれている状態において、走査光の各偏向の際
の、光書適時間以外の時間を利用して行ってもよく、上
記光書適時間以外の時間を利用し、偏向が数回行なわれ
るごとに１度の割合で行なうなどしてもよい。

出力強度制御回路としては、出願人が先に特願昭６０−
１６０１０号において提案したものを用いることができ
る。

また、画像走査クロック周波数制御回路により。

被走査面上における走査速度の変化に応じて１周波数が
連続的に変化する画像走査クロックが発生せしめられる
。

この画像走査クロック周波数制御回路としては。

出願人が先に特願昭６０−９２９６０号において提案し
たものを用いることができる。

さて、半導体レーザーの、光書込走査時における発光強
度が基準値に設定されるとき、デジタルの基準値信号が
、出力強度制御回路から得られる。

一方、画像走査クロック周波数制御回路では、発振器か
らの基準クロックに対する分周率が１段階的に切換られ
、それに応じて、フェイズ・ロックド・ループ回路から
、周波数が連続的に変化する画像走査クロックが得られ
るのであるが、分周率が切換られるたびに、アップ／ダ
ウンカウンタ−を駆動して、デジタルの補正信号を得る
。

そして、上述の基準値信号と補正信号とを、演算手段に
おける２つのＤ／Ａコンバーターに、それぞれ印加する
。即ち、Ｄ／Ａコンバーターの一方には、デジタルの基
準値信号が印加され、他方には、デジタルの補正信号が
印加される。

演算手段は、上記基準値信号を補正信号により演算変調
する。この演算変調のための演算は、加算、減算２乗算
、除算のいずれでもありうる。演算変調の結果、アナロ
グ信号が得られるが、このアナログ信号は、走査速度の
変化に比例して階段的に変化する。このアナログ信号の
階段的な変化が１画像走査クロックの周波数変化に応じ
た適正な露光量を良い近似で対応するようにアップ／ダ
ウンカウンタ−の出力値や、演算手段における演算式を
定めるのである。

そして、このアナログ信号を、変調信号で変調しつつ、
半導体レーザーを駆動するのである。これによって、露
光量は、階段的にではあるが、走査速度に応じて露光む
らを軽減するように変化する。

以下、具体的な実施例に即して説明する。

第１図は、本発明の光走査方式のための回路例を示して
いる。第１図において、画像走査クロック周波数制御回
路３８と、デジタル値設定回路４０とをのぞいた部分は
、出願人が先に特願昭６０−１６０１０号において提案
した。出力強度制御回路と同じである。

そこで、第１図を参照して、まず、半導体レーザーの発
光強度の基準値への設定と、基準値信号の発生につき説
明する。

演算手段４２は、２つのＤ／Ａコンバーターを有し、そ
のうちの一方は、基準値信号用で、他方は補正信号用で
ある。補正信号用のＤ／Ａコンバーターは、上記発光強
度の基準値への設定が行なわれるとき（以下、出力強度
制御時という）には、出力強度制御回路の働きに対して
全く寄与しないように制御される。従って、出力強度制
御時には、演算手段４２は、基準値信号用のＤ／Ａコン
バーターとしてのみ機能する。

さて、半導体レーザー１０から後方へ射出されたレーザ
ー光は、ホトセンサー１４に受光される。ホトセンサー
１４は、受光した光の強度に比例した電流を出力し、こ
の電流の増幅器１６により電圧に変換され、比較器１８
に電圧値ＶＭとして印加され、基準電圧Ｖ　ｒｅｆと比
較される。比較器１８の出力電圧は、電圧ｖＭとＶ　ｒ
ｅｆの大小関係に応じて高レベルまたは低レベルとなり
、アップ／ダウンカウンタ−２０（以下、単にカウンタ
ー２０と称する）のカウントモードを制御する。例えば
、Ｖｍ＜Ｖｒｅｆのとき、すなわち、半導体レーザー１
０の出力強度が基準値に達していないときは、比較器１
８の出力が低レベルとなり、カウンター２０はアップカ
ウンターとして作動するカウントモードすなわちアップ
モードとなり、ＶＭ＞Ｖｒｅｆのときは逆にダウンカウ
ンタ−として動作するカウントモードすなわちダウンモ
ードとなる。

エツジ検出回路３２は、フレーム同期信号ＦＳＹＮＣの
立上りエツジを検出し、その検出信号はオア回路３４を
通ってアンド回路３０で、フレーム同期信号ＦＳＹＮＣ
とのアンドがとられる。

フリップフロップ２８は、アンド回路３０の出力により
スタンバイモードの始めにセットされて出力信号を生じ
、この出力信号はアンド回路２６で、非走査信号とのア
ンドがとられる。

カウンター２０は、アンド回路２６の出力信号により、
ディスエーブル状態が解除され、クロックパルス発生器
２４からのグロックパルスをアンプまたはダウンカウン
トする。

カウンター２０のカウント出力は、演算手段４２（先に
のべたように、出力強度制御時には、単なるＤ／Ａコン
バータとして動作する）によりアナログ量に並換されて
、半導体レーザー駆動回路１２に印加される。同回路１
２は、変調信号により半導体レーザー１０を駆動するが
、その駆動電流を演算手段４２からの出力に応じて変化
させる。

したがって、カウンター２０の計数値が徐々に増加（ま
た減少）するにともなって、半導体レーザー１０からの
レーザー光の強度は徐々に増加（または減少）し、比較
器１８に印加される電圧ｖ１１１は、徐々に増加（また
は減少）する。

電圧ＶＭが徐々に変化して、Ｖｒｅｆとの大小関係が反
転すると、比較器１８の出力も、低レベルから高レベル
（または高レベルから低レベル）へと反転する。このと
き、エツジ検出回路２２が、比較器１８の出力の立上り
（または立下り）のエツジを検出して、フリップフロッ
プ２８をリセットし、カウンター２０をディスエーブル
状態に復帰させる。

従って、カウンター２０は、上記比較器１８の出力反転
の際の計数値を保持し、従って、半導体レーザー１０の
駆動電流の大きさが、そのまま保持されるにのとき実質
的にＶＭ＝Ｖｒｅｆであり、半導体レーザー１０の出力
強度は、基準電圧ｖｒｅｆを通じて設定された基準値に
設定される。このように、半導体レーザー１０の発光強
度が基準値に設定された状態で、カウンター２０から出
力されるデジタル信・号が基準値信号である。

なお、エツジ検出回路２２は、比較器１８の出力が低レ
ベルから高レベルへ反転したときにのみ、カウンター２
０をディスエーブル状態にするように構成してもよい。

このようにすると、比較１ｉａの出力レベルが低レベル
から高レベルへ反転するときは、上記の場合と同じであ
るが、上記出力レベルが高レベルから低レベルへと反転
するときには、以下の如くになる。すなわち、高レベル
から低レベルに反転すると、カウンター２０は、ディス
エーブル状態が解除されたまま、アップカウンターとし
て動作することになる。そして、半導体レーザー１０の
駆動電流は増加し、比較器１８の出力が低レベルから高
レベルへと反転すると、エツジ検出回路２１がその立上
りエツジを検出して、カウンター２０をディスエーブル
状態にして、その計数値を保持させるのである。

また、カウンター２０は、比較器１２の出力が低レベル
でダウンカウンタ−として作動し、上記出力が高レベル
でアップカウンターとして作動するようにし、その計数
値と半導体レーザー１０の駆動電流が反比例するように
してもよい。

なお、出力制御タイミング発生回路３６は、フレーム同
期信号ＦＳＹＮＣによりスタンバイモードで作動し、一
定周期で出力制御タイミング信号を発生してオア回路３
４に出力することによって、半導体レーザー１０のパワ
ーセットを一定同期で行なわせる。

感光体を走査するときは、非走査信号がなくなってアン
ド回路２６がオフし、カウンター２０がディスエーブル
状態となり、半導体レーザー１０がスタンバイ状態の走
査時には駆動されず、半導体レーザー１０のパワーセッ
トは、未了なら中断される。

そして非走査時には上記パワーセットが再開される。　
上記の如くして、半導体レーザーの発光強度が基準値に
設定されると、カウンター２０から基準値信号が得られ
る。この基準値信号は、パワーセットの行なわれるたび
に変動する可能性はあるが、一旦パワーセットが行なわ
れたのちは、次回まで変化することはない、− 次に、補正信号の発生につき説明する。

第２図は、第１図における画像走査クロック周波数制御
回路３８、デジタル値設定回路４０の具体的な回路の１
例を示している。

第２図において、アップ／ダウンカウンタ−６８と演算
手段４２とを除いた部分は、画像走査クロック周波数制
御回路を構成し、この制御回路は、出願人が先に特願昭
６０−９２９６０号において提案したのと同じものであ
る。この画像走査クロック周波数制御回路において、位
相検波回路５８とローパスフィルター６０、電圧制御発
振器６２９分周器６４は、フェイズ・ロックド・ループ
回路（以下ＰＬＬ回路と称する）を構成する。

画像走査クロック周波数制御回路から上記ＰＬＬ回路を
のぞいた部分と、アップ／ダウンカウンタ−６８とは、
第１図におけるデジタル値設定回路４０を構成している
。

まず、画像走査クロック周波数制御回路の働きにつき、
簡単に説明する。

発振器５４から発せられる周波数ｆｏの基準クロックは
１分周器５６により分周されて、周波数ｆｏ／Ｈの位置
制御用クロックとなり、制御回路１ＧおよびＰＬＬ回路
の位相検波回路５８に入力する。

位相検波回路５８は、上記位置制御用クロックと分周器
６４から入力するクロックとの位相を比較し、その位相
差をパルス信号としてローパスフィルター６０に出力す
る。ローパスフィルター６０を介して、上記位相差の情
報が電圧制御発振器６２に入力すると同発振器６２は、
ローパスフィルター６０の出力電圧に応じた周波数のク
ロックを出力する。このクロックが画像走査クロックと
なる。画像走査クロックは分周器６４で分周され、クロ
ックとして位相検波回路５８へ印加され、位置制御用ク
ロックと位相比較される。

分周器６４の分周率は、これをＭとすると固定値であり
、この分周器６４から位相検波回路５８に印加Ｏ されるクロックと位置制御用クロック（周波数−）どの
位相差が変化しないとき、電圧制御発振器６２から発せ
られる画像走査クロックの周波数ｆｇは、ｆ　Ｋ　＝ｆ
ｏ・−である。

この状態で、分周器５６の分周率をＮからＮ□に切換る
と、位置制御用クロックの周波数はｆＯ・−とＮ工 なり１画像走査クロックの周波数ｆＫは、ｆＯ・−から
ｆｏ・−まで連続的かつ単調に変化する。

従って分周器５６の分周率を段階的に切換ることにより
、周波数が連続的に変化する画像走査クロックが得られ
る。

さて、制御回路５０は、分周器５６における分周率のプ
リセット値を、アップ／ダウンカウンタ−５２（以下、
単にカウンター５２という）から出力させるためのクロ
ックＣＫ、ディスエーブル状態を解除する信号ＥＮ、ア
ップ／ダウンのモードを設定する信号Ｕ／Ｄを発する。

なお、制御回路５０１分周器５６には、受光素子８６（
第６図）から得られる同期信号が印加される。

アップ／ダウンのモードは、走査速度の極値近傍でアッ
プモード（もしくはダウンモード）からダウンモード（
もしくはアップモード）に切かえるように信号Ｕ／Ｄの
発生が行なわれる。

クロックＣＫが入力するとカウンター５２は、プリセッ
ト値を更新して、分周器５６の分周率を切換る。

切換幅ΔＮは一定である。

さて、光走査が行なわれる走査領域は、予め、複数のブ
ロックＢＬＩ、　ＢＬ２．・・・、　ＢＬｉ、・・・、
　ＢＬＫに分割されており、各ブロックＢＬｉ（ｉ＝１
〜Ｋ）ごとに、数値阿ｉとｎｌ（ｉ＝１〜Ｋ）とが定め
られている。・ そして、ｉ番目のブロックＢＬｉでは１位置制御用クロ
ックが、制御回路５０にＭｉパルス入力するごとに、制
御回路は５０はクロックＣＫを発生させることによって
、分周器５６の分周率がΔＮだけ切換る。

ブロックＢｌｉでは、クロックＣＫの発生はｎｉ回生ず
る。従ってブロックＢＬｉは位置制御用クロックのＭｉ
−０１個に対応する。そしてブロックＢＬｉを光走査す
る間に１分周率はｎｉ・ΔＮだけ変化する。

ブロック数にや、Ｍｉ、ｎｉの値は、電圧制御発振器２
２から発生する画像走査クロックの周波数ｆＫが走査速
度変化に伴う理想の周波数変化を良く近似するように、
光走査装置の設計条件に応じて実験的あるいは理論的に
定めら九る。

第７図に１例を示す。図において曲線は、理想上の画像
走査クロックｆＫｏ　（回転偏向器としては、特願昭５
９−２７４３２４号で提案さ胆だ特殊なポリゴンミラー
を用いる回転多面鏡が想定されている。この回転多面鏡
では、ポリゴンミラーの回転角αに応じて、光束の偏向
角θは、　ｓｉｎθ＝（１−−ｓｉｎα）なる関係を満
足する。Ａ、Ｒは、ポリゴンミラーの形態上の定数であ
る。）を、また、階段状のグラフ線は、周波数ｆＫ１＝
−・ｆｏを、それぞれ示している。分周率Ｎを段階的に
切換ることにより階段状に変化するのである。この折線
ｆｇ１の下の数字５．６．１０．１６は、図の右端を走
査開始側として、それぞれＭｌ、　Ｍ２．　Ｍ３．　Ｍ
４に対応している。図から明らかなようにｎｌ＝　６　
、　ｎ２＝　９　、　ｎ３＝３　、　ｎ４＝５である。

この図は対称図形の半分のみを示しており、対称性から
明らかなように、ブロック数には７、Ｍ５”ｌＯ，ｎ５
”３．　Ｍ６：６、　ｎ６＝９．　Ｍ７：５゜ｎ７：６
である。また５分割率Ｎの切換幅ΔＮ＝１である。分周
率が段階的に切換られるに従い、画像走査クロックは連
続的に変化して、理想上の周波数変化ｆｇ０良く近似す
る。ちなみに、分周率Ｎは、走査領域の両端で６９、中
央部で８９である。

以上が、画像走査クロック周波数制御回路の説明である
。

ここで、再び第２図にもどって、補正信号の発生につき
説明する。

制御回路５０で発生する信号ＥＮ、　ＣＫ、　Ｕ／Ｄは
、カウンター５２に印加されると時間に、アップ／ダウ
ンカウンタ−６８（以下、単にカウンター６８と称する
。）に印加される。従って、カウンター６８と。

カウンター５２とは、同時に、ディスエーブル状態を解
除され、カウントを行ない、アップモード。

ダウンモードの切換を行なう。従って、カウンター６８
は、画像走査クロック周波数制御回路における、発振器
５４からの基準クロックに対する分周率Ｎが切換られる
たびに駆動されてカウントを行ない、カウント量に応じ
て階段的に変化するデジタルの信号を出力する。この信
号が補正信号である。

この補正信号は、上に説明した例では、カウンター５２
．６８のアップ／ダウンモードの切換が同じであるので
、第５図に示すように、走査速度の大きい・ところで大
きく、走査速度の小さいところで小さい。

そこで、この補正信号により、前述の基準値信号を演算
変調する。

補正信号、基準値信号は、演算手段４２に加えられる。

第４図に、演算手段の基本的な回路構成の２例を示す。

第４図（Ｉ）に示すのは、演算処理が乗算型である。

基準値信号、補正信号は、それぞれ、Ｄ／Ａコンバータ
４２２．４２１に印加され、それぞれアナログ量に変換
される。

補正信号はＤ／Ａコンバータ４２１でアナログ化され、
Ｄ／Ａコンバータ４２２に印加される。

Ｄ／Ａコンバータ４２２は基準値信号をアナログ化する
が、その出力は、Ｄ／Ａコンバータ４２１から印加され
るアナログ信号で乗算的に変調される。

今説明している例では、補正信号は第５図に示す如く、
走査速度の大小関係と比例的に対応しているので、結局
Ｄ／Ａコンバータ４２２からは、走査速度の変化に比例
的に対応して階段的に変化するアナログ信号である。従
って、このアナログ信号を、変調信号で変調しつつ半導
体レーザーを駆動することにより、光走査領域における
。走査速度の大きいところでは、半導体レーザーの発光
強度が大きく、走査速度の小さいところでは、上記発光
強度が小さくなる（ただし１発光強度の変化は階段的で
ある）ので、走査方向にわたる露光量の不均一は有効に
軽減されることになる。

第４図（ｎ）は、演算手段４２の一般的な形態であり、
Ｄ／Ａコンバータ４２１．４２２によりアナログ化され
た基準信号、補正信号は、アナログの演算回路４２３で
演算処理され、所望のアナログ信号（走査速度の変化に
比例的に対応して階段的に変化する）に演算変調される
。演算回路において行なわれる演算は、加算あるいは乗
算（補正信号が、走査速度の変化と比例的に対応してい
る場合）、ま。

たは、減算あるいは除算（補正信号が、走査速度の変化
と反比例的に対応している場合）である。

この場合、各Ｄ／Ａコンバーターのゲインを可変するこ
とで分解能を得ることができる。

第３図には、補正信号を得るための別の回路例を示す。

この例では、画像走査クロック周波数制御回路において
１分周率の段階的な切換の際に駆動されるアップ／ダウ
ンカウンタ−５２の出力自体を演算回路７０に印加し、
所定値と組合せて必要な演算処理例えば加算あるいは減
算の処理を行なうことにより所望の補正信号を得るよう
にしている。

第２図、第３図において、モード設定信号は。

出力強度設定時の、補正信号用のＤ／Ａコンバーター（
第４図の、Ｄ／Ａコンバーター４２１）が、半導体レー
ザーの出力強度制御回路の働きに寄与しないようにデジ
タル値設定回路４０（第１図）を制御し、また、光走査
時には、基準値信号用のＤ／Ａコンバーター（第４図で
は、Ｄ／Ａコンバーター４２２）の出力を保持するよう
に、アップ／ダウンカウンタ−２０を制御する。

（効　果） 以上、本発明によれば、新規な光走査方法を提供できる
。本発明の光走査方法は上記の如くに構成されているの
で、ｆθレンズを用いないにもかかわらず、記録画像に
おける歪みや濃度むらを有効に除去して、光走査を行う
ことができる。

また、補正信号もデジタル的に発生させるので。

その発生回路をコストの低いＩＣで構成でき、信頼性も
高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を実施するための回路の１例を示すブ
ロック図、第２図は、補正信号を発生させるための回路
の１例を示すブロック図、第３図は、補正信号を発生さ
せるための回路の別個を示すブロック図、第４図は、演
算手段の具体例を２例示すブロック図、第５図は、走査
速度と補正信号の対応を説明するための図、第６図は１
本発明を光走査方式を行うための光学配置の１例を示す
図、第７図は、画像走査クロック周波数制御回路の働き
を説明するための図である。 １０・・・・半導体レーザー、１４・・・・ホトセンサ
ー。 ２會７２ 第　　５　　図 竿　　９　　図 皮

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザーからの変調光を回転偏向器で偏向させ、
   被走査面を、ｆθレンズを用いることなく走査する光走
   査方式において、 出力強度制御回路により、光書込走査時における半導体
   レーザーの発光強度を基準値に設定するための、デジタ
   ルの基準値信号を得、 画像走査クロック周波数制御回路により、被走査面上で
   の走査速度の変化に応じて周波数が連続的に変化する画
   像走査クロックを発生せしめ、上記画像走査クロック周
   波数制御回路において、発振器からの基準クロックに対
   する分周率が切換られるたびに、アップ／ダウンカウン
   ターを駆動して、デジタルの補正信号を得、 上記基準値信号と補正信号とを、演算手段における２つ
   のＤ／Ａコンバータにそれぞれ印加し、上記演算手段に
   より、上記基準値信号を補正信号で演算変調することに
   より、上記走査速度の変化に比例的に対応して階段的に
   変化するアナログ信号を得、 このアナログ信号を変調信号で変調しつつ、半導体レー
   ザーを駆動することを特徴とする、光走査方法。