JP4384643B2

JP4384643B2 - 双方向走査型レーザプリンタにおいて斜めの走査を補償するためにデータをスケーリングするためのシステム及び方法

Info

Publication number: JP4384643B2
Application number: JP2006123357A
Authority: JP
Inventors: ダグラス・ジーン・キースレイ
Original assignee: マーベルインターナショナルテクノロジーリミテッド
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: US7333121B2; GB2425672A; JP2006306102A; US20080211900A1; US7701477B2; GB0606218D0; US20060244807A1; GB2425672B

Description

本発明は、振動ミラーを使用する双方向走査型レーザプリンタに関する。

図１は、一般に回転する感光性のドラム又は円筒体である可動感光体１２を含む一般的なレーザプリンタ１０を示す。このドラム１２は、光子によって放電される光導電性の高い材料から作成される。最初に、感光体ドラム１２は、一般に電流が流れるワイヤ又はローラである帯電電極１４により、全体的な正の電荷が与えられる。ドラム１２が回転する際、プリンタ１０は、（レーザダイオードのような）レーザユニット１６を用いて、特定の場所を放電するためにドラム１２の表面にわたってレーザビーム１８を照射する。このようにして、レーザビーム１８は、ドラム１２上に電気放電のパターン（静電イメージ）として、印刷されるべきテキスト及びイメージを「描く」。レーザビーム１８が変調される場合、ドラム１２上での電荷の結果としての変動は、用紙２１上に付着されるトナーの量に比例するように最終的に変換される
レーザビーム１８がドラム１２上で所望の静電パターンを走査した後、プリンタ１０はトナーローラ２０を用いて、正に帯電したトナー粉末でドラム１２をコーティングする。トナーは正の電荷を有するので、トナーは、レーザビーム１８により走査されたドラム１２の負に放電された領域に密着するが、トナーはドラムの正に帯電された「背景」には密着しない。ドラム１２にトナーのパターンが固着された状態で、ドラム１２が、その下を移動する用紙２１の上を回転する。用紙２１がドラム１２の下に移動する前に、用紙は、トナー粉末をドラム１２から引き離すように、ドラム１２上の静電イメージの負の電荷よりも強い負の電荷を与えられる。最終的に、プリンタ１０は、一般に一対の加熱ローラである定着機構２４に、用紙２１を通過させ、用紙２１が定着機構２４を通過する際、用紙上の粘着性のないトナー粉末が溶融し、用紙の繊維と溶融定着して、用紙上に永久的なイメージを形成する。ドラム１２上のトナーが用紙２１に転写された後、ドラム表面は、ドラム１２の感光体表面の全幅を露光する明るい光を生成する放電ランプ２２を通り過ぎ、静電イメージが消去される。次いで、ドラム表面は、レーザビーム１８がドラム上へ印刷されるべき次のイメージを走査することを見越して、ドラム１２の表面に正の電荷を再び加える帯電電極１４を通過する。

図２は、図１のプリンタ１０の機能的な平面図であり、走査レーザビーム１８によって生成され、負の放電された領域を表す、ドラム１２上の多数の暗黒領域２００を示し、この領域は代わりにドットと呼ばれる場合もある。図３は、図１のレーザプリンタ１０の部分の斜視図を示し、矢印３００によって示されるように、ドラム１２を横切って水平方向にレーザビーム１８が走査することを示す。イメージ処理回路（図示せず）は、レーザビーム１８がドラム１２を横切って水平方向３００に、一度に１つのラインを走査する際に、レーザビーム１８を変調するためにレーザユニット１６を制御する。イメージ処理回路は、所与の水平ラインに形成されるべきドット毎にＯＮして、光のパルスを放出し、且つドットがラインに形成されるべきでない場所でオフするように、レーザユニット１６を制御する。イメージ処理回路に格納されたピクセルデータは、印刷されているイメージに対応するピクセルのアレイのデータであり、この場合、アレイの各ピクセルのデータは、ドラム１２の表面上に形成されるべき放電領域、又はドットに対応する。

レーザビーム１８がドラム１２を横切って走査する際、レーザユニット１６は、レーザビーム１８自体を実際に動かさないが、代わりに回転ミラーのような可動ミラー２６からレーザビーム１８を反射する。ミラー２６が移動する際、ミラー２６は、レーザビーム１８を一連のレンズ（図示せず）を介して、ドラム１２上へと反射する。これらのレンズは、レーザビーム１８の特性を変更し、ミラー２６とドラム１２に沿った場所との間の距離の変動によって生じるイメージの歪みを補償する。また、留意すべきは、図２と図３は水平方向にドラム１２を横切って走査するレーザビーム１８を示すが、当業者によって理解されるように、レーザビームの実際の走査は、ビームがドラムの表面を横切って走査する際のドラム１２の移動に起因して、傾斜している、又は「斜め」になっている。例えば、ビーム１８がドラム１２の表面を横切って左から右に走査する際、ドラムは、図３の矢印３０２により示される方向に回転している。この結果、任意の補償がない場合、左から右へのレーザビーム１８の走査線は、ビーム１８が表面を横切って走査する際にその表面が移動しているので、上へ向かって左から右へ傾斜している。レーザビーム１８によって横断される走査線の傾斜の量は、極めて小さく、全ての走査線は同じ傾斜の量を有する。この結果、従来のプリンタ１０は、この傾斜によって、印刷されたページに著しく視覚的に顕著なエラーが生じないという理由から、レーザビーム１８により横断される走査線の傾斜を一般に補償しない。

微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの形態の振動ミラーは、種々のタイプの電子システムでますます一般化してきた。係るＭＥＭＳデバイスは、超小型電子デバイスを製造するのに一般に使用される技術を用いて製造され、従って小さくて安価であり、関連する電子回路と容易に集積化され得る。この結果、プリンタ１０の回転ミラー２６の代わりに振動ミラーを使用することが望ましい。一般的な振動ミラーは、ピボットアームを中心として回転、又は振動する反射部分を含む。電子回路は、反射部分の振動を制御する電磁界を発生する。振動ミラーが回転ミラー２６の代わりに使用される場合、ミラーの振動期間の一部の間に、レーザビーム１８は反射部分から反射され、それによりドラム１２の表面を横切って左から右へ、又は右から左へビームを走査する。次いで、レーザビーム１８は、振動ミラーがピボットアームを中心として最大位置まで回転した際にＯＦＦされ、次いで開始位置に戻るように回転し、その時点でレーザビームは再びＯＮされ、ドラム１２の表面でドットの次の行を形成するために変調される。

プリンタ１０で振動ミラーを使用することは、ピボットアームを中心としたミラーの振動周波数、及びドラム１２の回転速度が、適切な動作のために一定でなければならない。これは、ドラム１２の所与の回転速度、ミラーの振動周波数がドラムの表面を横切って左から右へレーザビーム１８を走査しなければならず、次いでミラーは、レーザビームがドットの次の行を走査する準備が整うように、最初の位置まで戻るように回転しなければならないという理由から本当である。所与のドットの行を走査した後、ミラーが最初の位置まで戻るように回転して、ドットの次の行を形成するためにレーザビーム１８を走査するように配置されるのに要する時間は、ミラーの「ターンアラウンドタイム」として知られている。

しかしながら、振動周波数は、ミラーの全体にわたって一定ではなく、ミラー毎にわずかに変動する。振動周波数が所望の周波数より速い場合、レーザビーム１８の連続的な走査線は、ドラム１２の表面上に形成されているドットの隣接する行に重なる。この場合、レーザビーム１８は、ドラム１２がミラーの所望の振動周波数に適している限り、ドラム１２が所望の範囲まで回転する前に、ドットの次の行の走査を開始する。振動周波数の係る変動を補償するために、形成されているドットに関連する強度データは、各ドットに対して所望の放電を達成するようにスケーリングされ得る。重なり（オーバラップ）は所与の行に形成されているドットに一定であるので、ドットの隣接する列のドットの強度データは、重なる走査線を補償するために重み付けされ得る。本明細書で詳細に説明されないが、当業者には理解されるように、ミラーの振動周波数が所望の周波数より遅い場合も類似した問題が生じる。また、ミラーの振動周波数が変動する際に、ドラム１２の回転速度を調節することは可能であるが、これは、定着機構２４のような、プリンタ１０の他のコンポーネントの動作に悪影響を及ぼす可能性があるので望ましくなく、定着機構２４は、ドラムの回転速度が増加する場合に、トナーを用紙２１と適切に溶融定着することができない。

レーザプリンタ１０で振動ミラーを使用することは、コストの低下のような利点を有するが、係るミラーは、いくつかの理由で実用化されていない。例えば、留意すべきは、上述した振動ミラーの動作は、ミラーがドラム１２の表面を横切って左から右へ、又は右から左へのみレーザビーム１８を走査するので、「一方向」である点である。これは、ミラーの振動期間の半分だけがレーザビーム１８の走査に使用される一方で、他の半分がミラーの「ターンアラウンド」タイムの役割を有効に果たすことを意味する。

ターンアラウンドタイムは振動ミラーの振動期間の約半分であるので、振動ミラーのターンアラウンドタイムは、回転ミラー２６と比較して比較的大きい。この結果、レーザビーム１８がドラム１２の表面を走査して必要なドットを形成するのに利用できる時間は少ない。これは、ドラム１２の所与の速度に対して、第１のドットの行を形成するためのビーム１８の走査と次のドットの行を形成するためのビームの走査との間の設定時間が存在するので、本当である。レーザビーム１８が表面を走査してドットを形成するのに利用できる時間は、設定時間からターンアラウンドタイムを引いた時間に等しく、振動ミラーのより長いターンアラウンドタイムはこの利用できる時間をより小さくし、ひいてはビームがこのより小さい時間内に必要なドットを形成するために、より速く移動することを必要とする。レーザビーム１８のより速い走査は、必要なドットを形成するためにドラムの表面上の領域を十分に放電するためにレーザビーム１８のパワーが増大されなければならないことを意味する。係るレーザビーム１８を生成するためのより高いパワーのレーザは、より高価であり、ひいてはプリンタ１０の全体的なコストを不都合に増大させる。

振動ミラーの増加したターンアラウンドタイムの悪影響を軽減するために、レーザビーム１８は理想的には、ドラム１２の表面を横切って左から右へ、及び右から左へレーザビームを「双方向に」走査するように、ミラー２６から反射され得る。しかしながら、係る双方向走査は、振動ミラーを含むプリンタ１０では使用されない。その理由は、双方向走査が、上述したようにミラーの振動周波数の変動を補償するために必要とされるような強度データのスケーリングを可能にしないからである。これは、レーザビーム１８の双方向走査が、図３に示されたように表面で「ジグザグ」のパターン３０４を形成する、ドラム１２の表面を横切る走査線をもたらすので、本当である。より具体的には、前述したように、ビーム１８が表面を横切って走査する際に表面が移動しているので、レーザビーム１８の左から右への走査線３０６は、上向きに左から右へと傾く。逆に、ビーム１８が双方向に走査される場合、レーザビーム１８の右から左への走査線３０８は、上向きに右から左へと傾く。振動ミラーの振動周波数の変動と組み合わせられる場合、走査線のこのジグザグパターン３０４は、形成されているドットの隣接する行においてドットの可変の重なりをもたらし、ひいては単一方向走査システムに存在する一定の重なりに関する、上述したような強度データのスケーリングを可能としない。

従って、本発明の課題は上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することにある。

本発明の一態様によれば、走査システムは、光導電性表面を横切ってイメージビームを走査するように適合される。走査システムは、振動ミラーを含み、イメージビームを生成して、表面上の領域を放電するために振動ミラーからイメージビームを反射するように動作可能である。システムは更に、光導電性表面上のイメージビームの位置の関数として、イメージビームの強度を動的にスケーリングするように動作可能である。

本発明の別の態様によれば、光導電性表面上の領域を放電するために、振動ミラーを用いてイメージビームを走査する方法は、表面上の領域を放電するために表面を横切って第１の方向にイメージビームを走査することを含む。イメージビームは、表面上の領域を放電するために表面を横切って第２の方向に走査される。イメージビームが第１及び第２の方向の少なくとも１つの方向で走査する際、イメージビームの強度は、イメージビームの位置の関数として動的にスケーリングされる。

本発明によれば、振動ミラーを使用することによって、従来のレーザプリンタで使用されていたより高価な回転ミラー、及び関連する回路が置き換えられ、走査システムのコストを下げることが可能になる。更に、双方向走査によって、より低いパワー、ひいてはより低いコストのレーザダイオードを利用することが可能となり、振動ミラーを使用する単一方向の走査を用いるシステムにおける、より高いパワーのレーザダイオードの必要性も除去される。

図４は、本発明の一実施形態に従って、レーザビーム４０４を生成するためのレーザアセンブリ４０２、及び感光ドラム４１０の表面４０８を横切ってレーザビームを双方向に走査するための振動ミラー４０６を含む振動ミラーレーザ走査システム４００の機能図である。動作中、ミラー４０６は、ドラム４１０の回転中に、表面が垂直寸法Ｖに沿って上方４１１へ移動する際に、表面４０８を横切ってレーザビーム４０４を双方向に走査するように振動する。この双方向の走査中に、レーザビームアセンブリ４０２は、ミラー４０６の振動周波数の変動を補償するためにレーザビーム４０４の強度をスケーリングし、以下でより詳細に説明されるように、ビームの双方向走査から結果として生じる斜めの走査を補償するためにビームの強度を動的にスケーリングする。振動ミラー４０６を使用することは、従来のレーザプリンタで使用されていたより高価な回転ミラー、及び関連する回路を置き換えることにより、走査システム４００のコストを下げる。更に、双方向走査によって、より低いパワー、ひいてはより低いコストのレーザダイオードを利用することが可能となり、振動ミラーを使用する単一方向の走査を用いるシステムにおける、より高いパワーのレーザダイオードの必要性も除去される。

以下の説明は、当業者が本発明を行う、及び使用することを可能にするために提供される。好適な実施形態に対する種々の修正形態は、当業者には容易に明らかになるであろう。本明細書において、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の思想と範囲から逸脱せずに、一般的な原理が他の実施形態、及び応用形態に適用され得る。従って、本発明は、図示され説明された実施形態に限定されることが意図されておらず、本明細書に開示された原理と特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

レーザビーム４０４は、ドラム４１０の表面４０８を横切って水平寸法Ｈで表面４０８を走査する。レーザビーム４０４を水平寸法Ｈで走査するために、振動ミラー４０６はピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として前後に回転する。ピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として前後に回転することにより、ミラー４０６は水平寸法Ｈでレーザビーム４０４を掃引して、表面４０８上に負の放電された領域、又はＤ_１１〜Ｄ_ｎｍと表示されたドットを形成する。ドットＤ_１１〜Ｄ_ｎｍは、表面４０８上でｎの行とｍの列からなるアレイに形成され、この場合、図４ではＲＯＷ１〜ＲＯＷ７と表示された７つの行が表面に示されている。ミラー４０６から反射された後、レーザビーム４０４は、ミラーと表面４０８との間に配置された光学部品類４０５を通って伝播する。光学部品類４０５の機能は、レーザビーム４０８の特性を変更して、ミラーと表面４０８に沿った場所との間の距離の変動により生じるイメージの歪みを補償する。

走査システム４００は、レーザアセンブリ４０２の制御、ミラー４０６の振動の制御、ミラーの瞬間回転位置のモニタ又は予測、及びミラーがピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として正弦関数的に回転する際にミラーの可変速度を補償するような、システムの全体的な動作を制御する制御回路４１８を更に含む。また、制御回路４１８は、ドラム４１０の回転を制御するためのモータ回路のような、本発明の実施形態の理解のために詳細に説明される必要のないシステムの他のコンポーネントも含む。また、留意すべきは、図４において、レーザビーム４０４は、単に図示を容易にするために線として示されるが、当業者には理解されるように、実際には有限のビーム幅又はビーム直径を有する。

以下の説明において、ドットＤ_１１〜Ｄ_ｎｍを参照する場合、ドットは、所与の行ＲＯＷ１〜ＲＯＷ７のドットのような、ドットの任意の１つのドット、又はドットのグループを参照する場合に、単にＤとして参照されるが、下付き文字ｎとｍは、特定のドットを参照する場合に含められる。同様なことが行ＲＯＷ１〜ＲＯＷ７にも当てはまり、この場合、任意の行を参照する場合には数字が省略され、特定の行を説明する場合にのみ１つの数字が使用される。また、説明を容易にするために、仮に上述したようにレーザビームが実際に表面４０８上の所与の行を横切って走査して、それによりその行にドットＤを形成するとしても、レーザビーム４０４は、所与の行のドットＤを横切って走査するように言及され得る。

動作中、走査システム４００は、ミラー４０６がピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として回転する際に、水平寸法Ｈで表面４０８を横切ってレーザビーム４０４を走査する。レーザビーム４０４は、行ＲＯＷ１のドットＤ_１１から始まり（図４には示されない）、ビームが行ＲＯＷ１を横切って走査してドットＤ_１１〜Ｄ_１ｍを連続的に形成する際に、レーザビーム４０４の強度を連続して変調するために、制御回路４１８がレーザアセンブリ４０２を制御しながら、左から右へ進む。図４の例において、ミラー４０６はピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として方向４１４に回転して、ビーム４０４を左から右へ走査する。ドットＤ_１ｍの形成後、ミラー４０６が方向４１４でピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心としたその最大回転に達した際に、制御回路４１８はレーザアセンブリ４０２を一時的にＯＦＦして、レーザビーム４０４をＯＦＦする。

ひとたびミラー４０６が方向４１４でピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心としたその最大回転に達するやいなや、ミラー４０６は方向４１６でピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として反対方向へ回転し始める。この時点で、レーザアセンブリ４０２は制御回路４１８の制御下でレーザビーム４０４を変調して、行ＲＯＷ１とＲＯＷ２におけるドットＤを横切ってレーザビーム４０４を走査する。より具体的には、レーザビーム４０４は行ＲＯＷ１とＲＯＷ２におけるドットＤ_１ｍとドットＤ_２ｍから始まり、ビームが行ＲＯＷ１とＲＯＷ２を横切って走査してドットＤ_１ｍ〜Ｄ_１１及びＤ_２ｍ〜Ｄ_２１の部分を連続的に放電する際に、レーザビーム４０４の強度を連続して変調するために、制御回路４１８がレーザアセンブリ４０２を制御しながら、右から左へ進む。図４の例において、ミラー４０６はピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として方向４１６に回転して、ビーム４０４を右から左へ走査する。以下でより詳細に説明されるように、留意すべきは、レーザビーム４０４の双方向走査は、隣接する行ＲＯＷのドットＤの走査線を重ねるという結果になり、そのためレーザビーム４０４の各走査線の間に、各ドットＤの所望の放電の一部のみが除去される。

走査システム４００は、このようにミラー４０６がピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として振動して、レーザビーム４０４がドラム４１０の表面４０８を横切って左から右へ、及び右から左へ走査して、行ＲＯＷ１〜ＲＯＷ７のそれぞれにおいて連続してドットＤを形成する際に、動作を継続する。ドラム４１０が方向４１１で上向きに回転する際、当然のことながらドットＤの追加の行（図示せず）が表面４０８上に形成される。図４は、行ＲＯＷ３のレーザビーム４０４の左から右への走査線、及び行ＲＯＷ４の右から左への走査線を示す。これらの走査線は、この図面を単に簡略化するために線として示されるが、以下でより詳細に説明されるように、各走査線は一般に隣接する行のドットに重なる。

さて、走査システム４００の全体的な動作を、図５を参照してより詳細に説明する。図５は、ミラー４０６が所望の振動周波数を有する場合に、図４の走査システムによりドラム４１０の表面４０８上に生成される例示的な双方向の走査線パターンである。図面は、レーザビーム４０４の走査により理想的に形成されるドットの行に対応するドットＤの４つの行ＲＯＷ〜ＲＯＷ４を示す。また、レーザビーム４０４の実際の左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ４Ｒ、及びレーザビームの実際の右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ５Ｌも示される。図５の例において、実際の左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ４Ｒは、行ＲＯＷ１〜ＲＯＷ４のドットＤと完全に揃えられているものとして定義される。実際の右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ５Ｌは、点線で示される。図５は、ミラー４０６の振動周波数が所望の振動周波数に等しい状態を示す。ミラー４０６の振動周波数における変動の影響は、図８〜図１３を参照して以下でより詳細に説明される。

動作中、制御回路４１８は、ピクセルのアレイを格納し、各ピクセルは、ドラム４１０の表面４０８上へ走査されるべき対応するドットＤの強度データを包含する。制御回路４１８は、振動ミラー４０６の回転位置により求められる、表面４０８上のレーザビームの位置の関数として、ひいては形成されているドットの関数として、レーザビームの強度を変調するために各ピクセルの強度データを利用する。最初に、レーザビーム４０４が、行ＲＯＷ１を横切って左から右へ走査線Ｓ１Ｒを走査すると仮定する。走査線Ｓ１Ｒは完全にドットＤ_１１〜Ｄ_１ｍに被さり、ミラー４０６の振動周波数が所望の振動周波数に等しいことによるこれらのドットのみに完全に被さる。これは、図６でより明瞭に示され、図６は、左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ４Ｒのみを示し、走査線Ｓ１Ｒの間にレーザビーム４０４が行ＲＯＷ１のドットＤのみを横断することを示す。前述したように、左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ４Ｒは、図５と図６の例において、ドットＤと揃えられているものとして定義される。

レーザビーム４０４が走査線Ｓ１Ｒを横切る際、制御回路４１８は、対応するピクセルの強度データに基づいてレーザビーム４０４の強度を変調するためにレーザアセンブリ４０２を制御する。ドットＤ_１１〜Ｄ_１８の走査線Ｓ１Ｒは、放電されるべきこれらのドットのそれぞれを部分的に放電する。前述したように、振動ミラー４０６でもって表面４０８を走査する際に、レーザビーム４０４はより速く移動するので、ドットはただ部分的に放電されるのみである。これは、レーザアセンブリ４０２がこれらのドットＤをただ部分的に放電するだけのパワーを有するレーザビーム４０４を生成すると仮定しており、これにより、従来のレーザプリンタと同じパワーを有するレーザビームの使用が可能になる。より低いパワーのレーザビーム４０４の意味することは、レーザアセンブリ４０２がより低いパワーのレーザダイオードのような、より安価なレーザ発生源を含むだけでよいことであり、それによりシステム４００のコストが低減される。

レーザビーム４０４が走査線Ｓ１Ｒを横切った後、ミラー４０６は向きを変えて、走査線Ｓ２Ｌを通じてレーザビームを走査するために他の方向に移動し始める。ミラー４０６が停止して向きを変え、他の方向に移動し始めるのに要する時間は、ターンアラウンドタイムと呼ばれる。このターンアラウンドタイムは、走査線Ｓ１Ｒの下側と走査線Ｓ２Ｌの上側との間のＴＴとして図５に示されたギャップという結果になる。このターンアラウンドタイム及び結果としてのギャップＴＴは、ミラー４０６が「向きを変える」たびに発生し、ミラーがピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心として、所与の方向の移動を停止して、他の方向の移動をし始める時を意味している。

レーザビーム４０４が走査線Ｓ２Ｌを横切る際、ビームはドットＤに対して下向きに傾斜し、これはビーム４０４が行ＲＯＷ１とＲＯＷ２の双方のドットの上を通過することを意味する。この結果、制御回路４１８は、所与の行のピクセルの強度データを単純に使用することはできないが、代わりに表面４０８上のレーザビームの位置の関数として、ひいては形成されているドットＤの関数としてレーザビームの強度をスケーリングしなければならない。制御回路４１８は、行ＲＯＷ１とＲＯＷ２で放電されているこれらのドットを部分的に放電するために、レーザビーム４０４の強度をスケーリングする。図７は、図５の走査線パターンの右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ５Ｌのみを示し、走査線Ｓ２Ｌの間に、ビーム４０４が行ＲＯＷ１のドットＤ_１８〜Ｄ_１１の一部、及び行ＲＯＷ２のドットＤ_２８〜Ｄ_２１の一部に適用されることをより明瞭に示す。更に、ビーム４０４が走査線Ｓ２Ｌにおいて下向きに傾斜しているので、ビーム４０４がこれらのドットＤの一部に適用され、又はビームが右から左へ走査される際にビームの「重なり」が変化する。例えば、図７の右側に示されているように、ビーム４０４の右側の重なりＯＬＲが示される。この時点で、ビーム４０４はドットＤ_２８よりもドットＤ_１８により多く重なる。ビーム４０４が走査線Ｓ２Ｌの左側に到達する時までには、ビームの左側の重なりＯＬＬは、ビームが今や行ＲＯＷ１のドットＤ_１１よりも行ＲＯＷ２のドットＤ_２１により多く重なることを示す。行ＲＯＷ１とＲＯＷ２のドットＤの重なりは、走査線Ｓ２Ｌの間のドットＤに対するビーム４０４の傾斜に起因して、走査されているドットの関数として変化する。

制御回路４１８は、行ＲＯＷ１のドットＤ_１８〜Ｄ_１１、及び行ＲＯＷ２のドットＤ_２８〜Ｄ_２１に対応するピクセルの強度データを用いて、レーザビーム４０４の強度をスケーリングする。一実施形態において、制御回路４１８は、走査線Ｓ２Ｌの間にビームが横切るドットＤの対に対応するピクセルの強度データの重み付けされた合計を用いて、レーザビーム４０４の強度値を生成する。例えば、レーザビーム４０４がピクセルのアレイにおける列８に対応する右端にいる場合、ドットＤ_１８及びドットＤ_２８において制御回路４１８は、（０．６６×ＩＤ_１８＋０．３３×ＩＤ_２８）に等しいとしてレーザビームの強度を計算することを意味し、ここで、ＩＤ_１８とＩＤ_２８はそれぞれ、ドットＤ_１８とＤ_２８に対応するピクセルの強度データに対応する。レーザビーム４０４がピクセルのアレイにおける列１に対応する左端にいる時までには、ドットＤ_１１とＤ_２１において制御回路４１８は、（０．３３×ＩＤ_１１＋０．６６×ＩＤ_２１）に等しいとしてレーザビームの強度を計算することを意味し、ここで、ＩＤ_１１とＩＤ_２１はそれぞれ、ドットＤ_１１とＤ_２１に対応するピクセルの強度データに対応する。ドットＤの列１と列８との間では、ビーム４０４の重なりは、各列毎に変化し、ひいては制御回路４１８は、走査されている列のドットに対応するピクセルの強度データＩＤを適切に重み付けするために、ビームの強度を動的に計算する。このように、制御回路４１８は表面４０８上でのレーザビームの位置の関数としてレーザビーム４０４の強度を動的にスケーリングし、これは現在形成されているドットの関数であるとみなされ得る。

レーザビーム４０４が走査線Ｓ２Ｌを横切った後、ミラー４０６は再度向きを変えて、レーザビームが走査線Ｓ２Ｒを横切るように他の方向に移動し始める。この時点で、走査システム４００は、走査線Ｓ１Ｒに関して説明されたように動作し、制御回路４１８は、行ＲＯＷ２のドットＤ_２１〜Ｄ_２８の必要なドットを部分的に放電するためにビームの強度を変調する。次に、ミラー４０６は再び向きを変えて、走査線Ｓ３Ｌを横切るために右から左へレーザビーム４０４を走査し始め、制御回路４１８は再度、行ＲＯＷ２とＲＯＷ３のドットＤの適切な対の重み付けされた強度データＩＤを用いて、ビームの強度を動的にスケーリングする。各行ＲＯＷのドットＤ毎に、放電されているその行のドットは、レーザビーム４０４が３つの連続した走査線の間にこれらのドットを横切った後に、完全に放電される。例えば、放電されている行ＲＯＷ２のドットＤ_２１〜Ｄ_２８のそれぞれは、レーザビーム４０４が走査線Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｒ、及びＳ３Ｌにおいてこれらのドットを横切った後に、完全に放電される。

システム４００の他の実施形態において、走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ５Ｌの間に走査されているドットＤの隣接する行ＲＯＷに対応する強度データＩＤの重み付けは、上述したのと異なる態様でスケーリングされ得る。例えば、実際に横切られているドット対の周囲のドットＤの強度データＩＤを利用する非線形補間が、所与の列のドット対を走査している際のレーザビームの強度を計算する場合に利用され得る。一実施形態において、現在のドットＤの強度データＩＤは、現在のドットが中央ドットである状態の周囲ドットの５×５アレイのような、周囲ドットのグループ又は領域のデータを包含するルックアップテーブルに格納されたデータに基づいている。

さて、図８〜図１０を参照して、ミラー４０６の振動周波数の変動の影響をより詳細に説明する。表面４０８上にドットＤを適切に形成する際の走査システム４００の動作は、ピボットアーム４１２ａと４１２ｂを中心としたミラー４０６の振動周波数、及びドラム４１０の回転速度に依存する。ドラム４１０の所与の回転速度に関して、ミラー４０６の振動周波数は、表面４０８が移動している際に、レーザビーム４０４が所与の行ＲＯＷを横切って左から右へ走査し、次いでレーザビームが左から右へ次の行を走査するために適切に配置されるような時に右から左へ戻るようにしなければならない。

振動周波数は、ミラー４０６の全体にわたって一定ではなく、ミラー間でわずかに変動する。図８は、振動ミラー４０６が所望の振動周波数より大きい振動周波数を有する場合に図４の走査システム４００により生成される例示的な双方向走査線パターンである。この場合、レーザビーム４０４は所望の速さよりも速く左から右へ走査し、これは、レーザビームが次の行を走査し始める際に理想的に有するべきであるものよりも少ない距離だけ、表面が方向４１１（図４を参照）で上向きに回転したことを意味する。このようにレーザビーム４０４の所望の走査よりも速い走査は、レーザビーム４０４の走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒの一部がドットＤの隣接する行ＲＯＷ１〜ＲＯＷ４に重なることになり、これは図９に明確に示され、図９は図８の左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒのみを示す。例えば、レーザビーム４０４の実際の走査線Ｓ１Ｒは、行ＲＯＷ１を走査するが、レーザビーム４０４の次の左から右への走査線Ｓ２Ｒは、行ＲＯＷ１とＲＯＷ２に部分的に重なる。同様な状況は、実際の走査線Ｓ３ＲとＳ４Ｒについても認められ、即ち、走査線Ｓ３Ｒは行ＲＯＷ２とＲＯＷ３に部分的に重なるが、走査線Ｓ４Ｒは行ＲＯＷ３のみを走査する。この時点において、隣接する走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒの重なりパターンは、走査線Ｓ５Ｒで繰り返され、走査線Ｓ５Ｒは、走査線Ｓ１Ｒが行ＲＯＷ１のみに適用されるのと同じように行ＲＯＷ４のみに適用される。

実際の走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６ＲがドットＤの行ＲＯＷ１〜ＲＯＷ４の一部に重なる結果として、制御回路４１８がこの重なりを補償するためにレーザビーム４０４の強度を調整しない場合には、所望のドットは、それぞれの行に適切に形成されない。これは、重なる走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒが所与の行ＲＯＷのドットＤの一部に対して所望の放電とは異なる放電をもたらす可能性があるので、本当である。例えば、ドットＤ_１２は放電されるべきでない（このドットを走査する際にレーザビーム４０４がＯＦＦされる）が、このドットの直ぐ下のドットＤ_２２が放電されるべきである場合、走査線Ｓ２Ｒは不都合にドットＤ_１２の部分的な放電をもたらす。

走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒの重なりに起因したこの不都合な放電を補償するために、走査システム４００は、図５〜図７に関連して上記で前述したように、各ドットＤのデータをスケーリングする。所与のドットＤに対するレーザビーム４０４の強度は、第１の行ＲＯＷの対応するピクセル、及び次の行におけるそのピクセルの直ぐ下の対応するピクセルの強度の重み付けされた値である。例えば、走査線Ｓ１Ｒに関しては、ビーム４０４の強度が、行ＲＯＷ１のドットＤ_１１〜Ｄ_１８に対応するピクセルの強度データＩＤによって完全に決定されるが、走査線Ｓ２Ｒについては、ビーム４０４の強度は、行ＲＯＷ１のドットＤ_１１〜Ｄ_１８に対応するピクセルの強度データに、行ＲＯＷ２のドットＤ_２１〜Ｄ_２８に対応するピクセルの強度データを加えたものにより決定された、スケーリングされた値である。レーザビーム４０４のこのような強度のスケーリングは、走査線の一定の重なりに起因して、走査線Ｓ２Ｒの間における行ＲＯＷ１とＲＯＷ２のドットＤの各対に対して同じである。これは、全ての走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒに対して当てはまるが、所与の走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒに対する特定の不変な重み付け係数は、連続した左から右への走査線に対して変化する。この例において、走査線Ｓ１Ｒの重なりがその関連する行の走査線Ｓ５Ｒの重なりと同じであることに注目することによって、図９において認識されるように、スケーリングは、左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ６Ｒの四番目毎に繰り返される。

図１０は、図８の右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ７Ｌのみを示す走査線の図である。理想的に形成されたドットＤのアレイに対する実際の走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ７Ｌの傾斜は、より明確に図１０で見出される。また、傾斜した右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ７Ｌから生じる、ドットＤの隣接する行ＲＯＷ間の重なりの変動も示される。より具体的には、走査線Ｓ２Ｌの右側の重なりＯＬＲは、この走査線の右端側でレーザビーム４０４が行ＲＯＷ１のドットＤのみを横切ることを示す。逆に、レーザビーム４０４が、走査線Ｓ２Ｌの左端側までこの走査線を横切る時までには、左側の重なりＯＬＬは、レーザビームが行ＲＯＷ１とＲＯＷ２の双方のドットＤを横切ることを示す。レーザビーム４０４が右から左へ進行する場合、この重なりは、図７に関連して前述されたように動的である。図８〜図１０は、ミラー４０６の振動周波数が所望の周波数より速い状態を示すが、当業者には理解されるように、振動周波数が所望の周波数より遅い場合に、図４のシステム４００の双方向走査レーザビーム４０４によって生成される走査線パターンに対して同様な変化がもたらされる。振動周波数が所望の周波数より遅い状態では、レーザビーム４０４が２つよりも多い、ドットＤの行ＲＯＷに重なる機会が存在する可能性があることに留意すべきである。

図１１〜図１３は、本発明の別の実施形態に従って、図４の走査システム４００により生成された実際の走査線パターンを示す。システム４００のこの実施形態において、左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ７Ｒのそれぞれ、及び右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ６Ｌのそれぞれは、ドットＤに対する傾斜を有するものとして定義される。これは、図１１〜図１３の実施形態において、隣接する行ＲＯＷのドットＤの重なりが表面４０８上でのビーム４０４の位置の関数として、又は横切られている特定のドットの関数として変化するので、制御回路４１８は、走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ７Ｒ及びＳ１Ｌ〜Ｓ６Ｌの双方の強度データを動的にスケーリングすることを意味する。

図１１は、レーザビーム４０４の双方向走査によって生成された全体的な走査線パターンを示す。左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ７Ｒ、及び右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ６Ｌの双方が、表面４０８上に理想的に形成されたドットＤに対して斜めになっている。図１２は、左から右への走査線Ｓ１Ｒ〜Ｓ７Ｒのみを示し、例えば、走査線Ｓ３Ｒについて、行ＲＯＷ１とＲＯＷ２のドット間での可変の重なりを示す。左端の重なりＯＬＬ及び右端の重なりＯＬＲは、走査線Ｓ３Ｒについて示され、この場合、重なりは、横切られているドットＤの関数としてこれら２つの値との間で動的に変化する。図１３は、右から左への走査線Ｓ１Ｌ〜Ｓ６Ｌのみを示し、例えば、走査線Ｓ２Ｌについて、行ＲＯＷ１とＲＯＷ２のドット間での可変の重なりを示す。右端の重なりＯＬＲ、及び左端の重なりＯＬＬは走査線Ｓ２Ｌについて示され、この場合、重なりは、横切られているドットＤの関数としてこれら２つの値との間で動的に変化する。

留意すべきは、図１１〜図１３に示された実施形態において、右から左への走査線の傾斜量に対する左から右への走査線の傾斜量は、図５〜図１０に関連して前述された実施形態と比べて変化していない。ドットＤに対するこれら走査線の定義のみが変更され、これにより制御回路４１８は、ドットＤを形成する際のレーザビーム４０４の強度のスケーリングに異なるアルゴリズムを適用するという結果になる。

前述した実施形態において、制御回路４１８は、双方向走査によって生じた斜めの走査線、及びミラー４０６の振動周波数の変動を補償するためにレーザビーム４０４の強度をスケーリングするものとして説明された。一般に、制御回路４１８は、２つの態様で、即ち、１）レーザビーム４０４のパワーを調整することにより、又は２）ビームがドットＤのそれぞれを横切る際に、レーザビーム４０４がＯＮ又はＯＦＦになる時間を調整することにより、レーザビーム４０４の強度を制御することができる。従って、レーザビーム４０４の「強度のスケーリング」は、レーザを時変調すること、即ちレーザビームがＯＮとＯＦＦになる持続時間を変更するために適切な強度データＩＤを利用しながら、レーザビームをＯＮとＯＦＦにすることを含む。レーザビーム４０４がＯＮにされる場合の時変調では、レーザビーム４０４のパワーは、一定であり、変動しない。従って、レーザビーム４０４によるドットＤの放電は、レーザビームがＯＮとＯＦＦにされる時間を変化させることにより決定され、この場合、この変動時間は、適切なピクセルの強度データＩＤを決定した値を有する。例えば、所与のドットＤが完全に放電されたドットの半分だけ放電されるべきである場合、レーザビーム４０４は、ビームがそのドットを横切る時間の半分だけＯＮにされ得る。制御回路４１８は、ドットＤの直ぐ左側、右側、又は中央の間にレーザビーム４０４をＯＮにするような多くの異なる態様で、これを行うことができ、又は制御回路は、レーザビームを左側で１／４、及び右側で１／４の間にＯＮにする、又はドットを横切る光の最大量未満で非常に均一に分散させるために、ビームがドットを横切る際にほんの数回レーザビームをＯＮとＯＦＦすることができる。代案として、制御回路４１８は、適切な強度データＩＤを使用してレーザビーム４０４のパワーと時間を変化させることができる。更なる実施形態において、制御回路４１８は、適切な強度データＩＤを使用してレーザビーム４０４のパワーのみを変化させる。システム４００の更に別の実施形態において、制御回路４１８は、ミラー４０６の振動周波数を時々測定し、ミラーの現在の振動周波数を測定した後、測定された振動周波数とミラーの所望の振動周波数との差の関数として、レーザビーム４０４の強度を動的にスケーリングする。

留意すべきは、図５〜図１０の例におけるドットＤの走査線及びアレイは、感光ドラム４１０の完全な線形放電、及び完全に均一なレーザビーム４０４を仮定している。ドットＤにより形成される実際の放電パターンは、ドラム４１０上の領域の非線形放電に起因して、及び一般にガウス強度分布である、レーザビーム４０４の不均一な強度プロファイルに起因して、異なる場合がある。上述された全ての例は、例を簡略化するために完全な放電、及び完全に均一なレーザビームを仮定しており、これにより、双方向走査の概念、ミラー４０６の振動周波数の変動に起因した重なりを考慮するための一定の強度データのスケーリング、及び双方向走査で生じる斜めの走査を補償するための動的な強度データのスケーリングが、これらの理想的な動作条件下でより容易に説明されることが可能になる。

上記の内容から、理解されるように、本発明の特定の実施形態は例示のために本明細書で説明されたが、本発明の思想と範囲から逸脱せずに種々の修正を行うことができる。例えば、感光ドラムを放電するために利用されているビームがレーザビームとして説明されたが、特定の用途に適している場合には、他の光発生源も同様に使用され得る。従って、用語レーザビームは、レーザによって生成される光のビームに限定されず、代わりに任意のプリンタ用途における任意の適切な手段によって生成される適切な電磁ビームであるイメージビームとして広く解釈されるべきである。

従来のレーザプリンタの主なコンポーネントを示す断面図である。図１の従来のレーザプリンタの平面図であり、レーザプリンタの動作中における感光体ドラム、レーザビーム、トナーローラ、用紙、及び定着機構の動作を一層良く示す図である。図１の従来のレーザプリンタの様々なコンポーネントの斜視図であり、レーザプリンタの動作中にドラム横切って水平方向にレーザビームを走査することを一層良く示す図である。本発明の一実施形態に従って、感光ドラムの表面を横切ってレーザビームを双方向に走査するための振動ミラーを含む振動ミラーレーザ走査システムの機能図である。振動ミラーが所望の振動周波数を有する場合の、図４の走査システムにより生成される例示的な双方向の走査線パターンを示す図である。図５の左から右への水平の走査線のみを示す走査線の図である。図５の右から左への斜めの走査線のみを示す走査線の図である。振動ミラーが所望の振動周波数よりも大きい振動周波数を有する場合の、図４の走査システムにより生成される例示的な双方向の走査線パターンを示す図である。図８の左から右への水平の走査線のみを示す走査線の図である。図８の右から左への斜めの走査線のみを示す走査線の図である。本発明の別の実施形態に従って、図４の走査システムにより生成される例示的な双方向の走査線のパターンを示す図である。図１１の左から右への斜めの走査線のみを示す走査線の図である。図１１の右から左への斜めの走査線のみを示す走査線の図である。

符号の説明

400 振動ミラーレーザ走査システム
402 レーザアセンブリ
404 レーザビーム
406 振動ミラー
408 光導電性表面
410 感光ドラム
418 制御回路

Claims

光導電性表面を横切ってイメージビームを走査するように適合された走査システムであって、前記走査システムが、振動ミラーを含み、イメージビームを生成し、且つ前記光導電性表面を横切って前記イメージビームを双方向走査して前記表面上の領域を放電するために、前記イメージビームを前記振動ミラーから反射するように動作可能であり、前記システムが、前記光導電性表面上のイメージビームの位置の関数として、前記イメージビームの強度を動的にスケーリングするように動作可能である、走査システム。
前記システムが、前記イメージビームに対応するレーザビームを生成するように動作可能なレーザアセンブリを含む、請求項１に記載の走査システム。
前記走査システムが、前記光導電性表面を横切って第１の方向と第２の方向にイメージを双方向に走査するように動作可能であり、前記システムが、前記第１又は第２の方向の前記イメージビームの位置の関数として前記イメージビームの強度をスケーリングするように更に動作可能である、請求項１に記載の走査システム。
前記第１の方向が、前記光導電性表面を実質的に左から右へ横切る方向であり、前記第２の方向が、前記光導電性表面を実質的に右から左へ横切る方向である、請求項３に記載の走査システム。
前記イメージビームの強度は、前記イメージビームが前記第１の方向で走査する場合にのみ、動的に調整される、請求項３に記載の走査システム。
前記イメージビームの強度をスケーリングすることが、実質的に一定のパワーを有するイメージビームを時変調することからなる、請求項５に記載の走査システム。
前記システムが、ピクセルデータのアレイを格納するように更に動作可能であり、前記アレイが、前記表面上の対応する放電領域上へ走査されるべきピクセルに関するデータの複数の行と列を含み、前記システムが、走査されているドットの所与の行における各ドットに対して前記第１の方向で前記イメージビームを走査している間に、その所与の行の対応するピクセルの強度データの可変部分と、同じ列及び少なくとも１つの隣接する行のピクセルの強度データの可変部分とを合計することにより、そのドットのイメージビームの強度をスケーリングするように動作可能である、請求項１に記載の走査システム。
所与の放電領域を横切るイメージビームの各走査が、その領域から所望の電荷の一部を放電する、請求項７に記載の走査システム。
前記システムが、前記ミラーの振動周波数を測定し、測定された振動周波数と所望の振動周波数との差の関数として前記イメージビームの強度を動的にスケーリングするように動作可能である、請求項８に記載の走査システム。
光導電性表面を有する感光ドラムと、
前記感光ドラムの動きを制御するように動作可能なモータ回路と、
イメージビームを生成するように動作可能なイメージビームシステムと、
入射イメージビームを受光するように配置され、前記感光ドラムの表面を横切って前記イメージビームを走査するために振動するように動作可能である振動反射要素と、及び
前記モータ回路、前記イメージビームシステム、及び前記振動反射要素に結合されたコントローラとを含み、
前記コントローラが、前記イメージビームを生成するために前記イメージビームシステムを制御し、且つ前記光導電性表面を横切って前記イメージビームを双方向に走査するために前記振動反射要素を制御するように動作可能であり、更に前記コントローラが、前記光導電性表面上での前記イメージビームの位置の関数として前記イメージビームの強度を動的にスケーリングするように動作可能である、プリンタ。
前記イメージビームシステムが、前記イメージビームに対応するレーザビームを生成するように動作可能なレーザダイオードを含む、請求項１０に記載のプリンタ。
前記コントローラが、前記光導電性表面上の領域を放電するために前記光導電性表面を横切って第１の方向と第２の方向でイメージを双方向に走査するために前記振動反射要素を制御し、前記コントローラが、前記第１及び第２の方向の一方における前記イメージビームの位置の関数として、前記イメージビームの強度を動的にスケーリングするために前記イメージビームシステムを制御する、請求項１０に記載のプリンタ。
前記振動反射要素が、ＭＥＭＳミラーからなる、請求項１０に記載のプリンタ。
光導電性表面上の領域を放電するために振動ミラーを用いてイメージビームを走査する方法であって、
前記表面上の領域を放電するために、前記表面を横切って第１の方向に前記イメージビームを走査し、
前記表面上の領域を放電するために、前記表面を横切って第２の方向に前記イメージビームを走査し、及び
前記イメージビームが前記第１及び第２の方向の少なくとも１つの方向で走査する際に、前記イメージビームの位置の関数として前記イメージビームの強度を動的にスケーリングすることを含む、方法。
前記イメージビームの強度は、前記イメージビームが前記第１の方向で走査する時にのみ動的に調整される、請求項１４に記載の方法。
前記第１の方向が、前記表面を実質的に左から右へ横切る方向であり、前記第２の方向が、前記表面を実質的に右から左へ横切る方向である、請求項１５に記載の方法。
前記イメージビームがレーザビームからなる、請求項１４に記載の方法。
前記イメージビームが、前記表面上へ強度データのアレイを走査し、前記アレイが、前記表面上の対応する放電領域又はドット上へ走査されるべきピクセルの複数の行と列を含み、前記イメージビームの位置の関数として前記イメージビームの強度を動的にスケーリングすることが、
走査されているドットの所与の行における各ドットに対して前記第１の方向で前記イメージビームを走査している間に、その所与の行の対応するピクセルの強度データの可変部分と、同じ列及び少なくとも次の隣接する行のピクセルの強度データの可変部分とを合計することにより、そのドットのイメージビームの強度をスケーリングすることを含む、請求項１４に記載の方法。
形成されているドットに対する前記イメージビームの強度のスケーリングに利用される前記可変部分は、強度データが利用されているピクセルを包含する列の関数である、請求項１８に記載の方法。
前記イメージビームが前記第１及び第２の方向の少なくとも１つの方向で走査する際に、前記イメージビームの位置の関数として前記イメージビームの強度を動的にスケーリングすることが、前記イメージビームのパワーを変調することにより前記イメージビームの強度をスケーリングすることを更に含む、請求項１９に記載の方法。