(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラスタ出力式走査（ＲＯＳ）システムにおいて、
変調光ビームを放射する光源と、前記変調光ビームを走査線に沿って感光性媒体に反射する回転式ポリゴンミラーと、前記光ビームを変調するための変調回路とを包含し、
前記変調回路が、ｆ０の公称クロック周波数を生成して前記走査線に沿って一様に間隔を置いてピクセルを配置するピクセル・クロックを有し、該ピクセル・クロックが、周波数偏移ルックアップテーブルを有し、該周波数ルックアップテーブルが、前記走査線に沿った前記ピクセルの非線形性を補正するように、前記公称クロック周波数ｆ０を修正するための周波数偏移Δｆを提供しており、前記周波数偏移は、前記走査線に沿った前記ピクセルの非線形位置についてのデータ平滑化多項式曲線から計算される
ことを特徴とするラスタ出力式走査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムにおける走査線非線形性に関する。一層詳しくは、本発明は、走査線非線形性を補正するように周波数偏移(Frequency Shift)を計算する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報を再生するためにレーザを利用する印刷システムは、この技術分野では周知である。プリンタは、普通、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）を使用して、光受容体のような感光性媒体の荷電部分を露光し、感光性媒体上に静電気潜像を記録する。
【０００３】
複数のＲＯＳユニットは、カラー電子写真ＲＯＳプリンタにおいて使用することができる。各ＲＯＳは、共通の光受容体ベルト上に別々のカラー像のための走査線を形成する。各カラー像は、他のＲＯＳユニットからの他のカラー像と重なって整合した状態で現像されて合成カラー像を形成し、これが出力シートへ転写される。複数のＲＯＳユニットの各走査線の整合では、各像が０．１ｍｍの円内または±０．０５ｍｍの公差内で整合しなければならない。
【０００４】
図１の代表的な従来技術ラスタ出力式走査システム１０は、光ビーム１４を発生する光源１２と、感光性媒体２０ところでスポット１８に光ビーム１４を向ける走査手段１６とを包含する。この走査手段１６は、また、感光性媒体２０のところで指定された長さの走査線２２に沿ってスポット１８を移動させるのにも役立つ。その目的のために、図示のスキャナ・システム１０の走査手段１６は、複数の光反射ファセット２４（図には８つのファセットが示してある）を備えた回転可能なポリゴンミラーと、矢印２８の方向に回転軸線２６まわりに回転する多角形１６によって図１に示した他の公知の機械的構成要素とを包含する。
【０００５】
レーザ・ダイオードのような光源１２が、単一波長の変調したコヒ―レント光ビーム１４を放射する。この光ビーム１４は、画像出力光源制御回路３０から光源１２まで送られるビデオ信号に含まれる画像情報データ流と一致するように変調させられる。
【０００６】
変調光ビーム１４は、コリメート用レンズ３２によって平行にされ、次いで、クロス・スキャン円柱レンズ３４によって合焦され、回転式ポリゴンミラー１６の反射性ファセット２４上に一本の線を形成する。
ポリゴンミラー１６は、当業者には公知の普通のモータ（図示せず）によって回転軸線まわりに回転させられる。
次いで、ファセット２４から反射してきた光ビーム１４は、ｆ−θ走査レンズ３６とアナモルフィック・ウォブル（振動）補正レンズ３８を通過する。
【０００７】
ｆ−θ走査レンズ３６は、負の平球形レンズ４０、正の平球形レンズ４２およびクロス・スキャン円柱レンズ４４からなる。ｆ−θ走査レンズのこの構成は、線形走査光ビームを生成するのに充分な負のひずみを有する。光ビームは、回転鏡からの一定角速度で偏向され、ｆ−θ走査レンズが光学的な補正を行い、一定線形速度で表面を走査する。
ｆ−θ走査レンズ３６は、走査平面における光ビーム１４を感光性媒体２０上の走査線２２上へ合焦する。
【０００８】
ｆ−θ走査レンズ３６を通過した後、次に、光ビーム１４は、アナモルフィック・ウォブル補正レンズ要素３８を通過する。ウォブル補正光学要素は、レンズまたは鏡であってよく、時には、「運動補正光学素子」と呼ばれる。光学要素３８の目的は、ポリゴンミラー／モータ組立体における誤差によって生じる走査線に沿ったウォブル（振動によるずれ）を補正することにある。
ウォブル補正レンズ３８は、感光性媒体２０上の走査線２２上へクロス・スキャン平面内の光ビームを合焦する。
【０００９】
多角形１６が回転するにつれて、光ビーム１４は、ｆ−θ・レンズおよびウォブル補正レンズを通してファセット２４によって反射され、走査線２２の第１端４６（走査開始すなわち「ＳＯＳ」）から中心（スポット１８の図示位置）を過ぎて走査線の第２端４８（走査終了すなわち「ＥＯＳ」）まで走査線２２に沿って公知の方法で感光性媒体の表面を横切って走査する。光ビームは、感光性部材２０上の静電気潜像を露光する。多角形１６が回転するにつれて、露光用光ビーム１４は、回路３０によって変調されて個々の光のバーストを生成し、これらのバーストが、感光性部材２０上の個々のピクセルまたはスポット１８からなる１本の線を露光する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
理想的には、ＲＯＳは、感光性媒体２０上の均一に隔たった同じピクセルからなる１本の線を露光することができなければならない。しかしながら、ＲＯＳの光学系の固有の形状寸法の故に、また、製造誤差がポリゴンミラーのファセットに欠陥を生じさせる可能性がある故に、均一に隔たった同じピクセルを得ることが問題を含むことがあり得る。
【００１１】
「走査非線形性」とは、走査サイクル中に走査線に沿ってスポットが移動するときに生じるスポット速度の変動を謂う。走査線形性とは、全走査線を横切って走査方向にスポットをどのようにして均等に隔たって書くかの基準である。普通の走査線形性曲線は、走査線を横切る正の位置エラー・ローブを有する一走査端のところのゼロ位置エラーで始まり、ゼロ位置エラーで走査中心と交差し、次いで、反対側の走査端に向かって走査線の残りの部分を横切って負の位置エラー・ローブを持つことになる。走査線形性曲線は、走査線を横切るいくつかの場所でゼロの画像配置エラーを有し得る。理想的には、この曲線は、全走査線を横切ってゼロとなることである。
【００１２】
走査非線形性は、普通、システム形状寸法または走査手段の速度変化によって生じる。合焦露光用光ビームが感光性媒体５０上の走査線を横切って移動する速度は、スポット速度と呼ばれる。
【００１３】
ＲＯＳシステムの形状寸法によって生じる固有の走査非線形性を補正する手段をなんら持たずに、光ビームが感光性媒体を横切って走査するにつれて、スポット速度が変化することになる。たとえば、多面的な回転多角形を有するスキャナは、一定の角速度で光ビームを向けるが、スポットは、走査線の中心よりも走査線の両端で多角形ファセットから遠くなり、したがって、スポット速度は、走査線の両端に向かって速くなり、走査線の中心に向かって遅くなることになる。
【００１４】
いくつかのラスタ出力スキャナは、可変周波数ピクセル・クロック（時に、走査クロックと呼ばれる）を電子的に使用してこのような非線形性を補正する。ピクセル・クロックは、パルス列（すなわちピクセル・クロック信号）を生成し、これを用いて走査線に沿った各ピクセル位置で光源の放射する光ビームをオン、オフする。クロック周波数を変えること、それによって、パルス列内の個々のパルスのタイミングを変化させることは、走査線に沿ったピクセル配置を制御するのに役立つ。ピクセル・クロック信号の周波数が一定である場合、その結果生じるピクセルは、感光性媒体の縁のところでさらに遠くなり、感光性媒体の中心に向かって相互に近くなるように位置することになる。それは、ピクセルをより均一に隔てることになり、それによって、少なくとも分的に、時にピクセル位置ひずみと呼ばれるもの（すなわち、スキャナ非線形性によって生じる不均等なピクセル間隔）を補正する。
【００１５】
光源制御回路３０は、光ビーム１４を制御して走査線２２に沿ってピクセルを生成する電子制御システムとして役立つ。この制御システムは、たとえば、公知の構成要素および設計技術を使用して走査線に沿った複数の所望ピクセル位置の各々で光ビームを活性化するための制御信号を生成するように構成することができる（たとえば、各ピクセル位置の中央部分が、３００ｄｐｉの解像度に対して１／３００インチの間隔で均一に隔たるか、あるいは、６００ｄｐｉの解像度について１／６００インチの間隔で均一に隔たる、などなど）。
【００１６】
好ましくは、制御システムは、制御信号が各ピクセル位置について１つのピクセル間隔を定め、また、制御信号によって定められるピクセル間隔がスポット速度に従って比例して変化する、すなわち、走査線の両端での周波数が中心に向かう周波数よりも高くなるように、構成される。その目的のために、制御システムは、適当な公知の手段によって、たとえば、走査開始（ＳＯＳ）制御信号、あるいは、公知手段によって生成される他の同期信号に応答することによって、制御信号をスポット位置で同期化させ、スポット速度に従うピクセル間隔を変えてもよい。
【００１７】
図２は、ラスタ出力式走査システムのピクセル・クロックによって均等に隔たった一連のピクセル１０２〜１０４からなる走査線１００を示している。走査線１００上のこれらのピクセル１０２は、各クロック・サイクルで均一な格子１０６上に配置され、理想的で完全な走査非線形性を形成する。
【００１８】
図３は、走査非線形性による、図２の均一なピクセル配置からの偏差を示す。走査線２００は、図４のグラフにて概略的に示すように、走査線に沿って均一なピクセル配置２０６からの距離ｙｉ２０４だけ偏移した一連のピクセル２０２からなる。
【００１９】
実際問題として、ラスタ出力式走査システムの非線形性は小さく、この非線形性は、均一な格子からの偏差を生じさせる。走査線に沿った均一なピクセル配置からのこの逸脱は、走査非線形性と呼ばれる。非線形性サインの形は、ＲＯＳ毎に異なり、したがって、多数のＲＯＳレーザープリンタのカラー間の不整合を生じさせる可能性がある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムのピクセル・クロックは走査線に沿ってピクセル配置を行うように放射光ビームを変調させる。１つの方法は、ＲＯＳにおける走査線の非線形性を補正するようにピクセル・クロック周波数偏移（周波数シフト）を計算する。
【００２１】
データ平滑化多項式が、走査線に沿ったピクセルの非線形性について計算される。第１次数すなわちより高い次数への、多項式に基づく必要な周波数偏移が、計算され、周波数偏移ルックアップテーブルに格納される。周波数偏移ルックアップテーブルから計算された周波数偏移は、公称ピクセル・クロック周波数を補正し、光源の放射する光ビームの変調によってＲＯＳの測定された走査線形性を補正する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明のピクセル・クロックは、ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムの光源の放射する光ビームを変調させることによって、走査線に沿った均一に隔たったピクセル配置を提供するｆ０の公称クロック周波数を有する。走査線非線形性によって、走査線に沿ってピクセルの不均一な間隔が生じることになる。本発明は、ＲＯＳの走査線非線形性に基づいて必要な周波数偏移Δｆを計算し、公称ピクセル・クロック周波数ｆ０を補正して走査線に沿った均一に間隔を置いたピクセル配置を得る方法を提供する。
【００２３】
本願の方法は、以下のようにして走査非線形性を補正する。すなわち、ａ）実際のＲＯＳ非線形性データを使用すること、ｂ）データに滑らかな曲線を合わせること（終了点補正をゼロにさせながら）、ｃ）第１次数に対して補正周波数偏移を計算すること、そして、ｄ）計算した周波数を公称ピクセル・クロック周波数の小さいFM（周波数変調）として適用して測定走査線形性を変更することによって補正する。
【００２４】
第１に、ＲＯＳの走査非線形性プロファイルを測定する。第２に、走査非線形性に対応するデータ平滑化多項式を計算する。この平滑化処置は、アクティブ走査の両端で多項式をゼロにすることを含む。第３に、非線形性を補正するのに必要な周波数偏移を第１次数について計算し、周波数偏移ルックアップテーブルを作る。第４に、周波数偏移ルックアップテーブルからのクロック周波数の計算した補正値を、ピクセル・クロック周波数を発生する光源制御回路に適用する。次いで、ピクセル・クロックからの偏移周波数に応答して光源の放射する光ビームを変調させることによって、ピクセルをＲＯＳのアクティブ走査線を横切って等間隔で配置する。この計算方法は、また、走査線オフセットおよび走査倍率エラーの補正も可能にする。
【００２５】
本発明における第１ステップは、最小二乗回帰のような技術によってＲＯＳの走査線に沿った不均一なピクセル配置のデータに多項式曲線を近似させ、重み付けあるいは区分的多項式近似のいずれかによって端点ＳＯＳ、ＥＯＳをゼロにすることである。
【００２６】
多項式曲線は、他の技術、たとえば、Givens、HouseholderおよびCholeskyによって、データに近似させることができる。
【００２７】
図５Ａ及び図６Ａのプロット・グラフは、２の異なったＲＯＳについての２つの代表的な走査非線形性曲線である。２つのＲＯＳについての走査非線形性曲線は、異なった形状となっており、したがって、ＲＯＳ対ＲＯＳの偏差を示している。
【００２８】
非線形性について補正された周波数偏移Δｆ（公称クロック周波数ｆ０からのもの）は、以下に示すように第１次数について計算される：
Δｆ＝ｆ０＊ｄｙ／ｄｘ                                [式１]
ここで、ｄｙ／ｄｘは、多項式近似の勾配であり、走査線に沿ったピクセルについての測定した走査線形性曲線ｙ対走査距離ｘから計算される。多項式近似についての第２の利点は、１サイズのサンプリング間隔（サンプリング率）でデータを獲得でき、また、異なったサンプリング間隔（サンプリング率）でデータを利用することができるということである。
【００２９】
アクティブ走査線を横切る光ビームの平均走査スポット速度ｖ０は、
ｖ０＝（ｘｅｏａ−ｘｓｏａ）／（Ｔｓｏａ−Ｔｅｏａ）    [式２]
であり、ここで、ｘｓｏａは、ＳＯＳでのアクティブ走査の開始位置であり、ｘｅｏａは、ＥＯＳでのアクティブ走査の終了位置であり、Ｔｓｏａは、ＳＯＳでのアクティブ走査の開始時刻であり、Ｔｅｏａは、ＥＯＳでのアクティブ走査の終了時刻である。すべての時間は、ＳＯＳ（「走査開始」）ＲＯＳ同期信号から測る。
【００３０】
放射された光ビームを変調させるべく光源制御回路で使用するために、式１は時間の関数としてプロットされる。
ｔ−Ｔｓｏａ＝（ｘ−ｘｓｏａ）／v０                        [式３]
式３は、図５Ｂ及び図６Ｂプロット・グラフ（補正周波数対相対的時間）について使用する。
【００３１】
周波数偏移の変化率は、
ｄΔｆ／ｄｔ＝ｖ０＊ｆ０＊（ｄ2ｙ／ｄ2ｘ）          [式４]
ここで、（ｄ2ｙ／ｄ2ｘ）の第３因数は、測定走査非線形性に対する多項式曲線近似の第２導関数である。
【００３２】
ピクセル・クロック周波数ｆ０は、アクティブ走査の外側にある公称値ｆ０であり、図７のグラフに示すようにアクティブ走査における、式１に従ってΔｆだけ偏移されたものと仮定する。図７は、本発明のピクセル・クロック周波数を偏移させることによる第１次数走査線非線形性補正を示している。
【００３３】
走査線における端点ＳＯＳ、ＥＯＳでの周波数偏移の勾配には不連続性がある。実際問題として、光源制御回路のバンド幅は、式１における周波数変化の個別のサンプリングを平滑化するフィルタリングによって制限される。この周波数変化は、ピクセル・クロック期間の時間増分あるいはピクセル・クロック期間の或る倍数で調整される。しかしながら、周波数偏移Δｆおよび周波数偏移の勾配は、以下のようにしてゼロにすることができる。すなわち、ａ）アクティブ走査の両端付近のいくつかの点を重み付けすること、あるいは、ｂ）付けたりの条件としてｘｓｏａおよびｘｅｏａでのゼロ勾配と共に非線形性曲線の区分的近似を使用することによってゼロにすることができる。
【００３４】
本発明は、周波数非線形性を計算するために、以下の付加的なプリンタ要件に拡張可能である。すなわち、ａ）SOAの時間オフセットを使用して計算表について開始位置をオフセットすること、そして、ｂ）公称値からのパラメータとしてｆ０を調整することによってＲＯＳ毎の変動走査倍率を補正することである。これら２つの調整についての情報は、レーザープリンタのセンサから得られる。
【００３５】
本発明は、また、非線形性補正周波数についての計算向上を可能にする多数回反復アルゴリズムを提供する。
【００３６】
式１、４の周波数偏移を利用することによって、走査線に沿ったピクセル配置の残留非線形性ｙｉ及びデータ平滑化多項式曲線の対応する勾配（ｄｙ／ｄｘ）ｉを測定することによって、第２の反復が実施される。したがって、第２反復周波数補正は、次のように与えられる。
Δｆｉ＝ｆ０＊（ｄｙｉ／ｄｘ）ｉ                  [式５]
この結果が図８に示してあり、図８は、第１次数反復後の残留非線形性ｙｉを示している。
【００３７】
したがって、第２次数に対して必要なクロック周波数は、
ｆ２ｉ＝ｆ０＋Δｆｌｉ＋Δｆ２ｉ                  [式６]
である。
【００３８】
図９は、本発明の第２次数反復後にピクセル・クロック周波数を偏移させることによって行った走査線非線形性補正を示している。
【００３９】
同様に、必要に応じて、アルゴリズムの反復をより高い次数について続けてもよい。残余の測定またはシミュレーションは、各反復前に完了す。第n番目の次数の反復は、次のように与えられる。
【００４０】
Δｆｎｉ＝ｆ０＊（ｄｙ(n-i)／ｄｘ）ｉ               [式７]
ｆ２ｉ＝ｆ０＋Δｆｌｉ＋Δｆ２ｉ＋・・・・Δｆｎｉ  [式８]
本発明は、ＲＯＳの走査線非線形性に基づいて必要な周波数偏移Δｆを計算して、公称ピクセル・クロック周波数ｆ０を修正し、走査線に沿った均一な間隔のピクセル配置を得る方法を提供する。
【００４１】
周波数偏移Δｆは、ＲＯＳの走査線非線形性ピクセル配置に基づいてデータ平滑化多項式曲線の第１次数あるいはより高い次数の反復から計算される。データ平滑化多項式曲線は、前記走査線に沿った走査ピクセルの開始の周波数偏移Δｆをゼロにし、前記走査線に沿った走査ピクセルの終了の周波数偏移Δｆをゼロにする。
【００４２】
周波数偏移Δｆは、周波数偏移ルックアップテーブルに格納され、光源制御回路に適用されるように公称ピクセル・クロック周波数ｆ０を修正するのに用いられる。ピクセル・クロックおよび光源制御回路は、ＲＯＳの光源が放射する光ビームを変調し、走査線を横切って等間隔に置かれるピクセルを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムの概略側面図である。
【図２】走査線に沿った理想化されたピクセル配置の側面図である。
【図３】走査線に沿った非線形ピクセル配置の側面図である。
【図４】図３のピクセル配置の走査非線形性を測定するグラフである。
【図５Ａ】第１のラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムについての走査非線形性曲線を示しているグラフである。
【図５Ｂ】第１のラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムについての走査非線形性曲線を示しているグラフである。
【図６Ａ】第２ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムについての走査非線形性曲線を示しているグラフである。
【図６Ｂ】第２ラスタ出力走査（ＲＯＳ）システムについての走査非線形性曲線を示しているグラフである。
【図７】本発明のピクセル・クロック周波数を偏移させることによる走査線非線形性補正を示しているグラフである。
【図８】本発明のピクセル・クロック周波数を偏移させることによって走査線非線形性補正の第１次数反復後の残留非線形性ｙｉを示しているグラフである。
【図９】本発明の第２次数反復後にピクセル・クロック周波数を偏移させることによる走査線非線形性補正を示しているグラフである。
【符号の説明】
１０  従来のラスタ出力式走査（ＲＯＳ）システム
１２  光源
１４  光ビーム
１６  走査手段（ポリゴンミラー）
２０  感光性媒体
２２  走査線
２４  光反射ファセット
２６  回転軸線
３０  画像出力用光源制御回路
３２  コリメート用レンズ
３４  クロス・スキャン円柱レンズ
３６  ｆ−θ走査レンズ
４０  負の平球形レンズ
４２  正の平球形レンズ
４４  クロス・スキャン円柱レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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