JP2021027340A - Output control device, laser output device, image recording device, output control method, and output control program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、出力制御装置、レーザー出力装置、画像記録装置、出力制御方法、及び、出力制御プログラムに関する。 The present invention relates to an output control device, a laser output device, an image recording device, an output control method, and an output control program.
従来から発光素子(レーザダイオード、VCSEL等)を点灯させて、光学系を通して照射対象にレーザー光を照射し、熱エネルギーによって発色、溶融、表面変性等の状態変化をもたらすことができるレーザー装置が開発されている。 Conventionally, a laser device has been developed that can turn on a light emitting element (laser diode, VCSEL, etc.), irradiate the irradiation target with laser light through an optical system, and bring about state changes such as color development, melting, and surface modification by thermal energy. Has been done.
このようなレーザー装置において、発光素子のドライブ回路を高効率化する方法として、スイッチング方式電流駆動の採用がある。レーザダイオード等のダイオード負荷を駆動制御するには、通常、電流駆動によって光出力を制御する。 In such a laser device, a switching type current drive is adopted as a method for improving the efficiency of the drive circuit of the light emitting element. In order to drive and control a diode load such as a laser diode, the optical output is usually controlled by current drive.
電流駆動を高効率化するために、入力電圧をスイッチング素子によりチョッピングした後、コイル等の平滑素子を通して流れる電流を一定になるようフィードバックし、レーザー照射タイミングに応じて、電流の印加方向を切り替えるパルス電流駆動制御方法が既に知られている(例えば特許文献1参照)。 In order to improve the efficiency of current drive, after chopping the input voltage with a switching element, the current flowing through a smoothing element such as a coil is fed back to be constant, and a pulse that switches the current application direction according to the laser irradiation timing. A current drive control method is already known (see, for example, Patent Document 1).
このスイッチング方式パルス電流駆動制御方法では、電流のリップルに起因する出力のばらつきが大きいことが問題であった。 In this switching method pulse current drive control method, there is a problem that the output variation due to the current ripple is large.
本発明は、少なくとも1つの出力素子を有する出力制御装置において各素子間の出力のばらつきを抑制可能とすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to suppress variations in output between each element in an output control device having at least one output element.
上述した課題を解決するために、本発明の一観点に係る出力制御装置は、少なくとも1つの出力素子と、前記出力素子への通電のオンオフを切り替えて前記出力素子の出力を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記出力素子の所望の出力に応じて前記出力素子に流れる電流の通電時間および通電停止時間が決まると、前記少なくとも1つの出力素子ごとに個別に設定される補正関数を用いて通電時間補正値を求め、前記通電時間補正値に基づき前記通電時間と前記通電停止時間を補正する。 In order to solve the above-mentioned problems, the output control device according to one aspect of the present invention includes at least one output element and a control unit that controls the output of the output element by switching the energization of the output element on and off. The control unit is individually set for each of the at least one output element when the energization time and energization stop time of the current flowing through the output element are determined according to the desired output of the output element. The energization time correction value is obtained using a correction function, and the energization time and the energization stop time are corrected based on the energization time correction value.
少なくとも1つの出力素子を有する出力制御装置において各素子間の出力のばらつきを抑制することができる。 In an output control device having at least one output element, it is possible to suppress variations in output between the elements.
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components are designated by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and duplicate description is omitted.
以下、一例として、記録対象物として感熱記録部を有する構造体、具体的には、感熱記録ラベルを貼り付けた輸送用のコンテナに画像を記録する画像記録装置について説明する 。 Hereinafter, as an example, a structure having a heat-sensitive recording unit as a recording object, specifically, an image recording device for recording an image in a container for transportation to which a heat-sensitive recording label is attached will be described.
なお本実施形態において「記録」とは、記録対象物にレーザーなどの光を照射して表面を溶かす、焦がす、剥離させる、酸化させる、削る、または変色させることでロゴや商品名、シリアル番号や型番などを印字することを意味する。所謂「非接触マーキング」や「レーザーマーキング」、「レーザー印字」「レーザー印刷」とも表現できる。 In the present embodiment, "recording" refers to a logo, a product name, a serial number, or the like by irradiating a recording object with light such as a laser to melt, burn, peel, oxidize, scrape, or discolor the surface. It means to print the model number and so on. It can also be expressed as so-called "non-contact marking", "laser marking", "laser printing", or "laser printing".
図1は、実施形態に係る画像記録装置としての画像記録システム100の概略斜視図である。以下の説明では、輸送用のコンテナCの搬送方向をX軸方向、上下方向をZ軸方向、搬送方向および上下方向いずれにも直交する方向をY軸方向として説明する。画像記録システム100は、以下に詳述するように、記録対象物たる輸送用のコンテナCに貼り付けた感熱記録ラベルRLにレーザー光を照射して、画像の記録を行う。画像記録システム100は、図(a)に示されるように、記録対象物搬送手段たるコンベア装置10、記録装置14、システム制御装置18、読取装置15、遮蔽カバー11などを備えている。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an
記録装置14は、感熱記録ラベルRLにレーザー光を照射して記録対象物に可視像たる画像を記録するものである。記録装置14は、コンベア装置10の−Y側、すなわち搬送路の−Y側に配置されている。
The
遮蔽カバー11は、記録装置14から照射されたレーザー光を遮蔽して、レーザー光の拡散を低減するものであり、表面に黒アルマイト塗装が施されている。遮蔽カバー11の記録装置14と対向する部分には、レーザー光を通過させるための開口部11aが設けられている。また、本実施形態においては、コンベア装置10は、ローラコンベアであるが、ベルトコンベアであってもよい。
The shielding cover 11 shields the laser light emitted from the
システム制御装置18は、コンベア装置10、記録装置14および読取装置15などが接続されており、画像記録システム100全体を制御するものである。また、読取装置15は、後述するように、記録対象物に記録されたバーコードやQRコード(登録商標)などのコード画像を読み取るものである。システム制御装置18は、読取装置15により読み取った情報に基づいて、正しく画像が記録されているか否かの照合を行う。
The
図2は、実施形態に係る記録装置14の構成を示す概略斜視図である。本実施形態においては、記録装置14として、複数の光ファイバーのレーザー出射部を記録対象物たるコンテナCの移動方向である副走査方向(X軸方向)と直交する主走査方向(Z軸方向)にアレイ状に配置したファイバーアレイを用いて、画像の記録を行うファイバーアレイ記録装置を用いている。ファイバーアレイ記録装置は、レーザー発光素子から出射したレーザー光を、前記ファイバーアレイを介して記録対象物に照射し、描画単位からなる画像を記録する。具体的には、記録装置14は、レーザーアレイ部14aと、ファイバーアレイ部14bと光学部43とを備えている。レーザーアレイ部14aは、アレイ状に配置された複数のレーザー発光素子41(出力素子)と、レーザー発光素子41を冷却する冷却ユニット50と、レーザー発光素子41に対応して設けられ、対応するレーザー発光素子41を駆動するための複数の駆動ドライバ45と、複数の駆動ドライバ45を制御するコントローラ46とを備えている。コントローラ46には、レーザー発光素子41に電力を供給するための電源48および画像情報を出力するパーソナルコンピュータなどの画像情報出力部47が接続されている。以下では「コントローラ46」を「制御部46」とも表記する場合がある。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the
レーザー発光素子41は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体レーザー、固体レーザー、色素レーザーなどを用いることができる。レーザー発光素子41は、これらの中でも、波長選択性が広い点、小さいことから装置の小型化が可能な点、及び低価格化が可能な点から、半導体レーザーが好ましい。
The
また、レーザー発光素子41が出射する前記レーザー光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、好ましくは700nm〜2000nmが好ましく、780nm〜1600nmがより好ましい。
The wavelength of the laser light emitted by the laser
出射手段であるレーザー発光素子41においては、印加するエネルギーで全てがレーザー光に変換されることはない。通常、レーザー発光素子41においては、レーザー光に変換されないエネルギーが熱に変換されることで発熱する。そのため、冷却手段である冷却ユニット50によりレーザー発光素子41を冷却する。また、本実施形態においては、記録装置14は、ファイバーアレイ部14bを用いることで、各レーザー発光素子41を離して配置することが可能となっている。これにより、隣接するレーザー発光素子41からの熱の影響を小さくすることが可能となり、レーザー発光素子41の冷却を効率的に行うことができるので、レーザー発光素子41の温度上昇、バラツキを回避することができて、レーザー光の出力バラツキを低減できて、濃度ムラ、白抜けを改善できる。
In the
なお、レーザー光の出力とはパワーメータで計測される平均出力である。レーザー光の出力の制御方法としては2種類あり、ピークパワー[と]を制御する方法とパルスの発光比率(デューティー:レーザー発光時間/周期時間)を制御する方法がある。 The output of the laser beam is the average output measured by the power meter. There are two types of laser light output control methods, one is to control the peak power [and] and the other is to control the pulse emission ratio (duty: laser emission time / cycle time).
冷却ユニット50は、冷却液を循環させてレーザー発光素子41を冷却する液冷方式であり、冷却液が各レーザー発光素子41から熱を受ける受熱部51と、冷却液の熱を放熱する放熱部52とを備えている。受熱部51と放熱部52とは、冷却パイプ53a、53bにより接続されている。受熱部51は、良熱伝導性部材で形成されたケース内部に良熱伝導性部材で形成された冷却液が流れるための冷却管が設けられている。複数のレーザー発光素子41は、受熱部51にアレイ状に配置されている。
The cooling unit 50 is a liquid cooling system that circulates a cooling liquid to cool the
放熱部52は、ラジエータと、冷却液を循環させるためのポンプとを備えている。放熱部52のポンプにより送り出された冷却液は、冷却パイプ53aを通って、受熱部51へ流入する。そして、受熱部51内の冷却管を移動しながら受熱部51に配列されたレーザー発光素子41の熱を奪ってレーザー発光素子41を冷やす。受熱部51から流出したレーザー発光素子41の熱を奪って温度上昇した冷却液は、冷却パイプ53b内を移動して放熱部52のラジエータへ流れ込み、ラジエータにより冷却される。ラジエータにより冷却された冷却液は、再びポンプにより受熱部51へ送り出される。
The heat radiating unit 52 includes a radiator and a pump for circulating the coolant. The cooling liquid sent out by the pump of the heat radiating unit 52 flows into the heat receiving unit 51 through the cooling pipe 53a. Then, while moving the cooling tube in the heat receiving unit 51, the heat of the
ファイバーアレイ部14bは、レーザー発光素子41に対応して設けられた複数の光ファイバー42と、これら光ファイバー42のレーザー出射部付近を、上下方向(Z軸方向)にアレイ状に保持するアレイヘッド44とを備えている。各光ファイバー42のレーザー入射部は、対応するレーザー発光素子41のレーザー出射面に取り付けられている。
The
パーソナルコンピュータなどの画像情報出力部47は、画像データをコントローラ46に入力する。コントローラ46は、入力された画像データに基づいて各駆動ドライバ45を駆動するための駆動信号を生成する。コントローラ46は、生成された駆動信号を各駆動ドライバ45へ送信する。具体的には、コントローラ46は、クロックジェネレータを備えている。コントローラ46は、クロックジェネレータが発振するクロック数が、規定のクロック数となったら、各駆動ドライバ45を駆動するための駆動信号を各駆動ドライバ45へ送信する。
The image
各駆動ドライバ45は、駆動信号を受信すると、対応するレーザー発光素子41を駆動する。レーザー発光素子41は、駆動ドライバ45の駆動に従い、レーザー光を照射する。レーザー発光素子41から照射されたレーザー光は、対応する光ファイバー42に入射し、光ファイバー42のレーザー出射部から出射される。光ファイバー42のレーザー出射部から出射されたレーザー光は、光学部43のコリメートレンズ43a、集光レンズ43bを透過した後、記録対象物であるコンテナCの感熱記録ラベルRLの表面に照射される。感熱記録ラベルRLの表面に照射されたレーザー光により加熱されることにより、感熱記録ラベルRLの表面に画像が記録される。
Upon receiving the drive signal, each
記録装置として、ガルバノミラーを用いてレーザーを偏向して記録対象物に画像を記録するものを用いた場合、文字等の画像は、ガルバノミラーの回転で一筆書きするように、レーザー光を照射して記録する。そのため、ある一定の情報量を記録対象物に記録する場合、記録対象物の搬送を停止させないと、記録が間に合わないという不具合がある。一方、本実施形態の記録装置14のように複数のレーザー発光素子41をアレイ状に配置したレーザーアレイを用いることで、各画素に対応するレーザー発光素子41のON/OFF制御で、記録対象物に画像を記録することができる。これにより、情報量が多くても、コンテナCの搬送を停止させずに、記録対象物に画像を記録することができる。よって、本実施形態の記録装置14によれば、多くの情報を記録対象物に記録する場合でも、生産性を落とさずに、画像を記録することができる。
When a galvano mirror is used as a recording device to deflect a laser and record an image on a recording object, images such as characters are irradiated with laser light as if they were drawn with a single stroke by rotating the galvano mirror. And record. Therefore, when recording a certain amount of information on a recording object, there is a problem that the recording cannot be made in time unless the transportation of the recording object is stopped. On the other hand, by using a laser array in which a plurality of
図3は、実施形態に係る画像記録システム100における電気回路の一部を示すブロック図である。同図において、システム制御装置18は、図示しないCPU、RAM、ROM、不揮発性メモリーなどを備えており、画像記録システム100における各種の機器の駆動を制御したり、各種の演算処理をしたりするものである。このシステム制御装置18には、コンベア装置10、記録装置14、読取装置15、操作パネル181、画像情報出力部47などが接続されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a part of an electric circuit in the
操作パネル181は、タッチパネル式ディスプレイや、各種のキーを具備しており、画像をディスプレイ表示したり、作業者のキー操作によって入力された各種情報を受け付けたりする。
The
図3に示すように、システム制御装置18は、ROM等に記憶されたプログラムに従ってCPUが動作することにより、画像記録手段として機能する。画像記録手段として機能するシステム制御装置18は、記録装置14を制御し、所定の方向とは異なる方向に記録装置14に対して相対的に移動する記録対象物にレーザーを照射することで記録対象物を加熱して画像ドットを形成して画像を記録する。
As shown in FIG. 3, the
次に、画像記録システム100の動作の一例について図1を参照して説明する。まず、荷物が収容されたコンテナCが、作業者によりコンベア装置10に載置される。作業者は、感熱記録ラベルRLが貼付されたコンテナCの本体の側面が、−Y側に位置するように、すなわち記録装置14に前記側面が対向するようにコンテナCをコンベア装置10に載置する。
Next, an example of the operation of the
作業者が操作パネル181を操作して、システム制御装置18をスタートさせると、操作パネル181からシステム制御装置18へ搬送開始信号が送信される。搬送開始信号を受信したシステム制御装置18は、コンベア装置10の駆動を開始する。すると、コンベア装置10に載置されたコンテナCは、コンベア装置10により記録装置14に向けて搬送される。コンテナCの搬送スピードの一例としては、2m/secである。
When the operator operates the
記録装置14よりもコンテナCの搬送方向上流側には、コンベア装置10上を搬送されるコンテナCを検出するセンサが配置されている。このセンサが、コンテナCを検出すると、検出信号が、センサからシステム制御装置18へ送信される。システム制御装置18は、タイマを有している。システム制御装置18は、前記センサからの検出信号を受信したタイミングで、タイマを用いた時刻計測を開始する。そして、システム制御装置18は、検出信号の受信タイミングからの経過時間に基づいて、コンテナCが、記録装置14に到達するタイミングを把握する。
A sensor for detecting the container C transported on the
検出信号の受信タイミングからの経過時間がT1となり、コンテナCが、記録装置14に到達するタイミングで、システム制御装置18は、記録装置14を通過するコンテナCに貼付された感熱記録ラベルRLに画像を記録すべく、記録装置14に記録開始信号を出力する。
When the elapsed time from the reception timing of the detection signal becomes T1 and the container C reaches the
記録開始信号を受信した記録装置14は、画像情報出力部47から受けた画像情報に基づいて、記録装置14に対して相対移動するコンテナCの感熱記録ラベルRLに向けて所定パワーのレーザー光を照射する。これにより、感熱記録ラベルRLに画像が非接触で記録される。
The
感熱記録ラベルRLに記録される画像(画像情報出力部47から送信される画像情報)としては、例えば、コンテナCに収容されている荷物の内容、輸送先の情報などの文字画像、および、コンテナCに収容されている荷物の内容、輸送先の情報などの情報がコード化されたバーコードや二次元コードなどのコード画像である。 The image recorded on the heat-sensitive recording label RL (image information transmitted from the image information output unit 47) includes, for example, a character image such as the contents of the package contained in the container C, information on the transportation destination, and the container. It is a code image such as a bar code or a two-dimensional code in which information such as the contents of luggage stored in C and information on a transportation destination is coded.
記録装置14を通過する過程で画像が記録されたコンテナCは、読取装置15を通過する。このとき、読取装置15が、感熱記録ラベルRLに記録されたバーコードや二次元コードなどのコード画像を読み取り、コンテナCに収容されている荷物の内容、輸送先の情報、などの情報を取得する。システム制御装置18は、コード画像から取得した情報と、画像情報出力部47から送信された画像情報とを照合して、正しく画像が記録されているか否かをチェックする。正しく画像が記録されているときは、システム制御装置18は、コンテナCをコンベア装置10によって次の工程(例えば輸送準備工程)に送る。
The container C in which an image is recorded in the process of passing through the
一方、正しく画像が記録されていないときは、システム制御装置18は、コンベア装置10を一時停止して、操作パネル181に正しく画像が記録されていない旨を表示する。また、システム制御装置18は、正しく画像が記録されていないときは、そのコンテナCを、規定の搬送先に搬送するようにしてもよい。
On the other hand, when the image is not correctly recorded, the
図4は、図3に示した電気回路の記録装置14に関するブロック図である。システム制御装置18と制御部46の間には、I/F部180が備えられている。
FIG. 4 is a block diagram relating to the
画像情報出力部47は、所望のドット濃度を出力するために必要な光エネルギーの情報をシステム制御装置18に伝達する。システム制御装置18は、必要な光エネルギーの情報としてタイミング、パルス幅、ピークパワー等の制御信号をI/F部180を介して制御部46に送信し、I/F部180を介してステータス信号を制御部46から受信する。
The image
記録装置14のドライバ45は、高効率のスイッチング方式や低効率のリニア方式などが原理的に考えられるが、本実施形態においてドライバの方式はパルス出力できるのであれば特に限定しない。
In principle, the
図5は、図4に示した電気回路のドライバ45について説明するブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating the
ドライバ45は、電流駆動回路480を備え、制御部46から制御信号450が送られることで、出力 電流480Sを、出力部454に接続された駆動対象へ供給する。
The
出力部454にはレーザー発光素子41が接続されているが、他の形態としてLEDを接続しても良い。
Although the
図5では高速でパルス変調するために、発光素子としてのレーザー発光素子41に流れる電流経路を切り替えることで、レーザー発光素子41の発光する/しないを制御する発光制御部455(スイッチ部)を出力部454に並列に接続して設けている。発光制御部455は、例えばMOSFET等のスイッチング素子で構成される。
In FIG. 5, in order to perform pulse modulation at high speed, a light emission control unit 455 (switch unit) that controls light emission / non-light emission of the laser
発光制御部455による駆動電流の電流変調速度は、発光制御部455のスイッチング素子のスイッチ時間に依存する(MOSFETであれば数十ns)ため、高速である。
The current modulation speed of the drive current by the light
電流駆動回路480は、発光制御部455や、出力部454に接続された駆動対象に流れた電流をモニタする機能があり、フィードバック信号460を制御部46に送ることもできる。
The
制御部46は、発光制御部455に対して、発光制御部455をオンオフする切替信号(発光情報)としてのPWM制御信号455Sを送る。パルス周波数が40kHz(1周期=25us)で記録装置14が256階調を持つ場合、1画素が約0.1us(≒100ns)のパルス幅に対応する。仮にDuty50%(128階調)のパルスを出すのであればパルス幅は約12.8usとなる。
The
制御部46は、複数のレーザー発光素子41の変調特性に対応した補正情報(後述する補正関数β)が格納されている補正情報データベース470を有する。補正情報データベース470は、本出力装置を使用する前に、レーザー発光素子41から取得した入出力情報に基づき制御部46が予め作成して保持している。
The
本実施形態では、複数のレーザー発光素子41を制御する個々の発光制御部455に対し、補正情報データベース470を考慮したPWM制御信号455Sを送ることで、記録対象物の移動方向と直交する主走査方向(レーザー発光素子の配置方向)に発生するパルスのエネルギーばらつきを抑制する。
In the present embodiment, by sending a
以上説明したドライバ45及び制御部46により、出力部454へ供給する電流である出力電流480Sを制御する出力制御装置140を構成する。さらに、出力制御装置140にレーザー発光素子41を接続することでレーザー出力装置として構成される。
The
上述のとおり、特に本実施形態では、制御部46が複数のレーザー発光素子41のそれぞれへのPWM制御信号を素子個々の特性に応じて個別に補正して、これにより複数のレーザー発光素子41の出力を均一化することができるよう構成されている。以下ではこの補正処理について説明する。
As described above, particularly in the present embodiment, the
図6A、図6B、図6Cは、制御部46によるレーザー発光素子41の出力エネルギーの補正手法について説明する図である。
6A, 6B, and 6C are diagrams for explaining a method of correcting the output energy of the
図6Aの(a)は、発光素子41に流れる電流の波形の一例500を示し、(b)は、電流波形500による発光素子41の出力パワーの波形510を示す。パワー波形510には、目標出力が点線で示され、実際の出力が実線で示されている。図6Aの(c)は、電流波形500に対して相対的に通電停止時間が長い電流波形520を示し、(d)は、電流波形520による発光素子41の出力パワーの波形530を示す。(b)、(d)では、目標出力が点線で示され、実際の出力が実線で示されている。
FIG. 6A shows an example 500 of the waveform of the current flowing through the
図5の発光制御部455に対して、PWM制御信号455Sを送ったならば、発光素子41に流れる電流41Sの時間的変化は、図6A(a)の電流波形500のようになり、形成される時間幅t0のパルス波形間には、電流が流れない通電停止時間t1が生じる。
When the
このとき発光素子41から出力される光パワーの時間的変化は、図6A(b)に示すように、理想的には出力波形510のように矩形に近くなる。この出力波形510の1個の出力エネルギーをE1とする。
At this time, the temporal change of the optical power output from the
ここで、通電時間がt0のままで、通電停止時間がt1よりも長くなったt2とした場合を考えると、図6A(c)に示すように、電流波形520のようになる(t1<t2) 。
Here, considering the case where the energization time remains t0 and the energization stop time is t2 longer than t1, the
このとき発光素子41の出力パワーの時間的変化は、図6A(d)に示すように、出力波形530のように立ち上がりがなまり、出力エネルギーがE1より小さいE2となることがある。
At this time, as shown in FIG. 6A (d), the temporal change of the output power of the
これは特に数W〜数十Wクラスのレーザー発光素子で見られる現象である。このようなレーザー発光素子は多くの場合、CW(連続波)条件での発光を前提として光学系が調整されているため、PWMを行ったときの放射パターンや光学系の温度が時間によって変化し、通電停止時間が長くなるほどカップリング効率が下がりやすくなると考えられる。 This is a phenomenon particularly observed in laser light emitting elements of several watts to several tens of watts class. In many cases, the optical system of such a laser emitting element is adjusted on the premise of emitting light under CW (continuous wave) conditions, so that the radiation pattern and the temperature of the optical system when PWM is performed change with time. It is considered that the longer the energization stop time, the easier the coupling efficiency decreases.
図6Bの(e)は、光学系温度と通電停止時間toffとの特性540を示し、(f)は、特性540から推定されるカップリング効率と通電停止時間toffとの特性550を示す。また、図6Bの(g)は、特性550から推定される出力エネルギーと通電停止時間との特性560を示し、(h)は、特性560から推定される補正エネルギーと通電停止時間との特性570を示す。図6Bの(e)〜(h)には、それぞれ図6Aに示した通電停止時間t1、t2が図示されている(t1<t2)。 FIG. 6B (e) shows the characteristic 540 of the optical system temperature and the energization stop time toff, and (f) shows the characteristic 550 of the coupling efficiency estimated from the characteristic 540 and the energization stop time toff. Further, (g) of FIG. 6B shows the characteristic 560 of the output energy estimated from the characteristic 550 and the energization stop time, and (h) shows the characteristic 570 of the correction energy estimated from the characteristic 560 and the energization stop time. Is shown. In FIGS. 6B (e) to 6B, the energization stop times t1 and t2 shown in FIG. 6A are shown (t1 <t2), respectively.
この光源を用いて通電時間がt0のまま通電停止時間を長くしていけば、図6B(f)に示すグラフ550のようなカップリング効率特性の影響を受け、通電時間t0のパルス波形1個当たりの出力エネルギーは、図6B(g)に示すグラフ560のように単調減少すると考えられる(t1<t2、E2<E1)。つまりこの光源は通電時間が同じであっても実際に出力される出力波形1個当たりのエネルギーが通電停止時間によって変化する特性を持つため、制御が難しくなる。
If the energization stop time is lengthened while the energization time is t0 using this light source, one pulse waveform having the energization time t0 is affected by the coupling efficiency characteristics as shown in the
これを防ぐにはある通電時間に対する出力波形1個当たりのエネルギーが通電停止時間によらず一定になるように補正すればよい。たとえば、ある光源のカップリング効率が図6B(f)に示すグラフ550の特性を持つとわかっているならば、それを補うように通電停止時間に対する補正エネルギー特性(図6B(h)に示すグラフ570)を設定できる。図6B(h)に示すグラフ570では、通電停止時間がtoff=t1のときΔE1、toff=t2のときΔE2を出力波形1個に追加することを示す(t1<t2、ΔE1<ΔE2)。
In order to prevent this, the energy per output waveform for a certain energization time may be corrected so as to be constant regardless of the energization stop time. For example, if it is known that the coupling efficiency of a certain light source has the characteristics shown in
この補正手法を電流波形500に適用した例が、図6C(i)に示す電流波形501である。発光素子41の端子間電圧は一定と考えV1とすると、追加する電流パルス幅は下記の(1)式で算出できる。
Δt1=ΔE1/(I1×V1) ・・・(1)
An example of applying this correction method to the
Δt1 = ΔE1 / (I1 × V1) ・ ・ ・ (1)
これにより、図6C(j)に示すように出力波形511では、1個のパルス波形の出力エネルギーはE1+ΔE1となる。
As a result, as shown in FIG. 6C (j), in the
同様に、電流波形520に補正手段を適用すると、図6C(k)に示す電流波形521となる。発光素子41の端子間電圧は一定値V1とすると、追加する電流パルス幅は下記の(2)式で算出できる。
Δt2=ΔE2/(I1×V1) ・・・(2)
Similarly, when the correction means is applied to the
Δt2 = ΔE2 / (I1 × V1) ・ ・ ・ (2)
これにより、図6C(l)に示すように出力波形531では、1個のパルス波形の出力エネルギーはE2+ΔE2となる。
As a result, in the
補正エネルギー特性(図6B(h)のグラフ570)が光源のカップリング効率特性に基づいているならば、出力波形511、531の出力波形1個当たりのエネルギーは等しくなり、E1+ΔE1=E2+ΔE2となる。
If the corrected energy characteristics (
なお、電流波形500、520、501、521では電流値を一定のI1としていたが、これが任意の関数I(t)である場合も、発光素子41の端子間電圧は一定値V1とし、パルス幅補正開始時間をt0とすると、下記の(3)式を満たすΔt1を求めればよい。ΔE2についても同様である。
In the
ここまでの手段はある1つの光源に対して行われるが、実際の装置ではファイバーアレイとして使われるので複数の光源が存在する。これらの光源でPWMを行った場合、通電停止時間に対する光学系温度(図6B(e)のグラフ540)、カップリング効率特性(図6B(f)のグラフ550)が全て一致するとは限らず、光源によって異なる可能性が高い。
The means up to this point are performed for one light source, but since it is used as a fiber array in an actual device, there are a plurality of light sources. When PWM is performed with these light sources, the optical system temperature (
そのようなファイバーアレイを使って画像を記録する場合、各光源に同じパルス幅の電流波形を入力しても1個当たりの出力波形のエネルギーがばらつくため、画像にむらが生じる。 When an image is recorded using such a fiber array, even if a current waveform having the same pulse width is input to each light source, the energy of each output waveform varies, so that the image becomes uneven.
したがってレーザー発光素子を用いる場合は、各光源に対して光学系温度(図6B(e)のグラフ540)、カップリング効率特性(図6B(f)のグラフ550)に基づく補正エネルギー特性(図6B(h)のグラフ570)が必要となる。以下、図7A、図7Bを参照してこの特性取得手法について説明する。
Therefore, when a laser emitting element is used, the corrected energy characteristic (FIG. 6B) based on the optical system temperature (
図7A、図7Bは、光源別に補正エネルギー特性570を取得する手法を説明する図である。
7A and 7B are diagrams for explaining a method of acquiring the
レーザー発光素子の複数の光源が持つ光学系温度(図6B(e)のグラフ540)とカップリング効率特性(図6B(f)のグラフ550)を直接取得することは難しく時間がかかるので、容易に補正エネルギー特性(図6B(h)のグラフ570)を得る方法を説明する。
It is difficult and time-consuming to directly acquire the optical system temperature (
図7Aの(a)、(c)、(e)、(g)、(i)にそれぞれ示す波形600、620、640、660、680は、ある発光素子41に流す電流波形であり、いずれも通電と停止を繰り返し、1回の通電時間がt0であるが、通電停止時間がtoff=t1〜t5(t1<t2<t3<t4<t5)と異なっている。
このとき、発光素子41から出力される光パワーの時間的変化が、図7Aの(b)、(d)、(f)、(h)、(j)にそれぞれ示す出力波形610、630、650、670、690である。
At this time, the temporal changes in the optical power output from the
図7Bの(k)は、図7Aの5種類の入出力に基づく出力エネルギーと通電停止時間toffとの間の特性700を示す。図7A(a)〜(j)に示すように、通電停止時間が長くなるにつれて、出力波形の立ち上がりがなまり、ピークが下がるので、グラフ700に示すように出力波形1個当たりのエネルギーは、通電停止時間の増加に伴い減少していく。図7B(k)中のE1〜E5は、toff=t1〜t5の出力エネルギーに対応する(E1<E2<E3<E4<E5)。
FIG. 7B (k) shows the characteristic 700 between the output energy based on the five types of input / output of FIG. 7A and the energization stop time tof. As shown in FIGS. 7A to 7A, as the energization stop time becomes longer, the rising edge of the output waveform becomes dull and the peak decreases. Therefore, as shown in
これらのエネルギーのばらつきを小さくするためには、E1〜E5に対して補正エネルギーを加算して出力エネルギーを均一化すればよい。図7Bの(l)は、グラフ700に基づく補正エネルギーと通電停止時間toffとの間の特性710を示す。特性710には、E1〜E5に対応する補正エネルギーΔE1〜ΔE5が示されている。
In order to reduce the variation of these energies, the correction energy may be added to E1 to E5 to make the output energy uniform. FIG. 7B (l) shows the characteristic 710 between the correction energy and the energization stop time toff based on the
出力エネルギーに補正エネルギーを加算することにより、E1+ΔE1=E2+ΔE2=E3+ΔE3=E4+ΔE4=E5+ΔE5=Ecとなる。Ecの値は、任意に設定可能であるので、グラフ710の特性の切片は0である必要はない。
By adding the correction energy to the output energy, E1 + ΔE1 = E2 + ΔE2 = E3 + ΔE3 = E4 + ΔE4 = E5 + ΔE5 = Ec. Since the value of Ec can be set arbitrarily, the intercept of the characteristic of the
ここで例として、t0=12.5us、t1=50us、t2=37.5us、t3=25us、t4=12.5us、t5=6.25us、発光素子41に流れる電流I=10A、出力電圧V=4V、電力―光変換効率η=50%の場合を考える。
Here, as an example, t0 = 12.5us, t1 = 50us, t2 = 37.5us, t3 = 25us, t4 = 12.5us, t5 = 6.25us, the current I = 10A flowing through the
発光素子41から出力される単位時間当たりのパワーは10A×4V×50%=20Wで、通電時間がt0=12.5usなので、1個当たりの出力波形の目標エネルギーは20W×12.5us=250uJとなる。実際の出力波形1個当たりのエネルギーは通電停止時間によって異なり、たとえばE1=235uJ、E2=217.5uJ、E3=207.5uJ、E4=202.5uJ、E5=200uJであるとき、図7Bの(m)に示すグラフ720のようになる。グラフ720上の(t1、E1)〜(t5、E5)を多項式で近似すれば、通電停止時間toffを変数とした変動関数α(toff)が得られる。
The power per unit time output from the
変動関数α(toff)は、1次関数、2次関数、3次関数などの多項式であり、図7B(m)のグラフ720を3次式で近似した場合は、次の(4)式で表すことができる(単位はuJ)。
α(toff)=a×toff3+b×toff2+c×toff+250 ・・・(4)
The variable function α (toff) is a polynomial such as a linear function, a quadratic function, or a cubic function. When the
α (toff) = a × toff 3 + b × toff 2 + c × toff +250 ・ ・ ・ (4)
目標エネルギーが250uJのため切片は250uJとしたが、これに限るものではない。 Since the target energy is 250uJ, the intercept is set to 250uJ, but the section is not limited to this.
変動関数α(toff)が求まれば、エネルギーばらつきを抑えるための補正エネルギーを設定するための補正関数β(toff)も算出できる。補正関数β(toff)は、例えば目標エネルギーEcから変動関数α(toff)を減算して次の(5)式から導出できる。
β(toff)=Ec−α(toff) ・・・(5)
If the fluctuation function α (toff) is obtained, the correction function β (toff) for setting the correction energy for suppressing the energy variation can also be calculated. The correction function β (toff) can be derived from the following equation (5) by subtracting the fluctuation function α (toff) from the target energy Ec, for example.
β (toff) = Ec-α (toff) ・ ・ ・ (5)
また、補正関数βは他の手法でも導出できる。容易に考えられる方法は、変動関数α(toff)を横軸(通電停止時間軸)に関して対称移動し、切片を0とするものである。すなわち、変動関数が(4)式のときの補正関数は以下の(6)式となる。
β(toff)=−(a×toff3+b×toff2+c×toff) ・・・(6)
The correction function β can also be derived by other methods. A easily conceivable method is to move the fluctuation function α (toff) symmetrically with respect to the horizontal axis (energization stop time axis) and set the intercept to 0. That is, when the fluctuation function is the equation (4), the correction function is the following equation (6).
β (toff) =-(a × toff 3 + b × toff 2 + c × toff) ・ ・ ・ (6)
(5)式または(6)式を用いて、図7A(a)、(c)、(e)、(g)、(i)にそれぞれ示す波形600、620、640、660、680に対する補正エネルギーΔE1〜ΔE5が求まる。このとき切片は必ずしも0でなくてよい。このとき補正関数β(toff)は、図7Bの(n)に示すグラフ730のようになる。
Correction energy for
補正関数β(toff)を得るためにはある通電時間t0に対し複数の通電停止時間に対する出力波形1個当たりのエネルギーが必要であるが、関数を取得するための通電停止時間の最大値は実際の装置で使用する画素周期を超える方が、精度が高くなり好ましい。たとえば光源を画素周波数40kHzで駆動するならば1画素の周期は25usなのでグラフ730のように通電停止時間t1=50usまでの範囲で近似した補正関数β(toff)は十分使用できる。
In order to obtain the correction function β (toff), energy per output waveform for a plurality of energization stop times is required for a certain energization time t0, but the maximum value of the energization stop time for acquiring the function is actually. It is preferable that the pixel period used in the above device is exceeded because the accuracy is high. For example, if the light source is driven at a pixel frequency of 40 kHz, the period of one pixel is 25 us, so the correction function β (toff) approximated in the range of the energization stop time t1 = 50 us as shown in
また、補正関数を取得するための通電停止時間の個数は図7A、図7Bの例では5個としたが、精度を重視するならもっと多くてもよいし、補正関数取得を短時間で終わらせたいならもっと少なくてもよい。 In addition, the number of energization stop times for acquiring the correction function was set to 5 in the examples of FIGS. 7A and 7B, but if accuracy is important, it may be larger, and the correction function acquisition can be completed in a short time. If you want, you can use less.
1個当たりの出力波形のエネルギーは、発光素子41から出力された光をコリメートレンズで平行光にしたり、NDフィルタなどで減光したり、集光レンズで集光するなどしてフォト・ダイオード(PD)の光検知部に入射・電圧変換した後、光波形から求めることが可能だが、ファイバーアレイのような複数光源の場合、複数光源の光学系を調整するにはコストと時間がかかる。
The energy of the output waveform per unit is a photo diode (light output from the
そこで光検知部の面積が大きい光パワーメータやサーマルセンサを使えば光学系の精密な調整をせずに複数光源から出力された光エネルギーを得ることができる。使用するすべての光源からの光が光軸調整せずに光検知部に入力できる系になるのが望ましい。ただし光パワーメータやサーマルセンサは入射した光エネルギーの時間平均(パワー)を検出するので、1個当たりの出力波形のエネルギーを測定するためには、検出されるパワーをDuty比で割ればよい。こうすれば1個当たりの出力波形の単位時間当たりのエネルギーを求めることができ、通電停止時間によってグラフ720のような比較が可能となる。
Therefore, if an optical power meter or a thermal sensor having a large area of the photodetector is used, the light energy output from a plurality of light sources can be obtained without precise adjustment of the optical system. It is desirable to have a system in which light from all the light sources used can be input to the photodetector without adjusting the optical axis. However, since the optical power meter and the thermal sensor detect the time average (power) of the incident light energy, in order to measure the energy of the output waveform per one, the detected power may be divided by the duty ratio. In this way, the energy per unit time of each output waveform can be obtained, and the comparison as shown in
ここまではある1つの光源に対して通電停止時間による1個当たりの出力波形のエネルギーばらつきの補正方法を説明したが、ファイバーアレイのような複数光源を持つ発光素子では、PWMを行った時の光学系温度(グラフ540)、カップリング効率(グラフ550)の特性が光源によって異なるので、各光源に対して最適な変動関数α(toff)および補正関数β(toff)が存在する。したがってN個の光源があるならば、これまで説明した方法によって補正関数β1(toff)〜βN(toff)を取得すればよい。 Up to this point, the method of correcting the energy variation of the output waveform per light source due to the energization stop time has been described for a certain light source, but in a light emitting element having multiple light sources such as a fiber array, when PWM is performed. Since the characteristics of the optical system temperature (graph 540) and the coupling efficiency (graph 550) differ depending on the light source, there is an optimum fluctuation function α (toff) and correction function β (toff) for each light source. Therefore, if there are N light sources, the correction functions β1 (toff) to βN (toff) may be obtained by the methods described so far.
これによって記録対象物の移動方向と直交する主走査方向(レーザー発光素子の配置方向)に発生するパルスのエネルギーばらつきを抑制できるので、画像の濃度ばらつきや濃度ムラ、立体物の精度悪化や加工不良が改善される。 As a result, the energy variation of the pulse generated in the main scanning direction (arrangement direction of the laser emitting element) orthogonal to the moving direction of the recording object can be suppressed, so that the density variation and density unevenness of the image, the accuracy deterioration of the three-dimensional object, and the processing defect can be suppressed. Is improved.
ただし、必ずしもすべての光源に対して補正関数β(toff)を取得する必要はなく光源の個数未満であってもよい。 However, it is not always necessary to acquire the correction function β (toff) for all the light sources, and the number may be less than the number of light sources.
なお、今回は例として発光素子41に流れる電流値を10Aとしたが、この設定値によって補正関数β(toff)も変わりうる。図8は、電流値を可変とした場合の補正関数の特性の一例を示す図である。図8の縦軸及び横軸は、図7B(n)と同様である。
Although the current value flowing through the
本実施形態で用いる装置は基本的に電流値を固定してパルス幅変調を行うことを想定している。もし電流値も変調させるのであれば、図8に示すグラフ740のように各電流値に対応した補正関数β(toff)を複数個取得する必要がある。
The apparatus used in this embodiment is basically assumed to perform pulse width modulation with a fixed current value. If the current value is also modulated, it is necessary to acquire a plurality of correction functions β (toff) corresponding to each current value as shown in the
ここで、電流値を変数とした多項式γ(I)を(6)式に乗算して、補正関数を下記の(7)式としてもよい。
β(toff)=−(a×toff3+b×toff2+c×toff) ×γ(I)
・・・(7)
Here, the polynomial γ (I) with the current value as a variable may be multiplied by Eq. (6) to obtain the correction function in Eq. (7) below.
β (toff) =-(a × toff 3 + b × toff 2 + c × toff) × γ (I)
... (7)
さらに、通電時間t0を変数とした多項式A(t0)を(7)式に乗算して、補正関数を下記の(8)式としてもよい。
β(toff)=−(a×toff3+b×toff2+c×toff) ×γ(I)×A(t0)
・・・(8)
Further, the polynomial A (t0) with the energization time t0 as a variable may be multiplied by the equation (7) to obtain the correction function in the following equation (8).
β (toff) =-(a × toff 3 + b × toff 2 + c × toff) × γ (I) × A (t0)
... (8)
次に図9、図10を参照して、本実施形態に係る出力制御方法を説明する。図9は、補正関数β(toff)の算出処理のフローチャートである。図9のフローチャートの各処理は、制御部46によってレーザー出力動作を行う前に、例えば所定動作回数ごとに予め実施される。
Next, the output control method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a flowchart of the calculation process of the correction function β (toff). Each process of the flowchart of FIG. 9 is performed in advance, for example, every predetermined number of operations before the laser output operation is performed by the
このフローチャートが実行されるのは、図1の画像記録装置で記録対象物に画像を記録するより前の段階で、図4の発光素子41から出るレーザー光を受光する系が設けられ、図5の制御部46に格納する補正情報データベース470として補正関数β(toff)を算出することが前提となる。制御部46は、発光素子41から任意の光源を1つ選択し(ステップS1)、光源に流す電流値I(ステップS2)、通電時間t0(ステップS3)、通電停止時間toff(ステップS4)を設定し、発光素子41より光を出力する(ステップS5)。
This flowchart is executed before the image recording device of FIG. 1 records an image on the recording object, and a system for receiving the laser beam emitted from the
光の検出方法は、実際の光波形を出力するか、平均のパワーを検出するかで方法が分かれる(ステップS6)。 The light detection method differs depending on whether the actual light waveform is output or the average power is detected (step S6).
実際の光波形を出力する方法、すなわちフォト・ダイオード(PD)の光検知部に入射する場合(ステップS7)は、PDに流れた電流を電圧変換し(ステップS8)、オシロスコープなど出力波形の時間的変化がわかるもので表示して出力波形1個のエネルギーを算出する(ステップS9)。 In the method of outputting the actual optical waveform, that is, when it is incident on the photodetector of the photodiode (PD) (step S7), the current flowing through the PD is voltage-converted (step S8), and the time of the output waveform of an oscilloscope or the like is obtained. The energy of one output waveform is calculated by displaying the change in the object (step S9).
平均のパワーを検出する方法、すなわち光パワーメータやサーマルセンサの光検知部に入射する場合(ステップS10)は、検出したパワーをDuty比で割り単位時間当たりの出力波形1個のエネルギーを算出する(ステップS11)。 In the method of detecting the average power, that is, when the light is incident on the photodetector of an optical power meter or a thermal sensor (step S10), the detected power is divided by the duty ratio to calculate the energy of one output waveform per unit time. (Step S11).
ここまでの結果で、1つの通電停止時間toffに対する出力波形1個のエネルギーが得られるが、必要となるデータ点数が揃わなければ(ステップS12のNO)、ステップS4に戻りエネルギー取得を繰り返す。 From the results so far, the energy of one output waveform for one energization stop time toff can be obtained, but if the required number of data points is not available (NO in step S12), the process returns to step S4 and the energy acquisition is repeated.
一方、十分なデータ点数が揃った場合(ステップS12のYES)、出力波形1個当たりの目標エネルギーEcが算出され(ステップS13))、多項式近似によりエネルギー変動関数α(toff)が算出される(ステップS14)。 On the other hand, when a sufficient number of data points are obtained (YES in step S12), the target energy Ec per output waveform is calculated (step S13)), and the energy fluctuation function α (toff) is calculated by polynomial approximation (YES in step S12). Step S14).
エネルギー変動関数α(toff)をもとにエネルギー補正関数β(toff)が算出される(ステップS15)。例えば(5)式を用いて、目標エネルギーEcからエネルギー変動関数α(toff)を減算して、エネルギー補正関数β(toff)を算出できる。 The energy correction function β (toff) is calculated based on the energy fluctuation function α (toff) (step S15). For example, the energy correction function β (toff) can be calculated by subtracting the energy fluctuation function α (toff) from the target energy Ec using the equation (5).
算出した補正関数β(toff)の数が十分でない場合(ステップS16のNO)ならステップS1に戻り、発光素子41から別の光源を1つ選択して処理を進める。一方、算出した補正関数β(toff)の数が十分に揃ったら(ステップS16のYES)、制御部46の補正情報データベース470に格納する補正関数βが得られたこととなるので本制御フローを終了する。
If the number of the calculated correction functions β (toff) is not sufficient (NO in step S16), the process returns to step S1, and another light source is selected from the
図10は、図5に示した電気回路のドライバ45の動作を示すフローチャートである。図10のフローチャートの各処理は、制御部46によって実施される。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the
このフローチャートが実行されるのは、図1の画像記録装置で記録対象物に画像を記録する段階で、図9のフローチャートにより必要な補正関数β(toff)が求まっていることが前提である。 This flowchart is executed on the premise that the necessary correction function β (toff) is obtained from the flowchart of FIG. 9 at the stage of recording an image on the recording object by the image recording apparatus of FIG.
電流駆動時には制御部46は、発光制御部455に対して、発光制御部455をオンオフする切替信号(発光情報)としてのPWM制御信号455Sを送るが、図10のフローチャートによって、送信前に補正関数βによって制御信号を補正する。
At the time of current drive, the
まずPWM制御信号455Sが設定される。PWM制御信号455Sには、画素周波数(画素周期T)、通電時間t0=p、通電停止時間toff=qの情報が含まれる(ステップS101)。このとき、T=p+qである。
First, the
次に、補正関数β(toff)を用いて補正エネルギーΔEが算出される(ステップS102)。例えば制御部46は、(5)式または(6)式に通電停止時間toff=qを入力して、補正関数βの出力値として補正エネルギーΔEを算出する。
Next, the correction energy ΔE is calculated using the correction function β (toff) (step S102). For example, the
次に、算出した補正エネルギーΔEと、出力部454の両端電圧Vと電流値Iから、追加する通電時間Δtが得られる(ステップS103)。例えば制御部は、補正エネルギーΔEを出力部のパワーVIで除算して追加通電時間Δtを算出できる(Δt=ΔE/VI)。
Next, the additional energization time Δt is obtained from the calculated correction energy ΔE, the voltage V across the
そして、算出した追加通電時間Δtを用いて通電時間と通電停止時間が補正される(ステップS104)。具体的には、画素周期Tは変わらないとし、補正後の通電時間がt0=p+Δt、通電停止時間がtoff=q−Δtとなる。制御部46は、補正後の通電時間及び通電停止時間に基づいて補正したPWM制御信号455Sを発光制御部455に送信する。ステップS104の処理が完了すると本制御フローを終了する。
Then, the energization time and the energization stop time are corrected using the calculated additional energization time Δt (step S104). Specifically, assuming that the pixel period T does not change, the corrected energization time is t0 = p + Δt, and the energization stop time is toff = q−Δt. The
図11は、制御部46のハードウェア構成図である。図11に示すように、制御部46は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)101、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)102およびROM(Read Only Memory)103、入力デバイスであるキーボード及びマウス等の入力装置104、ディスプレイやタッチパネル等の出力装置105、ネットワークカード等のデータ送受信デバイスである通信モジュール106、ハードディスク等の補助記憶装置107、などを含むコンピュータシステムとして構成することができる。
FIG. 11 is a hardware configuration diagram of the
上述した制御部46の各機能は、CPU101、RAM102等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェア(出力制御プログラム)を読み込ませることにより、CPU101の制御のもとで通信モジュール106、入力装置104、出力装置105を動作させるとともに、RAM102や補助記憶装置107におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
Each function of the
本実施形態の出力制御プログラムは、例えばコンピュータが備える記憶装置内に格納される。なお、出力制御プログラムは、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、コンピュータが備える通信モジュール等により受信されて記録(インストールを含む)される構成としてもよい。また、製造実行プログラムは、その一部又は全部が、CD−ROM、DVD−ROM、フラッシュメモリなどの持ち運び可能な記憶媒体に格納された状態から、コンピュータ内に記録(インストールを含む)される構成としてもよい。 The output control program of this embodiment is stored in, for example, a storage device included in a computer. A part or all of the output control program may be transmitted via a transmission medium such as a communication line, and may be received and recorded (including installation) by a communication module or the like provided in the computer. Further, the manufacturing execution program has a configuration in which a part or all of the manufacturing execution program is recorded (including installation) in the computer from a state of being stored in a portable storage medium such as a CD-ROM, a DVD-ROM, or a flash memory. May be.
以上説明したように、本実施形態に係る出力制御装置140では、制御部46は、レーザー発光素子41の所望の出力に応じてレーザー発光素子41に流れる電流の通電時間t0および通電停止時間toffが決まると、個々のレーザー発光素子41ごとに個別に設定される補正関数β(toff)を用いて通電時間補正値Δtを求め、通電時間補正値Δtに基づき通電時間と通電停止時間を補正する。
As described above, in the
この構成により、アレイ状に配置された複数のレーザー発光素子41から光を出射して画像を記録する場合に、レーザー発光素子41によって変調特性に個体差がある場合でも、レーザー発光素子41への通電停止時間toffの長さに基づいて通電時間t0の長さを補正することによって、各レーザー発光素子41間の出力のばらつきを抑制することができる。これにより、記録対象物(例えば図1の感熱記録ラベルRL)の移動方向と直交する主走査方向(レーザー発光素子41の配置方向)に発生するパルスのエネルギーばらつきを抑制でき、この結果、記録画像の濃度ばらつきや濃度ムラ、立体物の精度悪化や加工不良が改善される。
With this configuration, when light is emitted from a plurality of
また本実施形態では、補正関数β(toff)は、例えば上記(5)〜(8)式のように定式化できるが、要は複数のレーザー発光素子41のそれぞれにおける通電停止時間toffの関数である。より詳細には、補正関数β(toff)は、任意の通電時間t0にレーザー発光素子41から出力されるエネルギーが通電停止時間toffによって変動することを補うように設定された関数とも表現できる。さらに詳細には、補正関数β(toff)は、複数のレーザー発光素子41のそれぞれにおける通電停止時間toffの多項式関数または指数関数を含む、とも表現できる。さらに、補正関数β(toff)は、通電停止時間toffを変数とする単調増加関数である、とも表現できる。また、補正関数β(toff)は、通電停止時間toffに対する光源の光学系温度変化またはカップリング効率変化を補うように設定された関数である、とも表現できる。
Further, in the present embodiment, the correction function β (toff) can be formulated as, for example, the above equations (5) to (8), but the point is that it is a function of the energization stop time toff in each of the plurality of laser
このような補正関数β(toff)を用いることで、複数のレーザー発光素子41の個々の変調特性に応じた高精度な関数表現が可能となり、各素子間の変調特性の差異を充分にカバーして各素子の出力をより一層均一化できる。
By using such a correction function β (toff), it is possible to express a highly accurate function according to the individual modulation characteristics of the plurality of laser
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Those skilled in the art with appropriate design changes to these specific examples are also included in the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. Each element included in each of the above-mentioned specific examples, its arrangement, conditions, shape, etc. is not limited to the illustrated one, and can be appropriately changed. The combinations of the elements included in each of the above-mentioned specific examples can be appropriately changed as long as there is no technical contradiction.
100 画像記録システム(画像記録装置)
140 出力制御装置(レーザー出力装置)
41 レーザー発光素子(出力素子)
454 出力部
455 発光制御部(スイッチ部)
455S PWM制御信号(切替信号)
46 制御部
β(toff) 補正関数
t0 通電時間
toff 通電停止時間
Δt 通電時間補正値
100 Image recording system (image recording device)
140 Output control device (laser output device)
41 Laser light emitting element (output element)
454
455S PWM control signal (switching signal)
46 Control unit β (toff) correction function t0 Energization time toff Energization stop time Δt Energization time correction value
Claims (11)
前記出力素子への通電のオンオフを切り替えて前記出力素子の出力を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記出力素子の所望の出力に応じて前記出力素子に流れる電流の通電時間および通電停止時間が決まると、前記少なくとも1つの出力素子ごとに個別に設定される補正関数を用いて通電時間補正値を求め、前記通電時間補正値に基づき前記通電時間と前記通電停止時間を補正する、
出力制御装置。 With at least one output element
A control unit that controls the output of the output element by switching the energization of the output element on and off.
Have,
When the energization time and the energization stop time of the current flowing through the output element are determined according to the desired output of the output element, the control unit uses a correction function individually set for each of the at least one output element. The energization time correction value is obtained, and the energization time and the energization stop time are corrected based on the energization time correction value.
Output control device.
前記出力部に接続されたスイッチ部と、を有し、
前記少なくとも1つの出力素子は、前記出力部に接続され、
前記制御部は、前記スイッチ部のオンオフを切り替える切替信号を前記スイッチ部に対して出力して前記出力素子への通電を制御し、
前記切替信号は、前記補正された通電時間と通電停止時間に基づき生成される、
請求項1に記載の出力制御装置。 The output section connected to the output side of the current drive circuit and
It has a switch unit connected to the output unit and
The at least one output element is connected to the output unit and is connected to the output unit.
The control unit outputs a switching signal for switching on / off of the switch unit to the switch unit to control energization of the output element.
The switching signal is generated based on the corrected energization time and energization stop time.
The output control device according to claim 1.
請求項1または2に記載の出力制御装置。 The correction function is a function of the energization stop time in each of the at least one output element.
The output control device according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の出力制御装置。 The correction function is a function set to compensate for the fluctuation of the energy output from the output element depending on the energization stop time at an arbitrary energization time.
The output control device according to claim 3.
請求項4に記載の出力制御装置。 The correction function includes a polynomial function or an exponential function of the energization stop time in each of the at least one output element.
The output control device according to claim 4.
請求項5に記載の出力制御装置。 The correction function is a monotonically increasing function with the energization stop time as a variable.
The output control device according to claim 5.
前記出力素子はレーザー発光素子である、
レーザー出力装置。 The output control device according to any one of claims 1 to 6 is provided.
The output element is a laser emitting element.
Laser output device.
請求項7に記載のレーザー出力装置。 The correction function is a function set to compensate for a change in the optical system temperature of the light source or a change in the coupling efficiency with respect to the energization stop time.
The laser output device according to claim 7.
前記レーザー発光素子から出射されるレーザー光を記録対象物に照射することで、前記記録対象物にエネルギーを与えて画像を記録する画像記録装置。 The laser output device according to claim 7 or 8 is provided.
An image recording device that records an image by giving energy to the recording object by irradiating the recording object with laser light emitted from the laser light emitting element.
前記出力素子の所望の出力に応じて前記出力素子に流れる電流の通電時間および通電停止時間を決定するステップと、
前記少なくとも1つの出力素子ごとに個別に設定される補正関数を用いて通電時間補正値を求めるステップと、
前記通電時間補正値に基づき前記通電時間と前記通電停止時間を補正するステップと、を含む出力制御方法。 It is an output control method of an output control device having at least one output element and controlling the output of the output element by switching on / off of energization of the output element.
A step of determining the energization time and energization stop time of the current flowing through the output element according to the desired output of the output element, and
A step of obtaining an energization time correction value using a correction function individually set for at least one output element, and
An output control method including a step of correcting the energization time and the energization stop time based on the energization time correction value.
前記出力素子の所望の出力に応じて前記出力素子に流れる電流の通電時間および通電停止時間を決定する機能と、
前記少なくとも1つの出力素子ごとに個別に設定される補正関数を用いて通電時間補正値を求める機能と、
前記通電時間補正値に基づき前記通電時間と前記通電停止時間を補正する機能と、
をコンピュータに実現させるための出力制御プログラム。 An output control program of an output control device having at least one output element and controlling the output of the output element by switching on / off of energization of the output element.
A function of determining the energization time and energization stop time of the current flowing through the output element according to the desired output of the output element, and
A function of obtaining an energization time correction value using a correction function individually set for at least one output element, and
A function for correcting the energization time and the energization stop time based on the energization time correction value, and
An output control program for realizing a computer.
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