(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査ユニットを複数配置した光走査装置において、
前記走査ユニットは、走査ユニット本体部と結像レンズ部とが、走査ユニット本体部同士、結像レンズ部同士で交換可能に構成され、
前記走査ユニット本体部は、画像信号で変調されるレーザー光源と、前記レーザー光源からの光をコリメートするためのレンズと、該レンズから射出する光束を走査する走査ミラーと、該走査ミラーを回転させるモーターと、該モーターの回転スピードを検出する回転センサーと、前記走査ミラー位相を検出するミラー面検出センサーと、走査開始点・終了点を検出する原点センサーとを有し、
前記結像レンズ部は、前記走査ミラーからの光束を結像するためのレンズを有し、
前記複数の走査ユニットに対して、各走査ユニットに対応する画像信号を分割して送信する画像処理手段を含む、前記各センサーからの信号により走査を制御する制御部とを備え、
前記走査ユニットは、副走査方向（走査方向と直角）にずらして配置し、
前記結像レンズ部は、印字媒体に垂直に結像するテレセントリックな結像を行い、
前記複数の走査ユニットは、前記制御部に制御されて同時に走査を行うことを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記走査ユニット本体部の画像信号で変調されるレーザー光源は複数であり、
前記画像処理手段は、前記複数のレーザー光源に応じて画像信号を分割し、
前記複数の走査ユニットは、前記制御部に制御されて、同時に複数の走査線により走査することを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記走査ユニット本体部は、さらに前記原点センサー用のレーザー光源を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記複数の走査ユニットごとに、前記走査開始点・終了点を検出する原点センサーからの信号によりビデオクロック周波数を可変に発生するビデオクロック発生回路を備え、
レーザー走査線の長さを調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項５】
前記複数の走査ユニットごとに、前記レーザー走査線の傾きを調整するためのあおり機構と、前記レーザー走査線の上下の位置を調整するための光軸高さ調整機構とを有する姿勢制御機構を備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項６】
前記複数の走査ユニットは、互いに走査できる領域が重なるように配置するとともに、走査ユニット間の走査が重なる領域又は等価の位置に、つなぎ点の開始と終了の走査を検出するセンサーを配置し、
前記制御部は、前記センサーからのつなぎ点の開始と終了の検出信号により、各走査ユニットの走査のつながり位置を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光走査装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記走査ユニットごとに、前記レーザー走査線の左右方向の位置を調整するためのビデオクロック遅延回路を備え、
各走査ユニットの走査のつながり位置を前記ビデオクロック遅延回路の遅延量を制御することにより行うことを特徴とする請求項６記載の光走査装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記走査ユニットごとに、そのユニットで印字する画像信号を格納するメモリを有しており、該メモリの容量は、走査が重なる部分の画像信号も格納することができる容量であり、
前記画像処理手段は、各ユニットへの画像信号を分割して送出するときに、印字を行わない信号を付加でき、前記付加した印字を行わない信号により、各走査ユニットの走査のつながり位置を制御する
ことを特徴とする請求項６記載の光走査装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記走査線のつながり位置を変化させるよう制御することにより、レーザー走査線のつなぎ位置を目立たなくする
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷用途に使用する、印刷用の刷版を出力するコンピュータ・トウ・プレート（以下ＣＴＰと略称する）出力機や、プリント基板用ＣＡＤ出力をフィルム上に出力するプロッターや、印刷用版下を出力する写真植字機などに用いる光走査装置に関する。
【０００２】
【技術的背景】
印刷業界では現在、ＣＴＰと称し、組み版編集機等からのデータを直接印刷用の版材（オフセットプレート等）の上に焼き付け、フィルムなどの版下用感材を不要にするシステムが普及し始めている。
これらのＣＴＰ用出力機における露光は、版材と走査の光源との相対運動により、
１）内面ドラム方式
ドラムの内面に版材を固定し、ドラムの内部で中心軸方向に移動しつつ高速回転する走査用ミラーでレーザーから出たレーザー光を版材方向に向けて走査する方法
２）外面ドラム方式
ドラムの外面に版材を固定し、ドラムの回転とドラム自体の回転軸方向への移動、もしくは、回転軸に平行に移動していくレーザー光とで走査する方法
３）平面走査方式
１つの走査用ミラーでレーザー光を走査するとともに、版材を固定して走査するレーザ光を平面に平行に移動するか、走査するレーザ光を固定して版材を平面的に移動する方式
などに分類されている。これらの方式で用いられているレーザ光走査モジュールは１つであることが多い。
【０００３】
図１に示すような構成の複数の走査モジュールを用いる走査装置１００も存在している。この図に示す走査装置１００では、走査パスは複数の走査線１１７，１２７，１３７で構成されている。これらの走査線には、各走査モジュール１１０，１２０，１３０が割り当てられている。走査モジュール１１０，１２０，１３０は、それぞれ、走査するための走査用ミラー（ポリゴン・ミラー）１１３、１２３，１３３およびレンズ・ユニット１１４，１２４，１３４で構成されている。この走査モジュールは、偏向ユニット１１１，１２１，１３１で印字データにより入射するレーザ光を変調してから、ミラー１１２，１２２，１３２で、走査ミラー１１３，１２３，１３３に入射して、レンズ・ユニット１１４，１２４，１３４を介して走査面で、走査線１１７，１２７，１３７となる。走査線１１７，１２７，１３７は、この順で走査されて、走査パスを形成する。走査線の印字面における開始点と終了点の交差を検出するセンサー１１８，１２８，１３８，１４８があり、ある走査線の終了点と次の走査線の開始点との交差が監視されて、偏向ユニット１１１，１２１，１３１により、１つの線となるように制御されている。この交差を検出するセンサー１１８，１２８，１３８，１４８は、図１に示されているように、各走査モジュールの間で印字面より手前に設置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
平面上で版材を移動させ、１つのポリゴン・ミラーなどで移動方向と直角の方向にレーザー光で走査して印字する方式においては、光学系が巨大になるなどの関係であまり大きな走査幅をとることができず、また、光学系が巨大化することで光路長が長くなると共にレーザー光のスポットが大きくなり、Ａ１、Ａ０等の大サイズの出力機には不向きであった。すなわち、ポリゴン・ミラーと版材との距離を小さくして走査角度を大きくすると、走査の中心部と端とでレーザー光のスポット径が異なってくるためこれを補正する光学系が大型にならざるを得ず、逆にポリゴン・ミラーと版材との距離を大きく取って走査角度を小さくすると、光路長が大きくなって装置が大型となると共に、前記したようにレーザー光のスポット径を小さくすることが難しくなる。また、走査速度を高めるためには、ポリゴン・ミラーを高速に回転させる必要があるが、大型のポリゴン・ミラーでは難しい。
また、走査角度を小さくするために、複数の走査モジュールを使用した走査装置も、従来は走査モジュールで順次走査する方式であり、１走査あたりの走査時間は短いとは言えなかった。
このように従来の出力機は、出力物が大きくなると装置が大型化して機構が複雑になり、その上高精度を要求されるため高価になっていた。また、複数の走査に分けて行っても、その走査時間は短縮されなかった。
そのため、本発明の目的は、大サイズの版材を扱える、スポット径の小さな、高精度で高速な出力機等を構成できる走査装置を提供することや、汎用性の高い光走査ユニットを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、走査ユニットを複数配置した光走査装置において、前記走査ユニットは、走査ユニット本体部と結像レンズ部とが、走査ユニット本体部同士、結像レンズ部同士で交換可能に構成され、前記走査ユニット本体部は、画像信号で変調されるレーザー光源と、前記レーザー光源からの光をコリメートするためのレンズと、該レンズから射出する光束を走査する走査ミラーと、該走査ミラーを回転させるモーターと、該モーターの回転スピードを検出する回転センサーと、前記走査ミラー位相を検出するミラー面検出センサーと、走査開始点・終了点を検出する原点センサーとを有し、前記結像レンズ部は、前記走査ミラーからの光束を結像するためのレンズを有し、前記複数の走査ユニットに対して、各走査ユニットに対応する画像信号を分割して送信する画像処理手段を含む、前記各センサーからの信号により走査を制御する制御部とを備え、前記走査ユニットは、副走査方向（走査方向と直角）にずらして配置し、前記結像レンズ部は、印字媒体に垂直に結像するテレセントリックな結像を行い、前記複数の走査ユニットは、前記制御部に制御されて同時に走査を行うことを特徴とする。
このように、原点センサーを走査ユニット本体部に備えており、走査ユニット本体部と結像レンズ部とが、別々に交換可能に構成しているために、走査対象に応じた適切な結像レンズ部を用いることができるとともに、走査ユニットの取り付けを簡単にしている。
この光走査装置を用いることで、大サイズの印字媒体を扱える、スポット径の小さな、高精度で高速な出力機を構成することが可能である。
前記走査ユニット本体部の画像信号で変調されるレーザー光源は複数であり、前記画像処理手段は、前記複数のレーザー光源に応じて画像信号を分割し、前記複数の走査ユニットは、前記制御部に制御されて、同時に複数の走査線により走査する構成とすることも可能である。この構成では、走査を速く行うことができる。
また、前記走査ユニット本体部は、さらに前記原点センサー用のレーザー光源を備えることもできるので、走査対象に応じて出力が変化するレーザーを原点検出に用いる必要はなくなり、安定した原点出力の信号を得ることができる。
前記制御部は、前記複数の走査ユニットごとに、前記走査開始点・終了点を検出する原点センサーからの信号によりビデオクロック周波数を可変に発生するビデオクロック発生回路を備えることにより、レーザー走査線の長さを調整することができる。
さらに、前記複数の走査ユニットごとに、前記レーザー走査線の傾きを調整するためのあおり機構と、前記レーザー走査線の上下の位置を調整するための光軸高さ調整機構とを有する姿勢制御機構を備えることにより、各走査ユニットごとに走査線の傾きと高さを調整することができる。
前記複数の走査ユニットは、互いに走査できる領域が重なるように配置するとともに、走査ユニット間の走査が重なる領域または等価な位置に、つなぎ点の開始と終了の走査を検出するセンサーを配置し、前記制御部は、前記センサーからのつなぎ点の開始と終了の検出信号により、各走査ユニットの走査のつながり位置を制御することで、隣接する走査ユニットの走査線のつながりを合わせることが可能となる。
前記制御部は、前記走査ユニットごとに、前記レーザー走査線の左右方向の位置を調整するためのビデオクロック遅延回路を備え、各走査ユニットの走査のつながり位置を前記ビデオクロック遅延回路の遅延量を制御することにより行うとよい。
前記制御部は、前記走査ユニットごとに、そのユニットで印字する画像信号を格納するメモリを有し、該メモリの容量は、走査が重なる部分の画像信号も格納することができる容量であり、前記画像処理手段は、各ユニットへの画像信号を分割して送出するときに、印字を行わない信号を付加でき、前記付加した印字を行わない信号により、各走査ユニットの走査のつながり位置を制御することもできる。
前記制御部は、前記走査線のつながり位置を変化させるよう制御することにより、レーザー走査線のつなぎ位置を目立たなくすることもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態である1つの走査ユニットの構成を示す図である。
図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は正面図である。図２において、走査ユニット２００は、光源や走査系が含まれる走査ユニット本体部３００，走査されたレーザ光を結像走査面に結像させるためのｆθレンズ系を含む結像レンズ部３９０，および姿勢制御機構部３６０で構成されている。
結像レンズ部３９０には、ｆθレンズ３９４及びシリンドリカル・レンズ又はトーリック・レンズ３９６が入っている。レーザー光はこの2つの部分を通過し結像面４００にいたる。走査ユニット本体部３００と、結像レンズ部３９０とは取り外しが可能なように結合されている。
姿勢制御機構部３６０は、レーザー光による走査線の傾きを調整するためのあおり機構や、レーザー光による走査線の上下の位置を調整するための光軸高さ調整機構を有している。
【０００７】
＜走査ユニット本体部＞
走査ユニット本体部３００には、印字用のレーザ光を発生するレーザー・ダイオード３２０，ＬＤコリメーター・レンズ３２１，ビーム・スプリッタ３２２，シリンドリカル・レンズ３２３，反射ミラー３２４，ポリゴン・ミラー３３０，ポリゴン・ミラー回転用のモーター３３２が含まれる。これらは、印字用の光学走査系を形成している。この実施形態では印字用レーザー３２０として３個用意されており、わずかに上下にずらして設置しているため、図２（ｂ）に示すように、同時に３本のレーザー光により走査している。これにより、１本のレーザー光を用いる場合より、３倍の速さで印字することが可能である。設置する印字レーザー３２０の個数は印字速度に応じて任意に選択できる。３つの印字用レーザー３２０からの３本のレーザー光はビーム・スプリッタ３２２により直角に進路を変更し、シリンドリカル・レンズ３２３を通過して、反射ミラーによりポリゴン・ミラー３３０に入射する。ポリゴン・ミラー３３０はモーター３３２により回転している。これにより、入射したレーザー光は、ポリゴンを形成する面の一つで反射して横方向に振られ、走査動作を行うことができる。
また、走査の原点検出のため、走査ユニット本体３００内に、原点用レーザーダイオード３１０，ポリゴン・ミラー３３０からの光を原点検出素子に向かわせるミラー３１６および３１７や反射ミラー３１３および３１５，原点検出素子３５２および３５４を設置している。走査の開始（図２（ａ）において下側にレーザ光が来たとき）では、反射ミラー３１６にポリゴン・ミラー３３０から原点用レーザー・ダイオード３１０のレーザー光が入射するので、そのレーザー光は反射ミラー３１６で反射して、反射ミラー３１７からＴＯＰ原点検出素子３５４に届き、走査の開始点が検出される。走査の終了時（図２（ａ）において上側にレーザ光が来たとき）では、反射ミラー３２４に原点用レーザー・ダイオード３１０のレーザ光が戻るので、そのレーザー光は反射ミラー３１３，原点用レンズ３１４，反射ミラー３１５を介して、ＥＮＤ原点検出素子３５２に届き、走査の終了点が検出される。
ポリゴン・ミラーなどの面同期を取るために、発光素子と受光素子を一体とした面検出光センサー３５６で、ポリゴン・ミラー３３０上に記した基準のマークを一回転に一回検出している。これにより、ポリゴン・ミラーの位相（位置）が検出できる。なお、実施形態の走査ユニットでは、ポリゴン・ミラーを駆動するモーターとしてホール素子による回転速度検出センサーをもつＤＣブラッシュレス・モーターを用いている。
このように走査ユニットを構成すると、ポリゴン・ミラー３３０から結像面４００までの距離が短くてすみ、走査の中心と端とでのレーザー光のスポット径はほとんど同じになると共に、レーザー光のスポット径も容易に小さくすることができる。走査角度が小さいから当然光学系も小型ですみ、安価に構成できる。また、走査ユニット本体部３００内に原点機構など、走査に関係することを全て含んでいるので、結像レンズ部３９０を完全に分離することができ、仕様の異なる種種の装置に簡単に組替えることで対応できる。
【０００８】
＜走査装置＞
上述した走査ユニットを複数組み合わせて、例えば、印刷用の刷版を出力するコンピュータ・トウ・プレート（以下ＣＴＰと略称する）出力機用の走査装置を構成することができる。図３は、図２に示した走査ユニットを４つ組み合わせて構成した走査装置の例を示している。
図３において、図２に示した走査ユニットであるユニット１  ２１０〜ユニット４  ２４０を水平に、隣接する走査線同士が重なることができるように設置している。隣接する走査線が重なる部分（オーバーラップ印字領域）４１２，４１４，４１６の部分の結像走査面には、走査線を検知できるセンサー４２２，４２４，４２６を取り外し可能に設置している。走査の両端の結像走査面にもセンサー４２１および４２８を取り外し可能に設置してもよい。また、ＤＣモーターの回転用磁石とポリゴン・ミラーの取り付け位置および基準のマーク位置の関係は、全ての走査ユニットにおいて、同様な位置関係に取り付けられている。
このような構成の走査装置により、各走査ユニットが同時に動作して、結像走査面で、光の走査とは直角となる方向に相対的に移動する媒体に対して、所望の印字を高速に行うことができる。
【０００９】
＜出力システム＞
図４は、上述の走査装置を組み込んだ出力システムの構成例を示す。図４において、印字媒体５１０が平面上に移動する出力機５００は、走査ユニット２００を複数組み合わせて構成した走査装置を取り付け台５２０上に設置している。この様な構成において、設計ＣＡＤシステム５６０からのデータを、編集ＲＩＰ（Ｒａｓｔｅｒ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）システム５７０からマルチライン・インターフェース６００を介して、各走査ユニットに送って出力している。
【００１０】
＜走査装置の制御システム＞
ここで、この走査装置の制御システム（図４では、マルチライン・インターフェース６００）について、図５〜図１２を用いて詳しく説明する。この制御システムはマイクロプロセッサ等を用いて構成することができる。
（センサーからの信号）
まず、走査装置の制御システムで用いているセンサーからの信号等について、図５および図６を用いて説明する。図５は走査に関する信号に関する図、図６は印字媒体の変動の検出を説明するための図である。
図３において説明したように、各走査ユニットは走査範囲が重なるように配置されている。図５（ａ）はその走査のタイミングを検出するための信号を図示しており、本実施形態では図２に示した走査ユニットのポリゴン・ミラー３３０の回転により走査を行っているが、そのポリゴン・ミラー３３０の１つの面に対応するタイミングを示している。信号１は走査開始点信号で、図２のＴＯＰ原点検出素子３５４からの信号である。信号２および信号３は、走査範囲が重なる領域（オーバーラップ印字領域）において、ある１つの走査ユニットが印字を開始・終了するための信号（つなぎ開始点信号，つなぎ終了点信号）で、図３におけるセンサー４２１，４２２，４２４，４２６，４２８からの信号である。このセンサーの配置は図５（ｂ）にも示されている。図５（ｂ）に示すように、走査ユニットｎに対するつなぎ開始点検出は同時に、走査ユニットｎ−１にたいするつなぎ終了点の検出となる。したがって、ユニットｎに対してｎ＋１のつなぎ点検出開始するセンサーを追加することで、ｎ個の単位ユニットに対して、見かけ上つなぎ開始点信号とつなぎ終了点信号を得ることが可能となる。なお、これらのセンサーの配置は必ずしも印字面に行う必要はなく、センサーを印字面に配置できない場合は、ミラー等を用いることにより、印字面のオーバーラップ領域からのつなぎ開始点、つなぎ終了点と同等の信号を検出できる等価の位置のところに配置してもよい。
さて、信号４は走査終了点信号で、図２のＥＮＤ原点検出素子３５２からの信号である。なお、つなぎ開始信号やつなぎ終了信号を発生するセンサーは、印字媒体が装着されるとレーザ光を受光できなくなるので、印字媒体を装着されていない状態で使用される。また、以下の説明で、走査開始点信号と走査終了点信号との間の時間をｔ、つなぎ開始点信号とつなぎ終了点信号との間の時間をＴとしている。このような関係であるセンサーからの信号を得ることで、各走査ユニットの実際の補正値を設定することができることを以下で説明する。
【００１１】
図４において、走査方向と直角方向（副走査方向）に移動している印字媒体５１０が、印字される位置で変形していることがある。この変形は印字媒体が膨らみ凸となる場合と、へこみ凹となる場合がある。このような変形が上述の単位光ユニットの走査のつなぎの箇所で起こると走査の長さが変わることになり、走査がとぎれたり、２重に走査されて線の太さが変わったりすることになる。図６（ａ）は、ユニット１とユニット２のオーバーラップ領域で印字媒体にへこみができ、ユニット１とユニット２の印字領域が重なり、２重に走査されてしまうことを示している。これを検出するためには、へこみ部分の深さ（又は、ふくらみ部分の高さ）ΔＬを検出する必要がある。図６（ｂ）は、印字媒体の変形を検出するためのセンサーを示している。
図６（ｂ）において、位置Ａにある被計測物８１２が、位置Ｂになったときの距離Ｌを計測するために、レーザー光源８１０からの光が被計測物８１２で反射した光を、対物レンズ８１４，ＣＣＤ８１６等の受光部で受けて、その変化Ｌ２を検出している。これにより、へこみ部分の深さ（又は、ふくらみ部分の高さ）ΔＬを計測することができる。このようなセンサーを、例えば、図４における取り付け台５２０の走査装置が取り付けられている手前のオーバーラップ領域上に配置して、走査を行う前にオーバーラップ領域の印字媒体の変形を検出するようにする。
なお、この計測に用いているレーザー光は、印字媒体が感光物質である場合、感光波長以外のものを用いる必要がある。
【００１２】
（制御動作）
図７は、各走査ユニットごとの制御と全体の制御との関係を示す機能ブロック図である。全体の制御を行う部分としては、ポリゴン・モータ制御部６１０，画像処理部６２０，印字媒体制御部６３０，印字媒体変動検出部６４０，つなぎ点検出部６５０がある。印字媒体変動検出部６４０は、上述の図６で説明した印字媒体の変形を検出している。つなぎ点検出部６５０は、上述の図５で説明したつなぎ点の開始信号および終了信号を出力している。これらの検出部６５０の構成は、図８に示されているように、フォト・ダイオード７４２でレーザ光を検出し、その信号を増幅器７４３で増幅した後、パルス変換器７４４で一定の幅のパルス信号として出力している。
各走査ユニットごとの制御を行う走査ユニット制御部７００としては、印字画像信号制御部７１０，ビデオクロック遅延部７２０，ビデオクロック発生部７３０，走査開始点検出部７４０，走査終了点検出部７６０，ミラー位相面検出部７８０がある。走査開始点検出部７４０および走査終了点７６０は、図２におけるＴＯＰ原点検出素子３５４およびＥＮＤ原点検出素子３５２からの検出信号である走査開始点信号および走査終了点信号（図５（ａ）参照）を出力している。これらの検出部もまた、図８に示した構成を有している。また、ミラー位相面検出部７８０は、図２における面検出光センサーからの信号を出力しており、各走査ユニットのポリゴン・ミラー反射面の位置を検出している。
【００１３】
この図７の機能ブロック図や図２〜図６の構成を示す図を用いて、走査ユニット等に対する制御動作を説明する。
図７において、ポリゴン・モータ制御部６１０では、各走査ユニットのポリゴン・ミラーを回転しているモータを制御することにより、ポリゴン・ミラーの回転数とポリゴン・ミラーの反射面の位置（位相）を制御している。ポリゴン・モータ制御部６１０は、モータに設置されている回転速度センサーからの信号により、各走査ユニットのポリゴン・ミラーの回転が同一となったことを検出すると、ミラー位相検出部７８０からのポリゴン・ミラーの反射面の位相検出信号により、全ての走査ユニットのポリゴン・ミラーの反射面がほぼ同じであるかを検出する。位相がずれていた場合には、モータを制御して位相を合わせる。
この様にして、各走査ユニット間の同期が取れるようになると、画像処理部６２０は、印字データを印字順に展開し、レーザー・ダイオードの数に対応した走査線を各走査ユニットそれぞれに対応した信号に分け、それらの信号を同時に各走査ユニットの印字画像信号制御部７１０に送出する。例えば、図２に示したように３個のレーザー・ダイオードを用いている場合は、３本の走査線分の画像信号を各走査ユニットに送出する。
この信号は、各走査ユニットのそれぞれのレーザー・ダイオード３２０に送られ、これから発生するレーザー光を変調させる。今レーザー・ダイオード３２０から出たレーザー光は、コリメーター・レンズ３２１で平行光となり、ビーム・スプリッタ３２２で直角に曲げられ、シリンドリカル・レンズ３２３を通過し、反射ミラー３２４でポリゴン・ミラー３３０の反射面に向かう。そして、ポリゴン・ミラー３３０はレーザー光を振って、ｆθレンズ３９４を通過し、シリンドリカル・レンズ又はトーリック・レンズ３９６で収束し、結像面に結像させて印字媒体に画像が印字される。
【００１４】
（ビデオクロック周波数）
１つの印字ユニットが印字媒体上に受け持つ印字を行う時間Ｔは、各走査ユニット制御部７００のビデオクロック発生部７３０で発生するビデオクロック周波数をｆとすると
Ｔ＝（１／ｆ）×ＤＯＴＳ
となる。ＤＯＴＳは走査線上のドット数を表す。
ビデオクロック周波数が一定とすると、走査開始点と走査終了点間の時間ｔとＴは次のような関係となる。ミラー面のジッタ等があり、ｔが長くなる即ちミラーの走査速度が遅くなると、時間Ｔは変わらないため、印字媒体上の印字される走査線の長さが短くなり、走査ユニット間の走査線はつながらなくなる。逆にｔが短くなる即ちミラーの走査速度が速くなると、印字される走査線の長さは長くなり、走査ユニット間の走査線は重なってしまう。
したがって、面のジッタ等があっても印字媒体上の印字される走査線の長さを一定にするためには、ｔの変動に対応してビデオクロックの周波数を変化させ、走査する時間を変化させるようにすればよい。
【００１５】
（面ジッタの補正）
印字媒体上の各走査ユニットが印字する走査線の長さを一定にするためには、上述したように、ｔの変動に対応してビデオクロックの周波数を変化させ、走査線を走査する時間を変化させるようにする必要がある。しかしながら、このビデオクロック周波数の補正は、ビデオクロック発生部７３０で、走査開始点信号，走査終了点信号等を用いて行っている。このビデオクロック発生部７３０の動作を、図９を用いて詳しく説明する。図９はビデオクロック発生部の構成を詳細に示した機能ブロック図である。
図９において、ｉ番目の走査ユニットで、各ミラー面ごとに発生する走査開始検出信号は、カウンタ７３９でカウントされており、このカウンタ７３９は、カウント値をミラー位相面検出信号によりリセットする。これで、このカウンタ７３９のカウント値は、位相面検出信号を基準としてミラー面を特定することができる。
面間ジッタの補正を説明する。走査開始点検出信号から走査終了点検出信号までの走査時間ｔを、クロック発生器７３４からの基準クロックを使って、カウンタ７３５でカウントしている。
いま、ｉ番目の走査ユニットのビデオクロック周波数をｆｉｋとしたとき、このｆｉｋに対応した開始点と終了点間の時間をｔｉｋとする。なお、ｋはポリゴン・ミラー３３０のミラー面（１〜ｎ）を表し、ｆｉ１、ｔｉ１は、ｉ番目の走査ユニットのミラー面１の値に対応する。
図９において、このある面ｋのｆｉｋを発生させる数値が初期値ｆｉ０として、各レジスタ７３８にセットされている。このような関係においてｔｉｋの変動に対し、次で説明する補正が行われる。
（１）まず、カウンタ７３５により開始点と終了点間の時間ｔｉｋを計測する。
（２）演算部７３６にて、レジスタ７３８のある面に対応するレジスタｋに保存されているｔｉ０とｔｉｋとの差をみる。
（３）同じなら何もしない。
（４）差がある場合、レジスタ７３８に新たな数値をセットしてｆｉｋをかえ、走査線の長さを常に一定に保つようにする。たとえばｔｉｋより大きくなったときｆｉｋを小さくするように、ｔｉｋより小さくなったときｆｉｋを大きくするように補正する。
（５）上述の補正は各面ごとに行われる。
なお、ｆｉ０は、開始点終了点間の距離、モータ回転数、レンズの焦点距離、印字媒体上の走査線の長さ、印字ドット数（解像度）などにより、各面ごとに初期値としてあらかじめ求められ、関係づけられている。
この様にして、演算部７３６によりレジスタ７３８にセットされた発振周波数値は、カウンタ７３９からのミラー面選択信号によりデータ・セレクタ７３１で選択されて、デジタル／アナログ変換器７３２でアナログ値に変換して、ＶＣＯ７３３により印字ミラー面に対応したビデオクロックを発生する。
この各面ごとの初期値は、ポリゴン・ミラーのミラー面により検出される走査開始点信号と走査終了点信号を用いて得ることができる。すなわち、ビデオクロック周波数補正における初期値は、図９におけるつなぎ開始点からつなぎ終了点までの時間をカウンタ７３７で計測したときの時間を用いて、レジスタ７３８に得ることができる。この時間は、媒体に対する走査線を直接計測しているため、媒体上で必要なドット数に対応するビデオ周波数を正確に求めることができる。この場合の補正は、閉ループ制御で行え、クロック周波数を変化させながら時間を計測することで最適な値に収束させることができる。
なお、実際の印字媒体は検出センサーの測定位置とは、若干のずれが生ずることがある。この場合、ここで計算した値に、ずれの量に匹敵する係数をかけることで、印字媒体面での誤差を軽減することができる。
【００１６】
（ビデオクロック発生回路）
図９のデータ・セレクタ７３１，Ｄ／Ａ変換器７３２，ＶＣＯ７３３で構成しているクロック発生の構成を、図１０に示すＰＬＬ（フェーズ・ロック・ループ）回路による周波数シンセサイザに置換することもできる。図１０において、発振器７９２からの信号と、データセレクタ７３１でレジスタ７３８からの値を選択して可変分周器７９５にセットし、ＶＣＯ７９６からの信号をその値で分周してから位相比較器７９３で比較して、その出力をローパス・フィルタ７９４を介してＶＣＯ７９６に戻している。これにより、データセレクタ７３１で選択したレジスタ７３８からの値により、ＶＣＯ７９６の発振周波数（ビデオクロック）を制御している。
【００１７】
（つながり補正）
走査ユニット間の印字を行う走査線のつながりは、ビデオクロックの遅延量を変更することで補正される。この補正は、印字媒体の位置に、図５（ｂ）等に示したつなぎ点検出のセンサーからの信号により行われる。つなぎ点検出のセンサーは各走査ユニットの走査線のスタート位置に取り付けられている。これらからの信号により遅延量は、図７のビデオクロック遅延部７２０で補正される。
まず、図１１を用いて、各走査ユニット間の走査のつながりを説明する。
図１１（ａ）において、各走査ユニット間の走査時間Ｔが同じ場合を説明する。図１１（ａ）は、各走査ユニットで同じドット数を走査する場合であり、通常の走査である。この場合で例えば、図１１（ａ）（１）に示すように、走査ユニットが全体的に左側によるよう走査されていることが検出されると、図１１（ａ）（３）に示すように、各走査ユニット全体を右にずらすのと同様に走査を制御する必要がある。また、図１１（ａ）（２）に示すように、各走査ユニットが全体的に右によって走査されていることが検出されると、同様に各走査ユニット全体を左にずらすのと同様に走査を制御する必要がある。これは全体的にずれた場合で説明しているが、走査ユニット間で走査線が重なっている部分がある場合でも、この走査ユニット間で同様に走査をずらす必要がある。この走査の制御をビデオクロックの遅延で行っている。
また、図１１（ｂ）で示すように、各走査ユニット間で異なる走査時間Ｔを有するように制御することも可能である。これは、各走査ユニットで異なるドット数（異なる長さ）を走査することを意味している。このように制御するのは、各走査ユニットの走査線のつながる点が、副走査の方向で直線にならないように、例えば走査ごとにランダムとなるように制御するためである。走査のつながる点が直線となると、わずかにつながる部分に誤差がある場合に目立つ。このつながる部分を走査線ごとに数ドット分ランダムにずらすことで、これを防ぐことが可能となる。このように走査のつながりを制御するためには、走査ユニットへの画像信号の分割を、このつながりの制御に合わせて走査線の長さに従って、分割する必要がある。
なお、この様なつながる点が副走査方向に直線にならないように制御することは、各走査ユニット間の走査時間Ｔが同じでもできる。これは、図１１（ａ）において、それぞれオーバーラップ領域でのつなぎ開始点（つなぎ終了点）の位置を（１），（２），（３）に示されているように、例えば走査するごとに変化させるのである。これはビデオクロックの遅延により行うことが可能である。
このつながりの制御を行うビデオクロック遅延部７２０は、図１２に詳しい構成が示されている。以下、図１２に示した回路により、つながり補正の制御動作を説明する。
（１）ポリゴン・ミラー側に取り付けられたＴＯＰ原点検出素子３５４からの走査開始点信号から、走査線のスタートとなるつなぎ開始点信号までの時間を、カウンタ７２２で計測する。
（２）演算部７２３では、カウンタ７２２からの値から、ドット・クロック数の単位の遅延量と、さらに小さな遅延をおこなうディレーライン７２８の遅延量選択値とを演算して、その値をレジスタ７２５および７２６にセットする
（３）ビデオクロック数をカウントするカウンタ７２４の値が、レジスタ７２５にセットした値となると、ゲート７２７を開きビデオクロックをディレーライン７２８に入力し、ディレーライン７２８はレジスタ７２６に設定した量の遅延を行って、ビデオクロックを出力する。
これにより、レジスタ７２５およびレジスタ７２６に設定した遅延量に応じて遅延されたビデオクロック信号が出力される。
図１１（ａ）に示したように各走査ユニット間の走査のつながりを補正するためには、レジスタ７２５，７２６へ設定してビデオクロックの遅延量を決定することを、印字を行う直前など、媒体が無い状態の任意のタイミングで行えばよい。
また、ランダムにつながりを制御するためには、遅延制御と同様に初期値を設定した後、例えば走査ごとにレジスタ７２５とレジスタ７２６とに設定する値を変化させる必要がある。これは、図１２において、画像処理部６２０からの走査線のつながり変化に対応したつながり補正信号を演算部７２３に入力して、レジスタに設定する値を変化させることで行うことができる。
【００１８】
上述では、遅延回路を用いてビデオクロックを遅延させることで、走査線のつながり位置を制御することを説明したが、各走査ユニットごとの印字画像信号制御部７１０内に設けられている、各走査ユニットの画像信号を格納するメモリに対して、画像処理部６２０から送る画像信号を制御することでも行うことができる。このことを図１３を用いて説明する。
図１３は、各走査ユニットの印字範囲と各ユニットの印字画像信号制御部７１０に設けられたメモリとの関係を示した図である。図１３において、ユニット１〜ユニット４は、それぞれの印字範囲を印字しているとする。各ユニットに設けられたメモリは、レーザー・ダイオードの個数に応じた走査線の数に対応して、その印字範囲を印字するための画像信号を格納できるとともに、オーバーラップ部分の画像信号も格納できる容量を有している。印字画像信号制御部７１０はメモリからの画像信号を読み出して、この信号によりレーザー・ダイオード３２０の出力を変調することにより印字媒体上に印字している。
この各メモリに格納される画像信号は、画像処理部６２０から各ユニットの印字画像信号制御部７１０に対して送られている。画像処理部６２０から各ユニットに送られる画像信号は、
無印字のデータ＋印字範囲の画像信号＋無印字のデータ
という構成を有している。「無印字のデータ」はレーザー・ダイオードの出力をオフして、印字しないようにするためのデータであり、画像処理部６２０が付加している。「印字範囲の画像信号」の前後の「無印字のデータ」の長さを制御することにより、各ユニット間の走査線のつなぎ位置を制御することができる。この制御は、ビデオクロック遅延部７２０へ入力している信号を画像処理部６２０に入力して、この信号により付加する「無印字のデータ」の長さを決定することで行われる。
【００１９】
（媒体変動の補正）
媒体の変動は、図６（ｂ）に示した媒体変動検出部からの信号により、誤差を計算して、この誤差により、クロックの遅延量と、ビデオクロック周波数を変化させて補正している。
誤差ａは、へこみ部分の深さ（ふくらみ部分の高さ）をΔＬとし、走査するレーザーの角度をθとすると、ａ＝ｔａｎθで求めることができる。この誤差ａを補正する必要がある。これは、まず、ビデオクロックの遅延量により補正するために、図１２に示すように、演算部７２３へ入力される印字媒体変動信号の値に応じて、レジスタ７２５，７２６への設定値を補正する。
この遅延量で制御できない程度に変動量ΔＬが大きい場合、例えば変動量がオーバーラップ領域より大きい場合、このときは、ビデオクロック周波数を変化させることで補正を行っている。これは、図９に示すように、演算部７３６へ入力される印字媒体変動信号の値に応じて、各レジスタ７３８への設定値を補正することで行っている。
【００２０】
＜まとめ＞
本発明の上述した実施形態においては、例えば、ほぼ８０ｍｍ程度の走査幅とした小型の走査ユニットを、印字媒体の端から端まで複数個並べて光走査装置を構成し、分割して同時に走査できるようにしている。この場合の１走査ユニットの走査するドット数としては、例えば８０００ドット程度である。
各々の走査ユニットは、走査幅を小さくしているため、レーザー光のスポット径を小さくでき、かつ光学系がコンパクトなため安価に実現できると共に、走査光学系の走査レンズの焦点距離を短くすることができ、高精度が実現できる。走査用レンズの焦点距離が小さくなるため、焦点距離に反比例する、ミラー回転用のモーターのジッター性能も大幅に良くすることが可能となり、高精度を低価格で達成できる。走査ミラーを小型化することができるので、モーターの回転数も高速化でき、高精度で高速な印字が可能となる。また、どのような大サイズとなっても走査ユニットを増やすことで対応できる。
このように複数の走査ユニットを用いる場合、それぞれの走査用のポリゴン・ミラーは同期して回転する必要があると共に、各々の走査ユニットの走査開始を同期させる必要がある。すなわち、印字用データは制御回路によって、レーザー・ダイオードの数に対応した走査線分がそれぞれの走査ユニット用に分割されて送られてくるが、各ポリゴン・ミラーの走査位置やポリゴン・ミラーの回転数がバラバラだと走査線を正確に再現することができない。そのため、本発明の実施形態においては、例えば、各走査ユニットのポリゴン・ミラー反射面が一定方向に向いたことを検出するセンサーを設置し、すべての走査ユニットのポリゴン・ミラーの反射面がほぼ同じに走査できるようにして、各ポリゴン・ミラーの走査開始を同期するようにしている。
各走査ユニットは、走査機構を全て本体部内に包含しているので、単体としても機能することから、小型の同一ユニットを大量に生産することにより、低コスト化が可能となる。又、走査ユニットの一つが故障しても、走査ユニットは全てほぼ同一なので、交換することで、メンテナンス性も良好に保たれる。また、走査ユニットの本体部に原点検出センサーなど、走査に関係することを全て含んだので、結像レンズ部を完全に分離することを可能にでき、仕様の異なる種種の装置に簡単に組替えることで対応できる。
また、印字媒体により出力が変化する印字走査用レーザーと原点検出用レーザーとを分離しているために、光量が一定である原点用レーザーにより、原点検出センサーの出力信号が安定するので、常に正確に原点を検出することができる。
副走査方向の走査のつなぎには、各走査ユニットごとに調整できるように、各走査ユニットごとに姿勢制御機構部を設けている。これを用いて、各走査ユニットごとに走査線の傾きや、走査線の上下の位置を調整することができる。
【００２１】
＜他の実施形態＞
以上の説明では1例としてポリゴン・ミラー、レーザー・ダイオードを用いる場合を説明したが、ポリゴン・ミラーの代わりに平面鏡を用い、レーザー・ダイオードの代わりにガス・レーザー等を用いてＡＯＭ（超音波光変調素子）などで光を変調させるようにしても全く同様に構成できる。
図３や図４では、走査ユニットを横一列に並べる例を示しているが、例えば、図１４に示すように、走査ユニット２１２，２２２，２３２，２４２，２５２を副走査の方向にずらせて設置することも可能である。図１４（ａ）は上から見た図で、図１４（ｂ）は斜視図である。図１４（ａ）に示されているように、各走査ユニットは、副走査の方向にずらして設置するとともに、各ユニットが重なるように配置している。このように構成した場合、結像レンズから射出する光束は、印字媒体に垂直に結像するようなテレセントリックな結像の構成をとることができる。このような結像をする構成とした場合、前後のずれ（凹凸）は問題とならず、印字媒体の凹凸検出は必要がない。
なお、この場合、つなぎ点検出のためのセンサーは、図５に示すようにつなぎ点開始と終了とを兼ねることができず、それぞれ設ける必要がある。
また、以上の説明では、印字媒体が平面上で移動する出力機の場合を例にして説明してきたが、他の方式例えば、外面ドラム方式にも応用できることはあきらかである。すなわち、図１５に示すように、外面ドラム９００の外側に、走査方向がドラムの中心軸と同じ方向になるように複数の走査ユニット２１０，２２０，２３０，２４０を配置すれば、ドラムの1回転で出力が可能となり、走査部分が安価に構成できる。
上述した光走査装置は、媒体に対する印字ばかりではなく、例えば強いレーザー光により材料に対して加工を行う場合等にも適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
上述した本発明の複数の走査ユニットを組み合わせる構成により、大サイズの印字媒体を扱える、スポット径の小さな、高精度で高速な出力機を構成することが可能である。
また、走査ユニットは、走査ユニット本体部と結像レンズとが互いに交換可能に構成されているため、汎用性の高い光走査ユニットとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査モジュールが複数ある走査装置の例を示す図である。
【図２】本発明の１実施形態である走査ユニットの光学系の平面図を示す図である
【図３】走査ユニットを複数組み合わせて走査装置を構成した図である。
【図４】走査装置を組み込んだ出力装置の全体的なシステム構成を示す図である。
【図５】センサーからの信号のタイミングを示す図である。
【図６】媒体の凹凸の検出を説明する図である。
【図７】走査装置の制御システムの機能ブロック図である。
【図８】センサーからの信号を得るためのブロック図である。
【図９】ビデオクロック発生部のブロック図である。
【図１０】クロックを発生させるための他の構成を示す図である。
【図１１】オーバーラップ領域の使い方と走査時間との関係を示す図である。
【図１２】ビデオクロック遅延部の構成を示すブロック図である。
【図１３】各走査ユニットの印字範囲と各ユニットに設けられたメモリとの関係を示した図である。
【図１４】走査ユニットの他の配置構成を示す図である。
【図１５】出力装置の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００            走査装置
１１０，１２０，１３０    走査モジュール
１１１，１２１，１３１    偏向ユニット
１１２，１２２，１３２    ミラー
１１３，１２３，１３３    走査ミラー
１１４，１２４，１３４    レンズ・ユニット
１１７，１２７，１３７    走査線
２００            走査ユニット
３００            走査ユニット本体部
３１０            原点用レーザー・ダイオード
３１３，３１５，３１６，３１７            反射ミラー
３１４            原点用レンズ
３２０            印字レーザー・ダイオード
３２１            コリメーター・レンズ
３２２            ビーム・スプリッタ
３２３            シリンドリカル・レンズ
３２４            反射ミラー
３３０            ポリゴン・ミラー
３３２            ポリゴン・ミラー・モーター
３５２            ＥＮＤ原点検出素子
３５４            ＴＯＰ原点検出素子
３５６            面検出光センサー
３６０            姿勢制御機構部
３９０            結像レンズ部
３９４            ｆθレンズ
３９６            トーリック・レンズ又はシリンドリカル・レンズ
４００            結像面
４１２，４１４，４１６    オーバーラップ印字領域
４２１，４２２，４２４，４２６，４２８        センサー
５００            出力機
５１０            印字媒体
５２０            取り付け台
５６０            設計ＣＡＤシステム
５７０            編集ＲＩＰシステム
６００            マルチライン・インターフェース
６１０            ポリゴン・モーター制御部
６２０            画像処理部
６３０            印字媒体制御部
６４０            印字媒体変動検出部
６５０            つなぎ点検出部
７００            走査ユニット制御部
７１０            印字画像信号制御部
７２０            ビデオクロック遅延部
７３０            ビデオクロック発生部
７４０            走査開始点検出部
７６０            走査終了点検出部
７８０            ミラー位相面検出部
８１０            レーザー光源
８１２            被計測物
８１４            対物レンズ
９００            印字ドラム
【図１】
0004757397.tif 000002
【図２】
0004757397.tif 000003
【図３】
0004757397.tif 000004
【図４】
0004757397.tif 000005
【図５】
0004757397.tif 000006
【図６】
0004757397.tif 000007
【図７】
0004757397.tif 000008
【図８】
0004757397.tif 000009
【図９】
0004757397.tif 000010
【図１０】
0004757397.tif 000011
【図１１】
0004757397.tif 000012
【図１２】
0004757397.tif 000013
【図１３】
0004757397.tif 000014
【図１４】
0004757397.tif 000015
【図１５】
0004757397.tif 000016