JP3705612B2

JP3705612B2 - 振幅変調モードおよびパルス振幅モードで駆動されるレーザダイオードを有するレーザ画像形成装置

Info

Publication number: JP3705612B2
Application number: JP10134394A
Authority: JP
Inventors: グレンデービスジェームス; エイハーディジェームス
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: EP0625842A1; EP0625842B1; US5426452A; JPH0723197A; DE69416541D1; DE69416541T2

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、感光性の媒体をレーザ走査によって露光するレーザプリンタ装置に関し、特に、レーザダイオードの発光ダイオード（ＬＥＤ）領域を使用せずに最大露光レンジ（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）が得られるように、レーザダイオードの露光特性を最大限に活用するレーザダイオードプリンタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードは２つの異なる領域、すなわちレーザ領域とＬＥＤ領域とで作動する。図１に示されるように、しきい値を越えるレーザダイオード駆動電流と出力照射パワーとの間にはリニア関係が成立する。一方、ＬＥＤ領域では、駆動電流と出力照射パワーとの関係はノンリニアであり、レーザ領域での駆動に比べ、電流の変化に対する照射力の変化は小さい。レーザプリンタで露光用にレーザダイオードを用いる場合は、電流を均等に値２^N−１に分割するＤ／Ａコンバータを用いてレーザダイオードを駆動させる。ここでＮはＤ／Ａコンバータに入力されるビットの数である。ＬＥＤ領域ではレーザダイオード効率（入力電流１ミリアンペア当たりの出力パワー（ミリワット）で表わされる）が非常に小さいので、入力信号コード値が広範囲に変化しても、露光における変化は非常に少ない。
【０００３】
ある種のレーザプリンタはｎビット（例えば１２ビット）のＤ／Ａコンバータを用いて、露光装置（ヘリウム−ネオンガスレーザと音響光学モジュレータ、もしくはレーザダイオード）を駆動し、露光装置はフィルムなどの感光性媒体を露光する。出力ルックアップテーブルが構成され、データはディジタル／アナログ変換に先だってルックアップテーブルでマッピングされる。ルックアップテーブルはコード値からフィルム濃度にリニアマッピングを行うように計算される。
【０００４】
濃度とＬｏｇ露光との関係を表わす（ＤＬｏｇＥ）フィルム曲線の高濃度領域では、一定のデルタ濃度に対するデルタ露光量は低濃度領域における露光よりもずっと大きい。結果として、出力ルックアップテーブルは、多数の入力コード値を高濃度領域（もしくは高露光領域）の単一の出力コード値にマッピングすることになり、露光のためにコード値の使用が非効果的なものとなる。
【０００５】
輝度におけるわずかな変化が見えるかどうかの可視しきい値は、放射線像が映る輝度領域においてほぼ一定であることは周知である。（M.I. Sezan, K. Yip, S.J. Daly, "Uniform Perceptual Quantization : Applications to Digital Radiography", IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Vol/ SMC-17, No. 4, Jul/Aug 1987, pp.622-634) このデルタ輝度指数は不変係数によってデルタ濃度に関係づけられるので、最良のレーザプリンタとは、単調増加で各コード値をそれぞれの濃度値にマッピングし、デルタ濃度が一定であるような露光手段を用いることになる。すなわち、ＤＬｏｇＥフィルム曲線に基づいて、露光曲線に対する最良のコード値が計算される。
【０００６】
ＬＥＤ領域ではレーザダイオード効率が低い上に、マルチモードで働き、このためＬＥＤ領域は露光に適さなくなるという失点がある。ＬＥＤ領域では、レーザ領域より波長が低く、照射パワーの多くは基本駆動モード上に存在しない。また、露光され現像されたフィルムの濃度は露光の波長によって決まるので、波長の変化が露光プロセスでの誤差の原因にもなる。
【０００７】
米国特許第４，７７４，７１０号（第４，９８７，４２６号も参照）は、レーザ領域にあるように選択されたカットオフポイントより低く、かつＬＥＤ領域へのしきいをすぐ越えたパワーレベルにおいて、レーザをパルス幅変調することによって露光パワーのリニア変化を最小露光レベルにまで拡張することを示唆している。このアイディアを実行するためには、パルス幅変調領域でピクセル周期は数ナノセコンドのオーダーのパルス幅に分割されねばならない。ピクセル周期が１８２ナノセコンドであるとすると、最小のパルス幅は１ナノセコンドとなり、コスト効果と電子部品技術の水準を考慮すると現時点ではこれは実行不可能である。
【０００８】
また、レーザ記録装置に関する米国特許第４，７９９，０６９号、第４，８０６，９４６号、第４，３７５，０６５号、第４，９０５，０２２号、第４，７５４，２９１号、第４，６７９，０５７号なども、レーザ記録システムのマルチ変調モードの使用を開示しているが、レーザの露光レンジの最大化とレーザダイオードのレーザ領域の再使用とにおいて完全に成功しているとはいえない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のレーザプリンタ装置では、レーザダイオードをＬＥＤ領域で作動させずに露光レンジを拡張しようとすると問題点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によれば、レーザダイオードを含むレーザ画像形成装置において、リニアレーザ駆動領域を常に使用することによってコントラスト比と露光レンジを増大させ、ノンリニア領域でのレーザダイオードの作動による好ましくない駆動効果を最小にする。
【００１１】
本発明の実施例にかかるレーザ画像形成装置は、レーザビームを生成するために制御されるレーザダイオードを含み、そのパワーはディジタルイメージ入力信号の関数として直線的に変化することを特徴とする。レーザビームは走査光学系によって偏向され、フィルムなどの感光性媒体を露光する。この装置はレーザダイオードを制御するための制御手段も含み、ディジタルイメージ入力信号が所定の値を越える第１レンジのディジタル値を有する場合は、レーザダイオードがそのリニア操作領域で振幅変調モードで駆動されるように、レーザダイオードを制御する。またディジタルイメージ入力信号が所定の遷移値より低い第２レンジの値を有する場合は、前記制御手段はレーザダイオードがリニア領域のパルス振幅変調モードで駆動されるように、レーザダイオードを制御する。
【００１２】
【実施例】
図２は、本発明の実施例にかかるレーザ画像形成装置のブロック図である。図において、レーザ画像形成装置１０は、ディジタルイメージソース１２、レーザダイオードコントローラ１４、レーザダイオード１６、走査光学系１８、およびシステムコントローラ２０を含み、ディジタルイメージソース１２は、ディジタルＸ線像などのディジタルイメージを供給し、ディジタルイメージはレーザダイオード１６によって感光性媒体２２（フィルムなど）上に再生される。レーザコントローラ１４は、レーザダイオード１６をイメージソース１２から送られるディジタルイメージの関数として変調する。走査光学系１８は変調されたレーザビームを媒体２２上へと走査する。システムコントローラ２０はシステム１０の駆動を制御する。
【００１３】
ディジタルイメージソース１２は、例えば、（１）医療画像形成装置（ＣＴ、ＭＲＩ、ＵＳ、ＰＥＴ）、（２）Ｘ線フィルムディジタイザ、（３）記憶リン光体システム、（４）（磁気あるいは光学）画像保管システム、などからディジタルＸ線画像を供給する。
【００１４】
走査光学系１８はレーザダイオード１６からのレーザビームを整形し、媒体２２が走査ビームを横切って移動される間、このレーザビームを反復的に走査させる。走査光学系１８は反復ミラー、回転多角形ミラー、もしくは回転ポリゴンを含んでもよい。
【００１５】
本発明によれば、レーザダイオードのリニア駆動領域が常に使用されてコントラスト比を高め、レーザのＬＥＤ領域で操作することによる悪影響を低減する。本発明の装置は高い露光レベルでの振幅変調（ＡＭ）と、低い露光レベルでのパルス振幅変調（ＰＡＭ）とを用いることによりコントラスト比を高める。ＰＡＭ変調は、露光期間中を通してレーザダイオード１６を常にリニア領域（ＬＥＤ領域に置換する）で駆動するために行われる。
【００１６】
図３に示されるように、イメージソース１２からのディジタル入力信号値が遷移値Ｓ_Tを越える場合、この信号が直接レーザダイオード１６を変調して振幅変調レーザビームを生成する。入力信号が遷移値Ｓ_T以下である場合は、レーザダイオード１６はしきい値より上のレーザパワーを用いたパルス振幅変調モードで駆動される。
【００１７】
図４は、レーザダイオードを制御するレーザコントローラ１４の実施例を示す。レーザコントローラ１４はコンパレータ２４、２６、Ｄ／Ａコンバータ２８、およびパルス振幅変調回路３０を含む。イメージソース１２からのディジタル信号値Ｓが遷移値Ｓ_Tを越える場合は、コンパレータ２４がＤ／Ａコンバータ２８を制御して、レーザダイオード１６をＡＭモードで変調する。一方、イメージソース１２からのディジタル信号値ＳがＳ_T以下である場合は、コンパレータ２６がＰＡＭ変調回路３０をＰＡＭモードで制御する。
【００１８】
レーザダイオード１６を制御するために使用される制御信号については、図５に示される。ピクセル周期がｔ₀−ｔ₁、ｔ₁−ｔ₂、ｔ₂−ｔ₃の期間では、イメージソース１２からのディジタル入力信号は遷移値Ｓ_Tより大きいので、制御信号はディジタルイメージ入力信号のリニア関数となり、レーザダイオード１６はＡＭモードで駆動される。一方、ピクセル周期がｔ₃−ｔ₄、ｔ₄−ｔ₅、ｔ₅−ｔ₆の期間では、信号値ＳはＳ_Tより小さいので、レーザダイオード１６はレーザ駆動領域のパワーを用いてはいるが、モードはＰＡＭモードで駆動される。
【００１９】
本発明の一実施例によると、レーザダイオード１６の継続出力を最大３０ミリワットとするなら、このレーザダイオードのレーザ駆動モード（すなわちＡＭモード）は２−３０ミリワットの範囲にある。ここでピクセル周期は２００ナノセコンドとする。駆動のリニア領域では、コントラスト比は１５：１となる。２ミリワット以下の出力では、ＰＡＭ変調することによってコントラストが増加する。リニアＡＭ領域からＰＡＭ領域へとリニア遷移させるためには、パルス幅振幅積（ＰＷＡＰ）を一致させる必要がある。図６に示されるように、ＡＭからＰＡＭに移るしきいにあるピクセル露光レベルでパルス幅振幅積（ＰＷＡＰ）が計算される。こうして求められたＰＷＡＰは、ＰＡＭへのしきいにあるＰＡＭピクセルでのパルス（パルス列）のＰＷＡＰ値に一致されねばならない。
【００２０】
例を続けると、ＰＡＭへの遷移途中にあるがまだＡＭにある露光パワーは２ミリワットであり、この時のＰＷＡＰは４００（ｍＷ・ｎＳ）である。
【００２１】
遷移途中にあるパルス振幅（Ａｐｕｌｓｅ）を８ミリワットとして、１パルスが８ミリワット、周期が５０ナノセコンドのパルスを用いると、ＰＷＡＰは４００（ｍＷ・ｎＳ）となり、これは上記ＰＡＭへのしきいにあるＡＭモードでのＰＷＡＰ値に一致する。ＰＡＭモードの駆動では、コントラスト比は８：２ミリワット、すなわち４となる。全体のコントラスト比は１５×４＝６０である。ＰＡＭモードは、パルス振幅を振幅変調に用いられる最小パワーレベル（すなわち２ミリワット）に低減することによって、かつパルス周期を５０ナノセコンドに維持することによって駆動される。すなわち、均等の最小露光パワーは、
2mW×1 pulse × 50 (nS/pulse) / 200(nS/pixel) = 0.500 mW/pixel
となる。
【００２２】
本発明では、１ピクセル周期で複数のパルスを使用するパルス振幅モードで駆動することも可能である。例えば、５０ナノセコンドの１パルスの代わりに、それぞれが２５ナノセコンドの２パルス、もしくは各々が１０ナノセコンドの５パルスが用いられてもよい。
【００２３】
ノンリニアＬＥＤ領域におけるレーザダイオード特性は、平均レベルのＲＦ（高周波）信号をレーザダイオード１６に注入することによって、いずれの実施例においても向上される。ＲＦ信号を注入することによってレーザビームの発散を低減し、ＬＥＤ領域やその近傍での出力照射パワーに起こりがちな波長のシフトを押さえる。またＲＦ注入を行わずに、ＬＥＤ領域にあるはずの出力パワーで反転分布を十分維持できるようにレーザを強くポンピングすることによって、レーザ領域を効果的にＬＥＤ領域内にまで拡張することもできる。ＲＦ信号の注入はＡＭモードでもＰＡＭモードでも行われる。図７はパルス中にＲＦ注入を行った場合を示している。
【００２４】
例えば、３０ミリワットのレーザの遷移点が２ミリアンペアだとすると、ＲＦ注入によってレーザ領域は０．５ミリアンペア拡張される。この結果、走査効率は４倍となりコントラスト比は振幅変調のみの場合の１５から６０に向上される。１ピクセル周期で１パルスだけ用いた場合は、パルス化レーザビームの断面形状（プロフィール）が隣接のピクセル露光にさほど重ならず、サブピクセル濃度の変化を防止できる。多数のラインの同じ箇所でサブピクセル濃度の変化が生じた場合、結果としてのマクロスコープ効果で肉眼で見える帯となって現われ、画質の低下につながる。このような好ましからざる効果は、ピクセル周期内でパルスロケーションをランダムに分布させることによって防止できる。
【００２５】
【発明の効果】
上記のように、本発明は医療用の画像形成システム等に使用されるレーザダイオードプリンタに用いられ、レーザダイオードのＬＥＤ領域を使用することなく、レーザダイオードの露光レンジを最大限に拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザダイオードの駆動曲線を示すグラフである。
【図２】本発明のレーザダイオードを含むレーザ画像形成装置のブロック図である。
【図３】図２のレーザ画像形成装置の、入力信号値とレーザ出力パワーとの関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例によるレーザ変調のブロック図である。
【図５】ピクセル周期におけるレーザパワーを示すグラフであり、図４の駆動の説明図である。
【図６】ＡＭからＰＡＭモードへの遷移におけるパルス幅振幅積（ＰＷＡＰ）を示すグラフである。
【図７】ＲＦ信号注入方法を示すグラフである。
【符号の説明】
１０レーザ画像装置
１２ディジタルイメージソース
１４レーザコントローラ
１６レーザダイオード
２０システムコントローラ
２２媒体
２４，２６コンパレータ
２８ＡＭ変調ＤＡＣ
３０ＰＡＭ

Claims

リニアレーザ領域と、これより低いノンリニアＬＥＤ領域とで作動するレーザダイオード（１６）と、
前記レーザダイオードに、所定の遷移値を越える第１レンジのディジタル値と、前記所定の遷移値より低い第２レンジのディジタル値とを有するディジタルイメージ入力信号を供給するための手段であって、前記第１レンジのディジタル値は前記レーザダイオードをリニア領域で駆動し、第２レンジのディジタル値は前記レーザダイオードをノンリニア領域で駆動するために用いられる、信号供給手段（１２）と、
前記ディジタルイメージ入力信号が第１レンジのディジタル値を有する場合は前記レーザダイオードをリニア領域の振幅変調（ＡＭ）モードで駆動し、前記ディジタルイメージ入力信号が第２レンジの値を有する場合は、リニア領域のパルス振幅変調（ＰＡＭ）モードで駆動するようにレーザダイオードを制御するための制御手段（２４）、（２６）、（２８）、（３０）と、
を有することを特徴とする、レーザ画像形成装置。