JP2941907B2 - 光変調装置及び光ビーム記録装置 - Google Patents

光変調装置及び光ビーム記録装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ等を光変調する装置及びこれを
用いた光ビーム記録装置に関する。
〔従来の技術〕
レーザビームプリンタで感光材料上へ濃淡画像を記録
する場合に、半導体レーザビームの強度を変調する方式
として、鋸歯状波もしくは三角波による変調方式が提案
されている。この変調方式について以下簡単に説明す
る。
第5図のグラフの第I象限に示されるのは半導体レー
ザの駆動電流−光出力特性の一例であり、半導体レーザ
チツプの温度がT0、T1、T2(T0<T1<T2)と変化したと
きの特性の変動を示す。特性の傾きであるスロープ効率
ηは温度が変動してもほとんど変化せず、グラフはほぼ
平行移動していることがわかる。第IV象限は縦軸を時間
にとり、駆動電流の時間変化を示している。図に示す様
に駆動電流を半導体レーザの温度T0におけるレーザ発振
を始める最低の電流i0まで急速に上昇させ、それ以降は
比較的ゆっくりと直線状に上昇させる。第II象限は横軸
に時間をとったもので、第IV象限の様な駆動電流を与え
た場合の光出力の時間変化を示すものとなる。ここで、
この光出力をモニタしある光出力P1に達した時点で駆動
電流を遮断もしくはi0以下に低減させる。このとき温度
T0の時は第II象限でT0で示される様な三角形状の光出力
変化になる。温度T1もしくはT2(T1、T2>T0)のときは
第I象限のグラフで示される様にレーザ発振を開始する
電流はi0より大きいため、第II象限の三角波状の光出力
のグラフは図に示す様に時間的には遅れたものになる。
しかし、前述の様に半導体レーザのスロープ効率ηは温
度変動によってもほぼ不変であるため、光出力も温度変
動に対してもほぼ同じ形状になり、ただ時間的に遅れた
だけのものになる。従って、感光材料への露光量である
光出力の積分値は温度変動により不変となる。露光量を
変調する場合はP1を変化させて行う。
光出力がP1に達してから電流を遮断もしくは低減する
場合、急激に電流を遮断して鋸歯状の電流波形としても
良いし、あるいは直線状に徐々に低減しても三角状の電
流波形としても良く、いずれにせよ1画素内の露光量は
温度変動に依存しなくなる。
以上の動作をレーザビームプリンタ1画素を記録する
期間内で行う。
ところで上記方式では、より改良が望まれる点として
以下の点があった。
半導体レーザは非常に応答性が良く、駆動電流を正確
に直線的に上昇させてやれば、レーザビームプリンタの
1画素の期間内(数百nsec程度)では充分に直線的に上
昇する光出力波形が得られる。しかし、上記例の様に変
調するためには、直線的に上昇する光出力を正確にモニ
タしなければならない。この操作は高速度のPINフオト
ダイオードを用いれば可能になるが、その検出光電流を
電圧に変換し、増幅器を通して用いる段になると高速度
で直線性の良い回路構成が必要になる。かかる回路はコ
スト高になり、安定性に欠けたものになりやすい。
〔従来例を改善するための手段及び作用〕
そこで本発明では、例えば光出力がP0になった時点の
みを検出し、そして、その時点からの時間経過で前記変
調を制御することにより、光検出回路の全光出力範囲に
おける直線性を不要とし、安定性の良い変調を可能とし
た。
第4図は温度がT、T′の際の光出力状態と半導体レ
ーザの駆動電流波形を説明する図であるが、第4図にお
いて光出力がP0になった時点から、遮断すべき光出力P0
+PSになるまでの時間τは、光出力の傾きηが温度T、
T′においてほぼ不変であることから、それぞれの温度
において不変になるはずである。従って所望露光量に応
じてこのτの値を変化させるべく制御を行えば、前述の
方式と実質的に同様の変調が行える。
なお、本発明は半導体レーザには限らず、同様の特性
を有する光源であれば使用可能である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。第1図は本発明の第1の実施例である多階調レーザ
ビームプリンタの半導体レーザの光出力制御装置の構成
図である。
第1図において41の信号は画像クロツクと呼ばれ、レ
ーザビームプリンタの1画素分のデータの転送速度を規
定するクロツク信号であり、42の信号は該画素クロツク
に同期して得られる画素の濃度を示す画素データであ
り、複数ビツトのデジタルデータである。21のブロツク
は画素クロツク41の立ち上がりに同期して鋸歯状電圧を
発生する鋸歯状波発生器である。発生される鋸歯状電圧
を51とする。22のブロツクはフリツププロツプであり、
SET入力の立ち上がりでQ出力はハイレベルとなり、RES
ET入力の立ち上がりでQ出力はローレベルになる。この
フリツプフロツプの出力を43とする。23のブロツクは電
圧−電流変換器であり、入力として鋸歯状電圧51が接続
されている。23の出力電流ifを46とする。31は半導体レ
ーザであり、この駆動電流はif46である。該半導体レー
ザ31からのレーザビームは不図示の光学系を介してフイ
ルム等の記録媒体に照射される。30で示す手段は駆動電
流を遮断するために用いる高速のアナログスイツチを示
し、スイツチ入力がハイレベルなら導通、ローレベルな
ら遮断状態となり、スイツチ入力としてはフリツプフロ
ツプ出力43が接続される。32はフオトダイオードであ
り、半導体レーザ31と不図示の光学的手段で結合されて
いる。すなわち、半導体レーザの光出力はレーザビーム
プリンタの画像記録用として用いられるものであるた
め、フオトダイオード32へは半導体レーザチツプの後面
発光を入射させるか、前面発光をビームスプリツタ等の
分光手段で光出力の1部を入射させる様構成する。この
フオトダイオード32の検出光電流imを47とする。24のブ
ロツクは電流−電圧変換器であり、フオトダイオードの
検出光電流47を電圧値48に変換する。25は電圧比較器で
あり、+入力が−入力より高い電圧の場合ハイレベルを
出力し、それ以外のときはローレベルを出力するもので
あり、+入力には電圧値48、−入力には一定電圧vaが接
続されている。26のブロツクはフリツプフロツプであ
り、SET入力の立ち上がりでQ出力はハイレベルにな
り、RESET入力の立ち上がりでQ出力はローレベルにな
り、SET入力には比較器25の出力、RESET入力にはフリツ
プフロツプ22の出力43が接続される。フリツプフロツプ
26の出力を52とする。27で示す回路網は積分器を示し、
入力52がハイレベルの期間CRの時定数によって充電作用
により積分を行い、出力44へは負電位方向へ積分出力が
得られ、入力52がローレベルになるとダイオードDの作
用によって急速に放電され、出力44は零電位となる。28
は電圧比較器であり、+入力が−入力より高い電圧の場
合ハイレベルを出力し、それ以外のときにはローレベル
を出力する。そして28の+入力には積分器出力44が接続
され、出力はフリツプフロツプ22のRESET入力へ接続さ
れる。29はデジタル−アナログ変換器であり、該画素デ
ータ42を負電位のアナログ電圧50へ変換する。このアナ
ログ電圧50は比較器28の+入力へ接続されている。
上述の構成での動作を第2図のタイミングチヤートを
用いて説明する。第2図においてaは画素クロツク42で
あり、bは鋸歯状波51であり、cは駆動電流46、dは検
出電圧48、eはフリツプフロツプ出力52であり、そして
fは積分器出力44を示す。まず同図において、101のタ
イミングで画素クロツク42が立ち上がり、同時に画素デ
ータが得られ、そのアナログ変換値をv1とする。101の
タイミングにおいて鋸歯状電圧51が作られると同時に、
フリツプフロツプ22がセツトされ、スイツチ30がオンと
なる。鋸歯状電圧51はv0のオフセツトをもっていて、そ
の値は駆動電流のオフセツト値i0に対応している。cの
駆動電流46の上昇に伴ない、半導体レーザの光出力も上
昇する。dの検出電圧において検出電圧が急激に上昇し
はじめる電位をvaとし、第1図のvaをこの値に設定して
おく。すなわち検出電圧がvaになった時点がレーザ発振
が行われた時点に対応する。dの検出電圧48はva近辺を
除いては光出力を忠実に再現しているわけではなく、フ
オトダイオード32の浮遊容量、電流−電圧変換器24の応
答非線形によってdに示す様になまった形になってい
る。同dに破線で示した波形が、半導体レーザの駆動電
流から予想される実際の光出力である。さて、dの検出
電圧48がvaを越えた時点で、比較器25の出力がハイレベ
ルになり、フリツプフロツプ26の出力52の出力が第2図
eに示す様にハイレベルになる。そして、fの積分器出
力44は同図に示す様にeを積分したものになる。すなわ
ちfの積分器出力は実際の光出力(dの破線)を模擬し
ているといえる。そして、fの積分器出力44が、該画素
データ値v1より下まわると比較器28の出力がハイレベル
となり、フリツプフロツプ22がリセツトされ、43がロー
レベルになり、スイツチ30がオフ状態になり、電流が遮
断される。それと同時にフリツプフロツプ26がリセツト
される。上記動作は光出力をモニタしながら所定値にな
った時点で光出力を遮断する操作と等価でありながら、
実際には正確な光出力をモニタしていない。
前述の様に、半導体レーザのスロープ効率ηが少なく
とも使用環境下において、温度変動により不変とみなせ
るかぎり、1画素の露光量は温度変動があってもv1に対
応したものに不変となり得る。
この半導体レーザの光出力はレーザビームプリンタの
感光材料へ到達し、上記動作を繰り返すことにより、感
光材料上へ画素を形成する。
〔他の実施例〕
第3図は本発明の第2の実施例の構成図である。本実
施例ではレーザ発振を始めてからの時間経過の計測をデ
ジタル的に行うことによって、第1の実施例のD/A変換
器を不要とし、アナログ部分が少なくなったため外来ノ
イズがあっても安定した動きをする様に構成した。第3
図は第1図とほぼ同様の構成であるため異なる部分のみ
説明する。第3図において61はレーザ発振をはじめてか
らの時間経過を計測するためのクロツク70を発生する発
振器であり、画素データの最大値をnとすれば、この発
振器のクロツク70の周波数は画素クロツクの少なくとも
n倍はなくてはならない。62はアンドゲートであり、一
方の入力はクロツク70であり、他方はフリツプフロツプ
26の出力52であり、出力を71とする。63はカウンタであ
り、アンドゲート62を通過したクロツク71を計数する。
65はデジタル値の比較器であり、一方の入力はカウンタ
63の出力、他方の入力は画素データであり、両者が等し
い時にハイレベルを出力し、その出力はフリツプフロツ
プ22のRESET入力へ接続されている。64は単安定マルチ
バイブレーであり、フリツプフロツプ22の出力43の立ち
下がりでトリガがかけられ、カウンタ63の出力をゼロク
リアするCLEAR入力に接続され同カウンタをクリアす
る。
以下では時間経過を計測する部分のみを説明する。半
導体レーザがレーザ発振を行い、検出電圧48がvaを越え
ると、フリツプフロツプ26がセツトされ、出力52はハイ
レベルになり、アンドゲート62を開く形になる。カウン
タ63は1つ前の信号43の立ち下がりにより単安定マルチ
バイブレータ64を開いてゼロクリアされており、アンド
ゲート62が開かれ、71にクロツクが現われた時点から計
数をはじめる。該計数値が画素データ42の等しくなった
時点で比較器65の出力がハイレベルになり、フリツプフ
ロツプ22をRESETし、電流を遮断する。それと同時に次
の画素の動作にそなえて、フリツプフロツプ26をRESET
し、アンドゲート62を閉じてカウンタ63を計数不能と
し、単安定マルチバイブレータ64によってカウンタ63の
出力をゼロクリアする。
以上の動作により画素データに対応した鋸歯状の光出
力が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、光出力が漸次上
昇するように光変調する装置及びこれを用いた光ビーム
記録装置において、光出力変動が検出する回路に正確な
線形性を要求することなく安定した変調を行うことが可
能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1の実施例の構成図、 第2図は第1図の動作を説明するためのタイミングチヤ
ート図、 第3図は本発明の第2の実施例の構成図、 第4図は従来例および本発明の原理を説明するための
図、 第5図は従来例を説明するための4象限図、 であり、図中の主な符号は、 21……鋸歯状波発生回路、 25……比較器、 27……積分回路 30……スイツチ手段、 31……半導体レーザ、 32……フオトダイオード、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/44 H01S 3/103

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像記録の為の1画素の露光の際に光出力
    が時間と共に漸次上昇するように光変調を行なう手段
    と、変調光の光出力を検出する手段と、該検出される光
    出力が前記変調光の発光の開始を示す一定値に達した時
    点から画素データ値に応じた期間だけ前記光変調を行な
    わせる手段を有することを特徴とする光変調装置。
  2. 【請求項2】露光に用いる光の光出力が漸次上昇するよ
    うに光変調する装置において、前記光のレーザ発振の開
    始時点からの時間経過で露光量制御を行なう制御手段を
    有することを特徴とする光変調装置。
  3. 【請求項3】光ビームを発生する光ビーム発生装置と、
    各画素において前記光ビームの光出力を時間と共に漸次
    上昇させると共に、前記光ビームのレーザ発振の開始時
    点から光出力が各画素の記録画素濃度に対応した時間経
    過した後に漸次上昇を終了させるように光ビーム制御を
    実行する光ビーム制御手段とを有し、前記光源からの光
    ビームを記録媒体上に照射して画像を記録することを特
    徴とする光ビーム記録装置。
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