JP3517584B2 - Laser light distribution analysis system - Google Patents

Laser light distribution analysis system

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JP3517584B2
JP3517584B2 JP09451498A JP9451498A JP3517584B2 JP 3517584 B2 JP3517584 B2 JP 3517584B2 JP 09451498 A JP09451498 A JP 09451498A JP 9451498 A JP9451498 A JP 9451498A JP 3517584 B2 JP3517584 B2 JP 3517584B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー発光素子
を使用して記録媒体上の光量制御する場合の記録媒体上
のレーザー光量分布の解析システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser light amount distribution analysis system on a recording medium when a laser light emitting element is used to control the light amount on the recording medium.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザーダイオードを使用する光量記録
装置に電子写真システムがある。
2. Description of the Related Art An electrophotographic system is a light quantity recording apparatus using a laser diode.

【0003】図12は中間調画像を印画可能なLBP及
びデジタル複写機の一般的な概念図である。フォトダイ
オード21は、レーザー光源としての半導体レーザー2
0が出力するレーザー光量を電流に変換してモニタリン
グを行う。光量制御部18はモニタされた光量に基づい
て半導体レーザー20へ印可電流を制御し、フォトダイ
オード21からの出力電流が所定値となるように制御す
る。半導体レーザー20とフォトダイオード21は合体
されレーザーチップ19として構成されるのが一般的で
ある。
FIG. 12 is a general conceptual diagram of an LBP and a digital copying machine capable of printing a halftone image. The photodiode 21 is a semiconductor laser 2 as a laser light source.
The amount of laser light output by 0 is converted into an electric current for monitoring. The light amount control unit 18 controls the applied current to the semiconductor laser 20 based on the monitored light amount so that the output current from the photodiode 21 becomes a predetermined value. The semiconductor laser 20 and the photodiode 21 are generally combined to form a laser chip 19.

【0004】スキャナのポリゴンミラー8は半導体レー
ザー20から照射されたレーザービームを偏光するため
のものであり、モータ軸に固定されて図中矢印方向への
回転を行い、感光ドラム10上にレーザービームを走査
する。f−θレンズ9は偏光されたレーザービームを感
光ドラム10上に線速度一定に集光するものである。B
Dミラー11は感光ドラム10と機械的に位置関係が固
定されており、反射レーザービームは受光ダイオード1
2に入力され、感光ドラム10上に情報書き込み開始位
置を検出するために使用される。受光ダイオード12の
出力は水平同期信号発生回路13に入力されて水平同期
信号HDを発生する。HD信号は画素変調回路16と画
素変調データ発生源15に供給される。ブランキング信
号発生回路14は、水平同期信号HDに基づいてBD
(Beam Detect) ミラー11がレーザービームを検出す
べきタイミングで半導体レーザーをオンさせるブランキ
ング信号HBLを発生し画素変調回路16に供給する。
The polygon mirror 8 of the scanner is used to polarize the laser beam emitted from the semiconductor laser 20. The polygon mirror 8 is fixed to the motor shaft and rotates in the direction of the arrow in FIG. To scan. The f-θ lens 9 condenses the polarized laser beam on the photosensitive drum 10 at a constant linear velocity. B
The D mirror 11 has a mechanically fixed positional relationship with the photosensitive drum 10, and the reflected laser beam receives the light receiving diode 1
2 and is used to detect the information writing start position on the photosensitive drum 10. The output of the light receiving diode 12 is input to the horizontal synchronizing signal generating circuit 13 to generate the horizontal synchronizing signal HD. The HD signal is supplied to the pixel modulation circuit 16 and the pixel modulation data generation source 15. The blanking signal generation circuit 14 outputs BD based on the horizontal synchronization signal HD.
(Beam Detect) The mirror 11 generates a blanking signal HBL for turning on the semiconductor laser at the timing when the laser beam should be detected, and supplies the blanking signal HBL to the pixel modulation circuit 16.

【0005】画素変調データ発生源15より発生する画
素変調データDV(一般に8ビット)は画素変調回路1
6に供給される。画素変調回路16の出力信号は半導体
レーザー20をドライブ制御するレーザードライバ17
に供給される。画素編著迂回路16では水平同期信号H
Dに同期して画素クロックSCKを発生し、これに基づ
いて画素変調データDVのタイムベースを補正する。ま
た、画素クロックSCKと画素変調データDVに基づい
て高速PWM信号を発生し、レーザー光量を多段階に制
御可能にして中間調画像の印画を可能にする。そして、
ブランキング信号HBL発生時に半導体レーザ20を強
制的にフル点灯にしてBDミラー11にレーザービーム
を必ず供給できる様にして水平同期信号HDを発生でき
る様にする。半導体レーザー(レーザーダイオード)2
0より出力される発光強度は駆動電流Idrv で制御され
る。
The pixel modulation data DV (generally 8 bits) generated from the pixel modulation data generation source 15 is the pixel modulation circuit 1.
6 is supplied. The output signal of the pixel modulation circuit 16 is a laser driver 17 that drives and controls the semiconductor laser 20.
Is supplied to. In the detour circuit 16 for pixel editing, the horizontal synchronizing signal H
A pixel clock SCK is generated in synchronization with D, and the time base of the pixel modulation data DV is corrected based on this. In addition, a high-speed PWM signal is generated based on the pixel clock SCK and the pixel modulation data DV, and the amount of laser light can be controlled in multiple stages to enable printing of halftone images. And
When the blanking signal HBL is generated, the semiconductor laser 20 is forcibly turned on fully so that the laser beam can be supplied to the BD mirror 11 without fail so that the horizontal synchronizing signal HD can be generated. Semiconductor laser (laser diode) 2
The emission intensity output from 0 is controlled by the drive current Idrv.

【0006】図13は記録媒体となる感光ドラム10上
におけるレーザー光量を説明するものである。横軸方向
をレーザー走査方向(主走査)、縦軸方向を感光ドラム
回転方向(副走査)とし、領域S1は1画素領域を示
す。レーザーダイオード20から出力されるレーザー光
の瞬時光量分布はレーザー瞬時スポット22で示す様に
楕円上に分散する。分散する光強度分布の形状はガウス
分布をしていることは衆知の通りである。瞬時発光パワ
ーにより発生するレーザー瞬時光量分布の画素領域S1
における積分値が該当画素の光量値を決定し、この光量
値に相関をもって印画トナーが付着して画像が感光ドラ
ム10上に形成される。以上説明した電子写真システム
は高速高精細の印画が益々要望されており、例えば1画
素領域(〜40μm:600dpi)を20ns(50
MHz)の高速レーザー走査することが必要になってき
た。
FIG. 13 illustrates the amount of laser light on the photosensitive drum 10 serving as a recording medium. The horizontal axis direction is the laser scanning direction (main scanning) and the vertical axis direction is the photosensitive drum rotation direction (sub scanning), and the area S1 represents one pixel area. The instantaneous light amount distribution of the laser light output from the laser diode 20 is dispersed on an ellipse as indicated by a laser instantaneous spot 22. It is well known that the dispersed light intensity distribution has a Gaussian distribution. Pixel area S1 of the laser instantaneous light intensity distribution generated by the instantaneous light emission power
The integrated value at determines the light quantity value of the corresponding pixel, and the printing toner adheres in correlation with this light quantity value to form an image on the photosensitive drum 10. There is an increasing demand for high-speed and high-definition printing in the electrophotographic system described above. For example, one pixel region (up to 40 μm: 600 dpi) can be printed for 20 ns (50
It has become necessary to perform high-speed laser scanning of (MHz).

【0007】感光ドラム10上のレーザー光量分布が画
質を決定しレーザーチップ19、レーザードライバ17
及び画素変調回路16の選別及び設計開発が電子写真シ
ステムの品質を決定する要素になってきている。しかし
感光ドラム10上のレーザー光量分布はその表面電位分
布を測定するしかないが、これを正確に行うことは難し
くまた中間調画像を印画する電子写真システムにおいて
は、画素光量分布の種類が例えば256通り(8bi
t)もあり行われていない。実際に紙面上に印画して目
視を主体として解析しているのが実情である。しかも図
12の電子写真システムでは感光ドラム上にレーザー光
を照射して表面電位分布を形成する露光プロセスのみ示
しているが、この他にこの表面電位分布をもとに印画ト
ナーを付着させる現像プロセス、感光ドラム10上の付
着したトナーを紙面上に転写する転写プロセス及び紙面
上に付着した印画トナーを熱溶融定着させる定着プロセ
スがあるため、紙面上での解析では各プロセスの開発段
階における変動要因に影響され、露光プロセスを正確に
解析できない。
The laser light amount distribution on the photosensitive drum 10 determines the image quality, and the laser chip 19 and the laser driver 17
Also, the selection and design development of the pixel modulation circuit 16 have become factors that determine the quality of the electrophotographic system. However, the laser light amount distribution on the photosensitive drum 10 has no choice but to measure the surface potential distribution, but it is difficult to do this accurately, and in an electrophotographic system that prints a halftone image, the type of pixel light amount distribution is 256, for example. Street (8bi
There is also t) and it is not done. The actual situation is to actually print on paper and analyze mainly by visual inspection. Moreover, in the electrophotographic system of FIG. 12, only the exposure process of irradiating the photosensitive drum with laser light to form the surface potential distribution is shown, but in addition to this, the development process of attaching the printing toner based on this surface potential distribution. Since there are a transfer process for transferring the toner adhering on the photosensitive drum 10 onto the paper surface and a fixing process for thermally melting and fixing the printing toner adhered on the paper surface, in the analysis on the paper surface, there are fluctuation factors in the development stage of each process. And the exposure process cannot be analyzed accurately.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子写真システムにおける記録媒体である感光ドラム上
のレーザー光量分布の解析方法には以下に示す課題があ
る。
However, there are the following problems in the method of analyzing the laser light amount distribution on the photosensitive drum which is the recording medium in the conventional electrophotographic system.

【0009】第1の課題は、紙面上の印画像による解析
では、現像プロセス、転写プロセス、及び定着プロセス
の開発段階における変動要因に影響され、露光プロセス
を正確に解析できないことである。
The first problem is that in the analysis using the printed image on the paper surface, the exposure process cannot be accurately analyzed due to the influence of the variable factors in the development stage of the development process, the transfer process and the fixing process.

【0010】第2の課題は、紙面上の印画像による解析
では、中間調画像印画を必要とする電子写真システムで
は構成される画素光量分布の種類及び隣接画素との組み
合わせ数が膨大となり迅速な解析ができていないことで
ある。
The second problem is that in the analysis using the printed image on the paper, the number of types of pixel light amount distribution and the number of combinations with the adjacent pixels which are configured in the electrophotographic system which requires the halftone image printing are enormous, which is rapid. It is that analysis has not been completed.

【0011】以上の課題のため、露光プロセス特性の要
因である感光ドラム10上のレーザー光量分布を画素変
調回路16、レーザードライバ17からシームレスに実
特性に即する様にシームレスに解析可能な解析システム
が要望されている。
Due to the above problems, an analysis system capable of seamlessly analyzing the laser light amount distribution on the photosensitive drum 10 which is a factor of the exposure process characteristic from the pixel modulation circuit 16 and the laser driver 17 so as to match the actual characteristic seamlessly. Is required.

【0012】本発明の目的は、感光ドラムの様な記録媒
体上のレーザー光量分布の解析がレーザーダイオードを
駆動制御する電気回路からシームレス、迅速、確実に解
析できるレーザー光量分布の解析システムを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a laser light amount distribution analysis system capable of seamlessly, quickly and reliably analyzing the laser light amount distribution on a recording medium such as a photosensitive drum from an electric circuit for driving and controlling a laser diode. Especially.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー光量分
布の解析システムは、レーザー発光素子を使用して記録
媒体上の光量制御する場合の記録媒体上のレーザー光量
分布の解析システムにおいて、レーザーダイオードまた
はその発光動作を代表するレーザーダイオードモデルの
出力である発光パワー波形またはデータを入力するガウ
スフィルタを有し、ガウスフィルタは、インパルス応答
がレーザー走査方向における瞬時発光分布に類似したガ
ウス分布特性を示す。
A laser light quantity distribution analysis system of the present invention is a laser light quantity distribution analysis system on a recording medium in the case of controlling a light quantity on a recording medium using a laser light emitting element. Or, it has a Gaussian filter that inputs the light emission power waveform or data that is the output of the laser diode model that represents its light emitting operation. The Gaussian filter shows a Gaussian distribution characteristic whose impulse response is similar to the instantaneous light emission distribution in the laser scanning direction. .

【0014】また、発光パワーを観測する光プローブを
有し、光プローブの出力または代表する信号をガウスフ
ィルタに入力してもよい。
It is also possible to have an optical probe for observing the light emission power and input the output of the optical probe or a representative signal to the Gaussian filter.

【0015】従って、レーザーダイオードまたはレーザ
ーダイオードモデルの出力である発光パワー波形または
データを、インパルス応答がレーザー走査方向における
瞬時発光分布に類似したガウス分布特性を示すガウスフ
ィルタに入力し、その出力において光量分布を解析でき
る様にしたことにより、感光ドラムの様な記録媒体上の
レーザー光量分布の解析がレーザーダイオードを駆動制
御する電気回路からシームレス、迅速、確実に解析でき
るようになる。
Therefore, the light emission power waveform or data which is the output of the laser diode or the laser diode model is input to a Gaussian filter whose impulse response exhibits a Gaussian distribution characteristic similar to the instantaneous light emission distribution in the laser scanning direction, and the light quantity at that output is input. Since the distribution can be analyzed, the laser light amount distribution on the recording medium such as the photosensitive drum can be analyzed seamlessly, quickly and reliably from the electric circuit for driving and controlling the laser diode.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は、本発明のレーザー光量分
布の解析システムの実施の形態を示すものであり、レー
ザーダイオードモデル2とガウスフィルタ1とから構成
される。これには、図12で示した画素変調回路16及
びレーザードライバ17については、純粋な電子回路で
あるのでSPICEを基調とするアナログシミュレータ
で現在では比較的容易に特性検討が可能であるので除い
ている。
FIG. 1 shows an embodiment of a laser light quantity distribution analysis system of the present invention, which comprises a laser diode model 2 and a Gaussian filter 1. Except for this, the pixel modulation circuit 16 and the laser driver 17 shown in FIG. 12 are pure electronic circuits, and therefore the characteristics can be studied comparatively easily at present with an analog simulator based on SPICE. There is.

【0017】まず、レーザーダイオードモデル2につい
て説明する。
First, the laser diode model 2 will be described.

【0018】レーザーダイオードはレーザーダイオード
モデル2で示されている。レーザーダイオードは駆動電
流Idrv を発光量に変換する特殊な素子であり、この動
作は基本的には活性層におけるキャリア密度Nと発生光
子密度Nphに関する2つのレート方程式で示される。
The laser diode is shown as laser diode model 2. The laser diode is a special element that converts the driving current Idrv into the amount of emitted light, and this operation is basically shown by two rate equations regarding the carrier density N and the generated photon density Nph in the active layer.

【0019】[0019]

【数1】 N:キャリア密度 Nph:光子密度 J:注入電流密度 D:活性層の厚さ tn :キャリアの寿命 tph:光子の寿命 G(N):レーザー(誘導放出)における変換ゲイン βsp:LED(自然放出)における変換ゲイン 1)式及び2)式より表される動作は駆動電流Idrv に
よるキャリア密度が臨界値Nthを超える誘導放出(レー
ザー動作)時の場合である。
[Equation 1] N: Carrier density Nph: Photon density J: Injection current density D: Active layer thickness tn: Carrier lifetime tph: Photon lifetime G (N): Laser (stimulated emission) conversion gain βsp: LED (spontaneous emission) The operation represented by the conversion gains 1) and 2) in the above is the case of stimulated emission (laser operation) in which the carrier density by the drive current Idrv exceeds the critical value Nth.

【0020】臨界値Nth以下のときは誘導放出項が無く
なり自然放出(LED動作)時のレート方程式は下式の
様になる。
When the threshold value is equal to or lower than Nth, the stimulated emission term disappears and the rate equation during spontaneous emission (LED operation) is as shown in the following equation.

【0021】[0021]

【数2】 この2つの動作は駆動電流Idrv によって連続的に遷移
する。
[Equation 2] These two operations are continuously changed by the drive current Idrv.

【0022】図2は上記レート方程式を電気回路によっ
て本発明人が解いたレーザーダイオードモデル2の内部
回路図である。この内部動作は本発明の主題ではないの
で簡潔に説明する。構成は端子リードモデル部3と端子
間電圧モデル部4と電流アンプAMP1とからなるスレ
ッシュ電流(Ith)設定部、キャリア時定数(τn )部
5と電流−電圧変換アンプAMP2とからなる自然放出
誘起部、誘導放出誘起部6とADD1とからなる誘起加
算部、光子時定数部7と電流アンプAMP6とからなる
光子−キャリア帰還部、及び電流−電圧変換アンプAM
P7からなる光出力部からなる。そしてアノード端子an
ode 、カソード端子cathode 、光出力端子Pout 及び実
際には存在しないキャリア密度端子N_probe の各端子
を有している。
FIG. 2 is an internal circuit diagram of a laser diode model 2 in which the present inventors have solved the above rate equation by an electric circuit. This internal operation is not the subject of the present invention and will be described briefly. The configuration is a spontaneous emission induction including a threshold current (Ith) setting section including a terminal lead model section 3, an inter-terminal voltage model section 4 and a current amplifier AMP1, a carrier time constant (τn) section 5 and a current-voltage conversion amplifier AMP2. Section, an induced addition section including the stimulated emission inducing section 6 and ADD1, a photon-carrier feedback section including a photon time constant section 7 and a current amplifier AMP6, and a current-voltage conversion amplifier AM.
It is composed of a light output unit composed of P7. And the anode terminal an
It has an ode, a cathode terminal cathode, a light output terminal Pout, and a carrier density terminal N_probe which does not actually exist.

【0023】キャリア密度Nは容量C3及び抵抗R3の
端子間電圧で示され、瞬時発光パワーはコイルL2及び
抵抗R6を流れる電流値で検出される。このモデルを使
用するとレーザーダイオードの動作を容易に検討でき
る。例えば市販のレーザーダイオード(5mW級、Ith
=20mA、スロープ効率=0.3mW/mA)に対し
てモデル化し発光特性を示したものが図3である。a)
がレーザードライバから供給される駆動電流Idrv (単
位は10mA)、b)は発光パワー波形(単位はm
W)、c)は市販の光プローブ(1GHz)での観察を
想定して1GHzのカットオフのBESSEL_LPF を通して
見た光パワー波形である。しかし図3の発光波形は、レ
ーザーダイオードから放出されるレーザーエネルギーを
総じて表示したものであり感光ドラム上の光量分布を示
すものではない。
The carrier density N is indicated by the voltage across the terminals of the capacitor C3 and the resistor R3, and the instantaneous light emission power is detected by the current value flowing through the coil L2 and the resistor R6. Using this model, we can easily study the operation of the laser diode. For example, a commercially available laser diode (5mW class, Ith
= 20 mA, slope efficiency = 0.3 mW / mA), and the emission characteristics are shown in FIG. 3 as a model. a)
Is the drive current Idrv (unit is 10 mA) supplied from the laser driver, b) is the emission power waveform (unit is m)
W) and c) are optical power waveforms viewed through BESSEL_LPF with a cutoff of 1 GHz, assuming observation with a commercially available optical probe (1 GHz). However, the light emission waveform of FIG. 3 is a general display of the laser energy emitted from the laser diode, and does not show the light amount distribution on the photosensitive drum.

【0024】次に、光量分布の考察について述べる。Next, consideration of the light quantity distribution will be described.

【0025】光量分布は感光ドラム上に施されるもので
あり、レーザーダイオード(モデル)から出力される時
間軸で示される発光パワー波形と同様に時間軸で表す必
要がある。ガウス分布で示されるレーザー瞬時光量分布
は一般にスポット径で代表され、スポット径は光量分布
の中心値に対する規格値hで定義されている。主走査
(レーザー走査)方向における瞬時光量分布の積分値で
示される光量分布が解析されれば、副走査(感光ドラム
回転)方向は、ガウス分布による波高値を係数として容
易に解析できる。
The light quantity distribution is provided on the photosensitive drum, and it is necessary to represent it on the time axis like the emission power waveform shown on the time axis output from the laser diode (model). The laser instantaneous light amount distribution represented by a Gaussian distribution is generally represented by a spot diameter, and the spot diameter is defined by a standard value h with respect to the central value of the light amount distribution. If the light amount distribution indicated by the integrated value of the instantaneous light amount distribution in the main scanning (laser scanning) direction is analyzed, the sub-scanning (photosensitive drum rotation) direction can be easily analyzed using the crest value of the Gaussian distribution as a coefficient.

【0026】光量分布はレーザーダイオード(モデル)
から出力される時間軸で示される発光パワー波形と同様
に時間軸で表す必要がある。時間toで発生する瞬時発
光中心強度p(to)による主走査方向の瞬時光量分布
sp(to)は下式で示される。 sp(to)=p(to)exp(−(t−t02/σ) 3) スポット形状を規定するスポット係数σは下式で示され
る。 σ==(Tsp/2)2/loge(1/h) 4) Tsp:主走査スポット径(画素周期Toで換算した時間
単位で示したもの) 例えば、t=0、瞬時発光中心強度p(0)=1、画素
周期To=20ns、T sp=30ns(主走査スポット
径1.5画素)、スポット規格値h=0.2の時の、瞬
時光量分布を図4に示す。この瞬時光量分布は、理想ガ
ウス瞬時光量分布である。
Laser light distribution (model)
Similar to the emission power waveform shown on the time axis output from
Need to be expressed on the time axis. Instantaneous emission that occurs at time to
Instantaneous light intensity distribution in the main scanning direction depending on the light center intensity p (to)
sp (to) is represented by the following formula. sp (to) = p (to) exp (-(t-t0)2/ Σ) 3) The spot coefficient σ that defines the spot shape is
It σ == (Tsp/ 2)2/ Loge(1 / h) 4) Tsp: Main scanning spot diameter (time converted in pixel cycle To)
(Shown in units) For example, t = 0, instantaneous light emission center intensity p (0) = 1, pixel
Period To = 20 ns, T sp= 30 ns (main scanning spot
Instantaneous when the diameter is 1.5 pixels) and the spot standard value h = 0.2
The hourly light intensity distribution is shown in FIG. This instantaneous light intensity distribution is
This is the instantaneous light intensity distribution of the us.

【0027】次に図3で示される発光パワー波形から主
走査方向の光量分布を生成する基本的な方法を図5によ
って説明する。図5(a)はデータ配列からなる発光パ
ワー波形であり、図5(b)は各データ値によるインパ
ルス光から発生する各瞬時光量分布を示したものであ
る。
Next, a basic method of generating a light amount distribution in the main scanning direction from the light emission power waveform shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a light emission power waveform composed of a data array, and FIG. 5B shows each instantaneous light amount distribution generated from the impulse light according to each data value.

【0028】実際の光量分布SPは各瞬時光量分布の総
和で示されるので3)式より下式の様に示される。
Since the actual light intensity distribution SP is represented by the sum of the instantaneous light intensity distributions, it is expressed by the following equation from the equation 3).

【0029】[0029]

【数3】 瞬時発光強度データ数は数千〜数万に及び為、5)式の
解析には非常に時間を費やし実用的ではない。しかも各
データの時間間隔も一般には一定にするのに難しいた
め、各データ値に対するインパルス光は波高値だけでな
くパルス幅も変化するため、各インパルス光に対して瞬
時光量分布を解析する必要がありさらに時間がかかって
しまう。
[Equation 3] Since the number of instantaneous emission intensity data is in the range of thousands to tens of thousands, it takes much time to analyze the equation (5), which is not practical. Moreover, since it is generally difficult to make the time interval of each data constant, the impulse light for each data value changes not only the peak value but also the pulse width, so it is necessary to analyze the instantaneous light intensity distribution for each impulse light. Yes, it will take more time.

【0030】次に、ガウスフィルタによる光量分布の解
析について述べる。
Next, the analysis of the light amount distribution by the Gaussian filter will be described.

【0031】光量分布の解析を迅速にするため、図1に
示す様にレーザーダイオード出力の発光強度信号をガウ
スフィルタ1に入力する。ガウスフィルタ1の構成例を
図6に示す。フィルタユニットF1〜F12、係数回路
k1〜k5、及び加算器A1からA3から構成されてい
る。フィルタユニットF1〜F12はまったく同じ構成
をしており構成は図3に示す。ガウスフィルタはインパ
ルス応答がガウス分布波形を示すものである。規格値h
=0.2においてTsp=30nsのガウスインパルス応
答を目標にする。フィルタユニットは位相特性が穏やか
なBESSEL_LPFとして以下のように定数を設定する。 R1=1k R2=1k C1=1.325pF C2=6.635pF L1=3.82uH fc =50MHz (3dB)このインパルス応答波形を最大波高値で正規
化して示したものが図8である。図8から理解できる様
にパッシブなフィルタではインパルス応答の対称性及び
オーバーシュートなどのためのガウス分布に程遠いイン
パルス応答波形を示す。この特性を示すフィルタユニッ
トF1の出力をガウス分布波形に近似していく過程を図
9を使用して説明する。係数回路の各係数値は以下の条
件である。 k1=0.5 k2=0.4 k3=0.4 k4=0.07 k5=1/(k1(1+k2)(1+k3)(1+k
4))=0.954 また図9は、係数回路k5の最終出力波形の最大波高値
を正規化した時の波形で示している。また入力インパル
ス信号は時刻t=2nsで発生させている。図中、a)
はF1出力、b)はA1出力、c)はA2出力、d)は
A3出力、e)はk5出力である。b)及びc)で応答
波形の対称性を補正し、d)でオーバーシュートを補正
して、e)においてはガウス分布波形に類似した応答波
形が生成される。
In order to speed up the analysis of the light quantity distribution, the emission intensity signal of the laser diode output is input to the Gaussian filter 1 as shown in FIG. A configuration example of the Gaussian filter 1 is shown in FIG. It is composed of filter units F1 to F12, coefficient circuits k1 to k5, and adders A1 to A3. The filter units F1 to F12 have exactly the same configuration, and the configuration is shown in FIG. The Gaussian filter is one whose impulse response exhibits a Gaussian distribution waveform. Standard value h
= 0.2, target a Gaussian impulse response with T sp = 30 ns. The filter unit sets the following constants as BESSEL_LPF with a gentle phase characteristic. R1 = 1k R2 = 1k C1 = 1.325pF C2 = 6.635pF L1 = 3.82uHfc = 50MHz (3dB) FIG. 8 shows the impulse response waveform normalized by the maximum peak value. As can be understood from FIG. 8, the passive filter exhibits an impulse response waveform far from the Gaussian distribution due to the symmetry of the impulse response and overshoot. The process of approximating the output of the filter unit F1 exhibiting this characteristic into a Gaussian distribution waveform will be described with reference to FIG. Each coefficient value of the coefficient circuit has the following conditions. k1 = 0.5 k2 = 0.4 k3 = 0.4 k4 = 0.07 k5 = 1 / (k1 (1 + k2) (1 + k3) (1 + k
4)) = 0.954 Further, FIG. 9 shows a waveform when the maximum peak value of the final output waveform of the coefficient circuit k5 is normalized. The input impulse signal is generated at time t = 2 ns. In the figure, a)
Is F1 output, b) is A1 output, c) is A2 output, d) is A3 output, and e) is k5 output. In b) and c), the symmetry of the response waveform is corrected, in d) the overshoot is corrected, and in e), a response waveform similar to a Gaussian distribution waveform is generated.

【0032】図10はガウスフィルタ1のインパルス応
答波形と目標のガウス分布波形の合致度を示すものであ
る。図中、a)は目標のインパルス応答波形(Tsp=3
0ns)を示し、3)式より導き出した下式を使用して
いる。 sp=exp(−t2/1.39e-20) 6) 図中、b)はインパルス応答の遅延時間td (この場合
td =51ns)を補正し表したものである。
FIG. 10 shows the degree of coincidence between the impulse response waveform of the Gaussian filter 1 and the target Gaussian distribution waveform. In the figure, a) is the target impulse response waveform (T sp = 3).
0 ns), and the following formula derived from formula 3) is used. sp = exp (-t < 2 > /1.39e < -20 >) 6) In the figure, b) is the corrected delay time td of the impulse response (td = 51 ns in this case).

【0033】図10から理解できるようにガウスフィル
タ1のインパルス応答はガウス分布波形に非常に合致し
ている。ガウスフィルタ1の特徴は入力される発光パワ
ー波形から発生する5)式等で示される積分演算を必要
とする光量分布の解析をインパルス応答の遅延時間td
およびインパルス応答エネルギーの無視できるピーク点
からの時間を解析時間に加算するだけで自動的に表して
くれる。
As can be seen from FIG. 10, the impulse response of the Gaussian filter 1 closely matches the Gaussian distribution waveform. The characteristic of the Gaussian filter 1 is that the delay time td of the impulse response is obtained by analyzing the light amount distribution that requires the integral calculation represented by the equation 5) generated from the input emission power waveform.
And the time from the negligible peak point of impulse response energy is added to the analysis time and it is automatically displayed.

【0034】図11は図1の光量分布の解析システムを
使用して光量分布を解析した結果の一例である。図中、
a)は駆動電流Idrv (単位は10mA)、b)は発光
パワー波形(単位はmW)、c)は主走査方向の光量分
布を示すものである。この様に光量分布特性を電気的処
理回路からシームレス、迅速、確実に解析できる。
FIG. 11 shows an example of the result of analyzing the light quantity distribution using the light quantity distribution analysis system of FIG. In the figure,
a) shows the drive current Idrv (unit is 10 mA), b) shows the light emission power waveform (mW), and c) shows the light amount distribution in the main scanning direction. In this way, the light quantity distribution characteristics can be analyzed seamlessly, quickly, and reliably from the electrical processing circuit.

【0035】スポット径が異なる場合であっても、ガウ
スフィルタ1は次の手法で容易に設計可能である。 1)Tsp=30nsに対するスポット径比mを求める。 2)フィルタユニットF1〜F12の容量及びインダク
タを各々m倍する。 3)遅延時間td はTsp=30nsの時の遅延時間のm
倍にする。
Even if the spot diameters are different, the Gauss filter 1 can be easily designed by the following method. 1) Obtain the spot diameter ratio m for T sp = 30 ns. 2) The capacities and the inductors of the filter units F1 to F12 are each multiplied by m. 3) The delay time td is m of the delay time when T sp = 30 ns.
Double.

【0036】ガウスフィルタに入力される発光パワー波
形はシミュレーションデータに限らず、例えば光プロー
ブより検出した発光パワーデータでもよい。
The emission power waveform input to the Gaussian filter is not limited to the simulation data, but may be emission power data detected by an optical probe, for example.

【0037】ガウスフィルタのインパルス応答波形はガ
ウス分布に限定しているものでなく、実際のレーザーダ
イオードの光量分布特性に合わせても良い。
The impulse response waveform of the Gaussian filter is not limited to the Gaussian distribution, but may be matched with the actual light quantity distribution characteristic of the laser diode.

【0038】本実施の形態ではガウスフィルタをシミュ
レータ上で使用するため、理想素子から構成されている
が、実フィルタブロックで作成しても良く、この場合光
プローブ出力をこのガウスフィルタを介して観察するこ
とによって、リアルタイムで記録媒体上の光量分布を解
析できる。
In this embodiment, since the Gaussian filter is used on the simulator, it is composed of ideal elements, but it may be created by an actual filter block. In this case, the optical probe output is observed through this Gaussian filter. By doing so, the light quantity distribution on the recording medium can be analyzed in real time.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、レーザー
ダイオードまたはレーザーダイオードモデルの出力であ
る発光パワー波形またはデータを、インパルス応答がレ
ーザー走査方向における瞬時発光分布に類似したガウス
分布特性を示すガウスフィルタに入力し、その出力にお
いて光量分布を解析できる様にしたことにより、感光ド
ラムの様な記録媒体上のレーザー光量分布の解析がレー
ザーダイオードを駆動制御する電気回路からシームレ
ス、迅速、確実に解析できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the emission power waveform or data output from the laser diode or the laser diode model has a Gaussian distribution characteristic in which the impulse response is similar to the instantaneous emission distribution in the laser scanning direction. By inputting to the filter and analyzing the light quantity distribution at the output, the analysis of the laser light quantity distribution on the recording medium such as the photosensitive drum can be performed seamlessly, quickly and reliably from the electric circuit that controls the drive of the laser diode. The effect is that you can do it.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を使用したレーザー光量分布の解析シス
テムの実施例
FIG. 1 is an example of an analysis system for laser light quantity distribution using the present invention.

【図2】レート方程式を電気回路によって本発明人が解
いたレーザーダイオードモデルの内部回路図である。
FIG. 2 is an internal circuit diagram of a laser diode model in which the present inventors have solved the rate equation by an electric circuit.

【図3】レーザーダイオードモデルによる発光特性を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing light emission characteristics based on a laser diode model.

【図4】t=0、瞬時発光中心強度p(0)=1、画素
周期To=20ns、Tsp=30ns(主走査スポット
径1.5画素)、スポット規格値h=0.2の時の、瞬
時光量分布を示す図である。
FIG. 4 is a case where t = 0, instantaneous emission center intensity p (0) = 1, pixel period To = 20 ns, T sp = 30 ns (main scanning spot diameter 1.5 pixels), and spot standard value h = 0.2. FIG. 5 is a diagram showing an instantaneous light intensity distribution of FIG.

【図5】レーザー走査方向の光量分布の基本的な解析方
法の説明図である。 (a)データ配列からなる発光パワー波形を示す図であ
る。 (b)各データ値によるインパルス光から発生する各瞬
時光量分布を示した図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a basic analysis method of a light amount distribution in a laser scanning direction. (A) It is a figure which shows the light emission power waveform which consists of a data array. (B) It is the figure which showed each instantaneous light amount distribution generated from the impulse light by each data value.

【図6】ガウスフィルタの構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a Gaussian filter.

【図7】フィルタユニットの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a filter unit.

【図8】フィルタユニットのインパルス応答波形を最大
波高値で正規化して示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing an impulse response waveform of a filter unit normalized by a maximum peak value.

【図9】フィルタユニットF1の出力をガウス分布波形
に近似していく過程を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a process of approximating the output of the filter unit F1 to a Gaussian distribution waveform.

【図10】ガウスフィルタのインパルス応答波形と目標
のガウス分布波形の合致度を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a matching degree between an impulse response waveform of a Gaussian filter and a target Gaussian distribution waveform.

【図11】図1の解析システムを使用したレーザー光量
解析結果を示す波形図である。
11 is a waveform chart showing the results of laser light amount analysis using the analysis system of FIG.

【図12】中間調画像を印画可能なLBP及びデジタル
複写機の一般的な概念図である。
FIG. 12 is a general conceptual diagram of an LBP and a digital copying machine capable of printing a halftone image.

【図13】記録媒体となる感光ドラム上におけるレーザ
ー光量を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating the amount of laser light on a photosensitive drum that serves as a recording medium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガウスフィルタ 2 レーザーダイオードモデル 3 端子リードモデル部 4 端子間電圧モデル部 5 キャリア時定数部 6 誘導放出誘起部 7 光子時定数部 8 スキャナのポリゴンミラー 9 f−θレンズ 10 感光ドラム 11 BDミラー 12 ビームディテクタ 13 水平同期信号発生回路 14 ブランキング信号発生回路 15 画素変調データ発生源 16 画素変調回路 17 レーザードライバ 18 光量制御部 19 レーザーチップ 20 半導体レーザー(レーザーダイオード) 21 フォトダイオード 22 レーザー瞬時スポット A1〜A3 加算器 F1〜F12 フィルタユニット k1〜k5 係数回路 1 Gaussian filter 2 Laser diode model 3-terminal lead model section 4 terminal voltage model 5 Carrier time constant part 6 Stimulated emission inducer 7 Photon time constant part 8 Scanner polygon mirror 9 f-θ lens 10 Photosensitive drum 11 BD mirror 12 Beam detector 13 Horizontal sync signal generator 14 Blanking signal generation circuit 15 Pixel modulation data source 16 pixel modulation circuit 17 Laser driver 18 Light intensity controller 19 laser chips 20 Semiconductor laser (laser diode) 21 photodiode 22 Laser Instant Spot A1 to A3 adder F1 to F12 filter unit k1 to k5 coefficient circuit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】レーザー発光素子を使用して記録媒体上の
光量制御する場合の記録媒体上のレーザー光量分布の解
析システムにおいて、 レーザーダイオードの出力である発光パワー波形または
該レーザーダイオードの発光動作を代表するレーザーダ
イオードモデルの出力である発光パワー波形データを、
前記発光パワー波形または前記発光パワー波形データに
よるインパルス応答が、レーザー走査方向における瞬時
発光分布に類似したガウス分布特性を示すように近似す
るガウスフィルタに入力し、該ガウスフィルタからの出
力により、レーザー走査方向の光量分布を求めることを
特徴とするレーザー光量分布の解析システム。
1. An analysis system of a laser light amount distribution on a recording medium in the case of controlling the light amount on the recording medium using a laser light emitting element , wherein an emission power waveform as an output of a laser diode or
A laser diode that represents the light emitting operation of the laser diode.
Emitting power waveform data, which is the output of the Iodo model,
In the emission power waveform or the emission power waveform data
Impulse response due to the instantaneous in the laser scanning direction
Approximate to have a Gaussian distribution characteristic similar to the emission distribution
Input to the Gaussian filter and output from the Gaussian filter.
A laser light amount distribution analysis system characterized by finding the light amount distribution in the laser scanning direction by force .
【請求項2】前記レーザーダイオードの出力である発光
パワー波形は、発光パワーを観測する光プローブの出力
信号であることを特徴とする請求項1に記載のレーザー
光量分布の解析システム。
2. Light emission which is the output of the laser diode.
The power waveform is the output of the optical probe that observes the emission power.
It is a signal, The analysis system of the laser light amount distribution of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
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