(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理方向に動く光導電性部材の上に画像を形成する画像システムにおいて、
変調されたビームを回転する複数の面を有するポリゴンミラーから反射させることにより、前記光導電性部材の幅を横切る横方向の複数の走査線を形成するレーザを含むラスタ出力スキャナと、
前記ポリゴンミラーを回転させるモータと、
前記ポリゴンミラーの回転速度に係るフィードバック信号を供給するセンサーと、
前記フィードバック信号を２倍にすることによって偶数値を生成する第一の生成手段と、
前記ポリゴンミラーの回転速度に係る基準信号を２倍にしかつ１を加算することによって奇数値を生成する第二の生成手段と、
前記第一及び第二の各生成手段から出力される信号の誤差信号を生成する比較器と、
前記誤差信号に応答し前記モータを制御することによって前記ポリゴンミラーの回転速度を調整するコントローラと、
を有することを特徴とする画像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に画像システムの制御調整に関し、特に、改良ディジタルフィードバック制御調整に２ｘ＋１の補間が行われる基準を使用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザプリンタが多く利用され、原画情報を表すデータが入力され、出力コピーが作成されている。プリンタには、一般的に、ラスタ出力スキャナ(RASTER OUTPUT SCANNER、以下単に「ＲＯＳ」）が使用され、光導電性部位の帯電部を露光し、静電潜像を記録する。一般的に、ＲＯＳには、単色放射線の平行ビームを生成するレーザが含まれる。一般に、レーザビームは、画像情報に合わせ変調される。変調されたビームは、レンズを通し、走査素子、一般的には、鏡面を有する回転する多角柱部材（ポリゴンミラー）に照射される。
【０００３】
光ビームは、上記鏡面で反射され、感光メンバーの上にスポットを結ぶ。ポリゴンミラー（以下、単に「ポリゴン」ともいう）の回転により、スポットは、光導電性部位を横切り、高速走査（すなわち、線走査）の方向を走査する。一方、光導電性部位は、高速走査速度より遅い速度で低速（処理）方向に進む。この方向は、高速走査方向と直交する方向である。このようにして、ビームは、記録媒体をラスタ走査パターンで走査する。光ビームは、入力画像シリアルデータに従い輝度変調され、この変調速度に従い、データストリームで表される画像の個々の画素（ピクセル）が、感光媒体に露光され潜像が形成される。次いで、この潜像は、紙のような適当な受像媒体に転写される。レーザプリンタは、単一パスシステムと、複数パスシステムのいずれでも動作する。
【０００４】
複数パスシステムにおいては、光受容体面の各画像領域は、回転（パス）し、ＲＯＳシステムにより生成される被変調レーザビームにより形成される横方向走査線を少なくとも３回通過する。各画像は、０．１ｍｍの円、または±０．０５ｍｍの許容値内に位置合わせされる必要がある。各カラー画像は、光受容体の処理方向（低速走査位置合わせ）と、処理方向と直交する方向（高速走査または横方向位置合わせと呼ばれる）の双方に位置合わせされる必要がある。
【０００５】
このような精度が要求されるシステムにおいては、回転するポリゴンの速度制御が重要である。本発明と同一人に譲渡された、特許出願中第Ｄ／９４３２６号、１９９５年８月３日出願、米国特許出願第０８／５１０，９９８号には、回転するポリゴンの各面（ｆａｃｅｔ）に走査開始(start of scan(SOS))信号を供給する制御手段が開示されている。その制御手段は、光導電性部位に露光される最初の画像露光フレームの最初の走査線に対応する面を決定し、光導電性部位に重ねて露光される後続の各画像露光フレームの最初の走査線を開始する。この最初の走査線に対応する面は、最初の画像露光フレームの最初の走査線に対応するものと同一である。所定の面が現われ、続いてポリゴンが１回転し、同一の面が反復し現われるまでの時間間隔を計測することにより、ポリゴンの速度の誤りのない電子的表示が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術の難点は、フィードバック制御と調整の改善にコストがかかり複雑になることである。また、量子化データのサンプルデータの解像度が、調整性能を制限することも多い。従って、誤差帯の負誤差を除去し、調速器のような調整器の定常状態の性能を改善することが望ましい。
【０００７】
従って、本発明の目的は、コストが増加するので解像度は増加させないで、厳しい印刷性能を満たしながら動作品質性能及び調整性能を改善することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像システムは、処理方向に動く光導電性部材の上に画像を形成する画像システムにおいて、変調されたビームを回転する複数の面を有するポリゴンミラーから反射させることにより、前記光導電性部材の幅を横切る横方向の複数の走査線を形成するレーザを含むラスタ出力スキャナと、前記ポリゴンミラーを回転させるモータと、前記ポリゴンミラーの回転速度に係るフィードバック信号を供給するセンサーと、前記フィードバック信号を２倍にすることによって偶数値を生成する第一の生成手段と、前記ポリゴンミラーの回転速度に係る基準信号を２倍にしかつ１を加算することによって奇数値を生成する第二の生成手段と、前記第一及び第二の各生成手段から出力される信号の誤差信号を生成する比較器と、前記誤差信号に応答し前記モータを制御することによって前記ポリゴンミラーの回転速度を調整するコントローラとを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の理解を深めるため、添付の図面を参照する。これら図面では、同一部分には同一の参照番号が付与される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１では、本実施の形態における複数パスゼログラフィ印刷システム１０の概略図が示される。このシステムは、本発明の好適な一実施の形態を示すものであり、本発明の範囲には、多様なシステムとディジタルフィードバック制御が含まれることは明らかである。システム１０は、ガイドローラ１４、１６のまわりに掛け継がれる光受容体ベルト１２を含み、少なくともガイドローラの一方は、ベルト１２を矢印１８で示される処理が進行する縦方向に進めるよう駆動する。ベルト１２の長さは、図１の破線の矩形に示される間隔を空けた整数個の画像領域Ｉ1−Ｉnを収容するよう設計される。各画像領域Ｉ1−Ｉnが、横走査線２０に到達すると、狭い間隔で配置される横のラスタ線２２が順次露光される。このラスタ線は、図１の画像領域Ｉ1では、縦方向の間隔を拡大し示されている。
【００１４】
図１に示される実施形態においては、線２０は、ラスタ出力スキャナにより走査される。被変調レーザビーム２４は、連続する面２５に反射され、線２０に到達する。この連続する面２５は、モータ２７に駆動される回転可能なポリゴンミラー２６に設けられる。モータ２７には、ホールセンサー(Hall senser)４４が組み込まれ、これは、ポリゴンの速度を表す適当なフィードバック信号を制御部３０に供給する。ビーム２４は、レーザダイオードのような、レーザ素子２８から放射される。このレーザ素子２８は、制御プロセッサ３０の一部を構成するレーザ駆動モジュールにより作動される。プロセッサ３０は、走査駆動コマンド回路のような、ここには示されない他の回路または論理モジュール、たとえば、走査駆動コマンド回路を含み、これにより、ポリゴンミラー２６を回転させるモータ２７の動作を制御する。走査開始センサー６６は、走査基準点の開始を決定し、適当なフィードバック信号を制御部３０に供給する。
【００１５】
システム１０の動作において、さらに詳しく述べると、制御部３０は、ビデオ信号に応答し、各ラスタ線２２を露光し、線形セグメントのビデオ信号画像を形成する。ゼログラフィカラーシステムにおいては、各画像領域Ｉ1−Ｉnは、同様に、３原色と黒色のそれぞれに対応する４回の連続する露光が行われる。システム１０のような、複数パスシステムにおいては、一つのラスタ出力スキャナか、ヘッドを使用するので、各画像領域を完全に露光するには、ベルト１２を４回転させる必要がある。ベルト１２が縦方向に動く結果、各ラスタ線が横走査線２０に合わせられ、これに従い、画像領域Ｉ1−Ｉnは、連続するラスタ線に順次露光される。
【００１６】
システム１０において横走査線２０の長さを画像領域Ｉの横の長さより長くすることに注意する必要がある。この点については、走査線長は、各鏡面２５の長さによって規定され、ラスタ線２２の長さより長い。各ラスタ線の長さは、レーザダイオードが動作する時間、すなわち、被変調ビームを、回転するポリゴン２６の各面２５から反射させる時間により規定される。これらは、レーザ駆動モジュールにより規定されるものである。従って、レーザ駆動モジュール、露光されるラスタ線２２の横方向の位置、ベルト１２に対しシフトする画像領域Ｉ1−Ｉnを制御することにより、各横走査線の活性部分を横方向にシフトさせることができる。
【００１７】
横走査線２０の活性部分を、連続する各画像に対し調整する必要があり、これは、画像が露光されている間のベルトの横方向の位置に関わりなく、最初の画像と後続の画像が縦に正確に並んでいるか、または横の位置合わせが行われているかを保証するものである。この動作は、ベルト走行方向に揃えられるターゲットを設け、各ターゲットの位置に対応する信号を生成する設計を行う実際的な方法により達成される。特に、また、図１の複数パスのシステムにおいては、ターゲットＴ1−Ｔnは、ベルト１２の縁端部に沿い縦方向に揃えて配置され、各画像領域Ｉ1−Ｉnの少し前、すなわち、各領域のベルト走行方向の上流に間隔を空けて配置される。図１の横走査線２０を通過する画像領域のターゲットＴ1−Ｔnに揃え、１個のセンサー３６が配置される。
【００１８】
露光ステーションの下流において、現像ステーション（ここには示されていない）が、先行する画像領域に形成される潜像を現像する。最後のカラーが露光され、完全に現像されたカラー画像は出力シートに転写される。電子サブシステム(Electronic Sub System(ESS))３２は、回路および論理モジュールを含み、このモジュールは、入力ビデオデータ信号と、他の制御およびタイミング信号に応答し、画像の露光に同期させて光受容体ベルト１２を駆動し、また、モータによるポリゴンの回転を制御する。さらに詳細は、ここに採り入れられている、米国特許第５，３８１，１６５号と第５，２０８，７９６号を参照し得られる。
【００１９】
図示された光導電性面またはベルト上のいずれか適当なマーカ、またはいずれか適当な穴により、ベルト面に投射する各画像に対する基準が与えられる。言い換えると、センサーによる光導電性面のマークまたは穴の検出により、投射画像の最初の走査線が設定され、画像の上に画像を形成する複数パスにおいては、画像の上に画像が位置合わせされる。加えて、走査開始信号は、走査レーザビームが光導電性面の走査開始位置にあることを示す。
【００２０】
一般に、８面のポリゴンを使用する従来技術においては、ポリゴンの８面それぞれに対し走査開始信号が検出され、この信号がポリゴンモータに面のシフトをさしはさむ。特に、ポリゴンが回転すると、ポリゴンコントローラは、各面からのＳＯＳ信号を監視し、回転するポリゴンの速度を上げ、または下げ、一定の回転を維持する。このように、ＳＯＳ検出器を使用する閉ループ制御が使用され、画像の印刷中のポリゴンを一定の回転速度に維持する。また、位置制御が使用され、正確な画像開始時間にＳＯＳ信号がシフトされる。
【００２１】
図２は、本実施の形態における動的スイッチング速度制御システムを示した図である。３相ブラシレスモータ４０は、ポリゴンを回転させる典型的なモータ２７に相当し、ポリゴン４２を駆動する。プリント回路ボード上の３相ブラシレスモータの中に、ホールセンサーまたは磁気スイッチ４４が設けられ、これは、モータ４０の速度に基づく信号を供給する。ブラシレスモータ２７、ポリゴン４２、ホールセンサー４４は、モータポリゴン機構を構成する。ホールセンサー信号は、ホール整流回路４６に送られ、さらにそれからホールフィードバック回路４８に送られ、周波数か、パルス信号の間隔のいずれかに変換される。
【００２２】
更に、図２には、レーザ出力制御システム５８が示されている。これは、レーザ６０を駆動し、レーザビーム６２を放射する。レーザビーム６２は、回転するポリゴン４２に反射され、ここには示されない光受容体面に反射信号を供給する。反射レーザ信号の一部６４は、走査開始（ＳＯＳ）検出器６６に検出され、ＳＯＳフィードバック回路６８に信号を供給する。
【００２３】
スイッチ５０は、ホールフィードバック回路４８、またはＳＯＳフィードバック回路６８のいずれかに接続され、交互にフィードバックソース信号を単一制御ループに供給し、ポリゴン４２の速度を制御する。スイッチ５０がホールフィードバック回路４８に接続されると、ホールフィードバック信号は、加算接続部５４に送られ、基準信号５２と比較される。本発明に従えば、数学的補間器９４（２ｘ）は、スイッチ５０を関数５４に接続し、数学的補間器１００（２ｘ＋１）は、ポリゴン速度基準信号５２を接続部５４に接続する。誤差信号は、ディジタル制御補償器５６に送られ、モータ駆動回路４６を通し、ポリゴン４２の速度を制御する。レーザ出力制御システム５８は、レーザ６０を駆動し、被変調レーザをポリゴン４２から走行する光受容体面に反射させる準備ができると、適当な信号７０をスイッチ５０に供給する。スイッチ５０は、この信号に応じてＳＯＳフィードバック回路６８を接続する。
【００２４】
次いで、ＳＯＳフィードバック回路６８は、加算接続部５４に接続され、走査開始回路６６からの走査開始信号と、基準信号５２を比較し、適当な誤差信号をディジタル制御補償器５６に供給し、駆動モータ４０の速度を制御し、増幅駆動回路４６により、ポリゴン４２の速度を制御する。誤差ウインドウ検出回路７２とディジタル制御補償器５６は、システムがホールフィードバックループにあるか、ＳＯＳフィードバックループにあるかに従い調整されることに注意する必要がある。フィードバックループは、ホールフィードバックとＳＯＳフィードバックとが切り替わるので、補償器利得パラメータと同様に、誤差ウインドウ検出パラメータが変更される。
【００２５】
このような動的フィードバック切り替え制御によって、レーザ出力制御システムがオンのときには走査開始信号を使用する高精度ポリゴン速度および位置制御に、レーザ出力制御システムがオフのときには精度をおとしたホールセンサー信号フィードバック速度制御に切り替えられる。レーザが画像印刷モードに切り替わる準備ができると、システムは、ホール速度制御により高精度ＳＯＳ速度制御に円滑、高速に切り替わることができる。
【００２６】
フィードバックソースの動的切り替えシステムにより、走査開始(Start Of Scan(SOS))フィードバックの使用ができ、回転するポリゴンの高性能動作制御が可能となり、同時に、レーザの停止、または何らかの原因によるＳＯＳ信号の停止により、ＳＯＳ信号が消失し制御が失なわれる問題が解決される。ＳＯＳフィードバックの使用により、（従来の高品質システムに使用されている）ポリゴンモータ機構の一部に、独立の動作符号化フィードバック装置を加えることなく、動作品質性能の達成が可能となる。このことは、多くのコスト節減が得られることを示す。
【００２７】
ポリゴンモータ制御にＳＯＳフィードバックを使用することは、画像の上に画像を形成する(Image On Image(IOI))カラー印刷に要求されるポリゴンの位相再調整の実現にも必要である。このシステムによれば、ＳＯＳフィードバックを使用することができ、また、ＳＯＳ信号を所定の画像開始点に正確に位相をシフトする。位相再調整機能には、また、短時間に位相再調整を行う高速応答（帯域幅）のポリゴン制御が必要である。ホールフィードバックのみ使用するモータ制御には、速度調整を乱すホール信号のジッタ雑音を取り除く極めて高精度な低域通過フィルタが要求される。ただ、このような低域通過フィルタがあると、高速に応答するモータの位相再調整は不可能である。
【００２８】
ポリゴンの回転速度が増すと、モータは制御を開始し、ホールフィードバックを使用し制御を行う。ホールフィードバックには、不安定要因のジッタノイズが含まれるので、安定したモータ制御を行う低ループ利得が要求される。従って、誤差ウインドウ検出器の限界を広げ、ホールノイズが、モータ制御調整のずれを解釈し起動するのを防ぐ。レーザ制御が作動されると、レーザは初期化され定常状態となる。レーザの状態が認識されると、ポリゴン制御は、ＳＯＳ信号のフィードバックに動的に切り替えられる。ループ補償利得が増やされることにより、高帯域幅サーボループが実現され、動作調整品質が改善される。誤差ウインドウの検出限界は狭められ、誤差の極めて少ない最適検出によるモータ速度調整が可能となる。
【００２９】
ホールフィードバックとＳＯＳフィードバックの計測は双方とも作動させ、システムが、２つのフィードバックソースの間を円滑に移行できるようにする。ディジタル制御補償器には、比例制御と共に積分器が設けられ、フィードバックソース切り替えの移行時、補償利得の変更により生じるモータ速度の乱れを抑える。ここには、本発明を組み込むのに適したシステムの一例のみ示すものであり、本発明が適用できる多くのディジタルフィードバック制御システムのあることが理解されなければならない。たとえば、（ＲＯＳ）ポリゴンモータの制御、符号器で駆動する光受容体ベルトの制御、レーザ出力の制御を行ういずれのディジタルまたはサンプルデータ制御の一部にも組み込み可能である。
【００３０】
本発明は、ディジタルフィードバック制御ループ内のディジタル基準数とフィードバック数の補間を実現する方法であり、調整性能に２ｘの改善が得られる。説明される例においては、この方法は、モータポリゴン機構(Motor Polygon Assembly(MPA))の速度制御調整にそのまま適用され、ラスタ出力走査(Raster Output Scanner(ROS))サブシステムのレーザビームを走査する動作品質が得られる。この方法は、ディジタルフィードバック制御ループを使用する多くのシステムに適用可能である。この方法を使用し、誤差帯の負誤差（−ビット）を除去することにより、速度調整器の定常状態の性能に２ｘの改善が得られる。この実現は簡単であるにもかかわらず、性能の著しい改善がみられる。
【００３１】
基礎知識によれば、ゼロの定常状態の誤差を与えるために付加される積分器を持つディジタル制御ループの一つの特徴は、＋／−１ビットの誤差の範囲に調整が行われることである。積分器が、出力誤差による立ち上がりで、制御ループは、誤差をゼロに保持するよう機能する。しかし、定常状態誤差が＋／−１誤差ウインドウにあるため、システムは、＋／−１ビットの誤差の間で前後に不規則に動く。従って、サンプルデータの解像度または量子化データの粒度が、調整性能を制限する。コストが増えるので解像度は増さないで、カラー印刷の厳しい性能目標を満たす動作品質性能の改善が望まれている。
【００３２】
ここに採用される方法では、ディジタル制御ループ内の基準数とフィードバック数の双方に数学的操作が行われ、これにより、量子化サンプルフィードバックデータの解像度が増加されたように疑似される。基準信号の値（基準数）には、２が乗算され１加えられ、奇数の基準数のみが生成される。フィードバックの値には、２が乗算され、偶数のフィードバック数のみが生成される。最終的には、基準数とフィードバック数との間の減算が行われ、誤差が計算され、この新しい誤差もまた、＋／−１ビットのウインドウの中で制御される。新しい２ｘの誤差ビットは、実際には、＋／−０．５ビットの実誤差に相当する。このことは、常に、＋１または−１ビットの最小誤差はあるが、制御ループはそれより小さい誤差ウインドウの中を不規則に動く状態となることを示す。最終的に、調整性能に２ｘの改善を与える厳しいウインドウの中に出力が制御され保持される。
【００３３】
この方法の特徴は、最も経済的なマイクロコントローラにおいても、容易に実現できることである。この種類の応用に適した殆どのマイクロは、命令に左シフト機能を持つ。このシフトを使用すれば、実時間または他のマイクロコントローラリソースに殆ど影響を与えないで、２ｘ乗算がきわめて簡単に実現できる。また、一般に、シフトの前に設定するフラグによるシフトの方法もある。これによれば、２ｘ＋１の機能がきわめてよく実現できる。基準に作用する２ｘ＋１関数は、同様にオフラインで実行され、異なる奇数値のみの基準数が得られることを理解する必要がある。このことは、同等性能のシステムが低いコストで得られ、言い換えれば、余分の２ｘ計算を含めることによる実時間を殆ど消費することなく、性能の向上が得られることを示す。
【００３４】
図３は、本実施の形態におけるディジタルフィードバック制御システムを示したブロック構成図である。特に、ディジタル制御補償器８２は、ディジタルアナログコンバータ８４を介して処理部８６により所定の機能または処理を実行する。適宜検出されるパラメータ信号またはフィードバック信号８８は、周期的なサンプル速度９０という所定の特性の計測値となる。サンプルされたパラメータは、アナログディジタル変換器９２でディジタル数に変換され、比較器９６で基準ディジタル数９８と比較され、生成された誤差信号は、コントローラ８２を介して処理部８６により適宜調整される。しかし、本発明に従えば、上に述べたように、変換器９２の出力は、加算機能９６に入力される前に、補間器９４で数学的に操作される。また、基準数９８は、加算機能９６に入力される前に、補間器１００で数学的に操作される。数学的補間器９４、１００は、制御全体において３値ではなく２値の間のリミットサイクルまたは不規則な動きを軽減する。
【００３５】
本発明は、開示される構成を参照し説明したが、この分野に技術を有する人には、多くの変更、修正が可能であり、本発明の精神と範囲に入るすべての変更、修正が含まれることは明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
解像度を増加させることなく、厳しい印刷性能を満たしながら動作品質性能の改善がはかられる。ディジタルフィードバック制御ループ内のディジタル基準数とフィードバック数の補間を行うことにより、調整性能に２ｘの改善が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  制御調整を要する典型的なシステムである複数パスＲＯＳカラー印刷システムを示す図である。
【図２】  本実施の形態における２ループポリゴン速度制御システムを示したブロック構成図である。
【図３】  本実施の形態におけるディジタルフィードバック制御システムを示したブロック構成図である。
【符号の説明】
１０  ゼログラフィ印刷システム、１２  ベルト、１４，１６  ガイドローラ、１７  光受容体ベルト、２０  横走査線、２２  ラスタ線、２４  被変調レーザビーム、２５  ファセット、２６  ポリゴンミラー、２７  モータ、２８  レーザ装置、３０  制御部、３２  電子サブシステム、３６  センサー、４０  モータ、４２  ポリゴン、４４  ホールセンサー、４６  増幅駆動回路およびホール整流回路、４８  ホールフィードバック回路、５０  スイッチ、５２  ポリゴン速度基準信号、５４  加算接続部、５６  ディジタル制御補償器、５８  レーザ出力制御システム、６０  レーザ、６２  レーザビーム、６４  反射レーザ信号、６６  走査開始検出器、６８  ＳＯＳフィードバック回路、７０  信号、７２  誤差ウインドウ検出回路、８２  ディジタル制御補償器、８４  ディジタルアナログ変換器、８６  処理部、８８  パラメータ信号またはフィードバック信号、９０  サンプル速度、９２  アナログディジタル変換器、９４  数学的補間器、９６  加算機能、９８  基準ディジタル数、１００  数学的補間器。
【図１】
0004245686.tif 000002
【図２】
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【図３】
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