JPH026161A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザプリンタ、ディジタル複写機等に用いら
れる半導体レーザ即動装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、電荷結合素子からなるラインセンサ等により原稿
を読み取り、その画像データをレーザプリンタに出力す
るディジタル複写機が梓及しつつある。このディジタル
複写機において、対象とする原稿は写真、絵等の階調を
持つものが含まれ、またレーザプリンタは特開昭６１−
１８９５７４号公報、特開昭６１−１８９５７５号公報
、特開昭６１−１８９５７７号公報などにより知られて
いる。

このような階調を持つ画像データによりレーザプリンタ
で画像記録を行う場合は従来、ティザマトリクス法を用
いて階調表現を行う階調表現方式が採られている。この
階調表現方式は例えば１画素を４Ｘ４のマトリクスによ
り構成し、４×４＝１６の階調を表現する。更に多階調
を得たい場合にはマトリクスのサイズを大きくすること
により実現でき、例えば６４階調の表現では８×８のマ
トリクスを用いる。

またレーザプリンタにおいてレーザビームの多値表現を
目的としてレーザの点灯時間を制御するパルス幅変調方
式も用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の階調表現方式では階調数の増大に伴ってマトリク
スのサイズを大きくする必要があるので、画素が荒くな
り、解像度が劣化するという欠点があった。またパルス
幅変調方式ではレーザビームの多値表現を実現できるが
、望まれる多値が１０値以上に多くなった場合にはその
最小パルス幅を小さくしていかなければならず１例えば
画素周期が１００ｎｓでｌＯ値の変調を行いたい場合に
は一般に最小パルス幅としてＩｏｎｓ程度が要求される
。このような短いパルスは信号伝送、スイッチ素子、実
装上の設計にも十分な配慮が必要になり、装ぽの複雑化
を招くことになりかねない。

本発明は上記欠点を除去し、簡単な構成で画像の解像度
を劣化させることなく優れた階調表現を行うことが可能
となると共に画像データに応じた書き込み階調の設定自
由度を大幅に拡げてシステムに対する柔軟性を確保する
ことが可能となる半導体レーザ変調装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は画像データに応じてパルスを発生してこのパル
スにより半導体レーザを駆動する第１の変調手段と、画
像データに応じて箭記パルスの振幅を変調する第２の変
調手段とを具備する。

〔作　用〕

第１の変調手段が画像データに応じてパルスを発生して
このパルスにより半導体レーザを駆動し。

第２の変調手段が画像データに応じて前記パルスの振幅
を変調する。

〔実施例〕

第２図は本発明を応用したディジタル複写機の一例を示
し、第３図はこの例における画像入力装置を示す。

画像入力装置では原稿１１が光源１２により照明され、
その読み取りライン１３からの反射光像がレンズ１４に
より電荷結合素子（ＣＣＯ）からなるラインセンサ１５
の受光面上に結像されて光電変換されろことにより時系
列の画像データとなる。この場合原稿１１は図示矢印方
向へ副走査される。ＣＣＤ読み取り部１６はラインセン
サ１５より出力される画像データを処理してアナログ画
素信号として出力し、この信号はアナログ・対数（ＬＯ
Ｇ）変換回路１７により濃度変換がなされる。アナログ
・対数変換回路１７からの画像データはアナログ／ディ
ジタル変換器１８により６乃至８ビツトのディジタル信
号に変換され、シェーディング補正回路１９によりシェ
ーディング補正がなされる。シェーディング補正回路１
９からの画像データはγ変換回路２０によりγ変換され
、変調回路２１はγ変換回路２０からの画像データによ
りレーザダイオードからなる半導体レーザ２２を変調す
る。この半導体レーザ２２はレーザプリンタにおいて光
源として用いられている。レーザダイオード２２は周囲
温度の変化によって電流対光パワー特性が変化するが、
光センサ２３はレーザダイオード２２の光パワーを検出
する。そしてパワー補正回路２４はレーザダイオード２
２の光パワー変調時以外の所定のタイミングで定電流電
源回路２５がらレーザダイオード２２に供給される電流
の値を光センサ２３の出力信号によって補正することに
より、γ変換回路２０から出力される同一の画像データ
に対してレーザダイオード２２の光パワーが同一となる
ようにする。

第４図は上記レーザプリンタの概略を示す。

レーザダイオード２２から出射された変調光はコリメー
トレンズ２６により平行光とされ、モータ２７によって
回転駆動されている偏向器２８により繰り返して偏向さ
れる。偏向器２８からの変調光は集光レンズ２９を介し
て感光体ドラム３０上を走査し、感光体ドラム３０はモ
ータにより回転駆動されて帯電器により一様に帯電され
た後に上記変調光が露光されることにより静電潜像が形
成されるにの静電潜像は現像装置により現像され、転写
装置により転写紙に転写される。また集光レンズ２９か
らの光が画像領域外でミラー３１により反射されて光検
知器３２により検知され、この光検知器３２の出力信号
に同期してレーザダイオード２２の変調が開始される。

第１図は上記変調回路２１及び定電流電源回路２５を示
す。

γ変換回路２０から出力される画像データＶ　ｉｄｅ。

は多値の画像データであり、この例では３ビツトである
。この画像データＶｉｄｅｏは第５図に示すようにパル
ス幅変調回路３３に与えられ、パルス幅変調回路３３が
パルス幅変調信号Ｖｉｎを生成する。パルス幅変調回路
３３は第１図に示すように遅延回路３４〜３７．ロジッ
ク回路３８及びセレクタ３９により構成され、図示しな
い回路からの画素クロック（画素を表わすクロック信号
）ＶＣＬＫが遅延回路３４〜３７により遅延されたもの
と２画素クロックＶＣＬＫ白身とをロジック回路３８で
アンド又はオアの演算を行うことにより、８種類の相異
なるパルス幅を持つパルスを得ている。この８種類のパ
ルスはそのうちの１つがセレクタ３９でγ変換回路２０
からの画像データＶｉｄｅｏにより選択されてパルス幅
変調信号Ｖｉｎとして出力される。このパルス幅変調信
号Ｖｉｎは３ビツトの画像データＶ　１ｄｅｏに対応し
た８通り（パルス幅Ｏも含む）のパルス幅を有する信号
となる。また、γ変換回路２０からの画像データＶｉｄ
ｅｏは第５図に示すように振幅決定テーブル４０に入力
される。この振幅決定テーブル４０は第１図に示すよう
に画像データＶ　１ｄｅｏをアドレス入力とするリード
オンリーメモリ（ＲＯＭ　）が用いられ、第７図に示す
ようなテーブルがこのＲＯＭ４０内に書いである。ＲＯ
Ｍ４０にアドレス入力として与えられる画像データＶｉ
ｄｅｏはＯ〜７の８通りの値をとり、ＲＯＭ４０は各ア
ドレス入力に対応して振幅データＰＤＡＴＡを出力する
。この例ではＰＤＡＴＡは２ビツトとし、従ってＯ〜３
の値をとる。このように画像データＶ　１ｄｅｏの値に
対応してパルス幅変調信号Ｖｉｎとその振幅を決定する
ためのデータＰＤＡＴＡの両方が同時に発生する。第１
図に示すようにこのパルス幅変調信号Ｖｉｎはスイッチ
回路４１に与えられ、データＰＤＡＴＡはインバータ４
２．４３を介して電圧発生回路４４に与えられる。スイ
ッチ回路４１はレーザダイオード２２の′電流をスイッ
チングするスイッチ回路であり、電界効果１〜ランジス
タ４５，４６及び抵抗４７〜４９により構成される。定
電流回路５０はレーザダイオード２２がオンの時の電流
を設定するための定電流回路であり、トランジスタ５１
及び抵抗５２により構成される。ここに上記変調回路２
Ｊ及び定電流電源回路２５はパルス幅変調回路３３．　
ＲＯＭ２Ｏ，スイッチ回路４１．電圧発生回路４４及び
定電流回路５０等により構成される。電圧発生回路４４
は定電流回路３６の設定電流を決定する電圧発生回路で
あって電界効果トランジスタ５３　、５４及び抵抗５５
〜５８により構成され、出力信号Ｖｓが画像信号ＰＤＡ
ＴＡ（ＰＯ，１）ｉ）だけでなく、パワー補正回路２４
からバッファ５９及びコンデンサ６０を介して入力され
るレーザダイオード２２の発光量検出値に応じた補正電
圧Ｃ■によっても制御される。電圧発生回路４４は基本
的には抵抗分圧回路になっており、その分圧比が画像信
号ＰＤＡＴＡ（ＰＯ，Ｐｉ）により制御される。画像信
号ＰＯ，Ｐｉが０，０の時にはインバータ４２．４３の
出力が共に高レベルになって電界効果トランジスタ５３
，５４が共にオンとなり、バッファ５９からの入力電圧
ＣＶ。

が抵抗５５と抵抗５６〜５８の合成抵抗値とによる分圧
比で分圧されて出力電圧Ｖｓとなる。また画像信号ＰＯ
，ＰＬが１，１の時にはインバータ４２．４３の出力が
共に低レベルになって電界効果トランジスタ５３゜５４
が共にオフとなり、バッファ５９からの入力電圧ＣｖＯ
が抵抗５５と抵抗５８とによる分圧比で分圧されて出力
電圧Ｖｓとなる。同様に画像信号ＰＯ，ＰＩが１゜０の
時には入力電圧Ｃｖ０が抵抗５５と抵抗５７　、５８と
による分圧比で分圧されて出力電圧Ｖｓとなり、画像信
号ｐｏ、ｐｔが０．１の時には入力電圧Ｃｖｏが抵抗５
５と抵抗５６．５８とによる分圧比で分圧されて出力電
圧Ｖｓとなる。抵抗５６の値を抵抗５７の値より大きく
設定しておけば各分圧比に応じて出力電圧Ｖ３が変化し
、画像信号ＰＯ，ＰＬ（７）　１　、０７！＋１ら１，
１までの４値に対応して出力電圧Ｖｓが４通りの値が得
られて定電流回路５０に与えられる。定電流回路５０で
はトランジスタ５１のコレクタ電流はほぼ電圧発生回路
４４の出力電圧Ｖｓに比例した電流となり、スイッチ回
路４１に対する電流負荷となる。

一方、パルス幅変調回路３３からのパルス幅変調信号Ｖ
ｉｎはスイッチ回路４１に与えられる。スイッチ回路４
１は差動形式のスイッチ回路で、入力′電圧Ｖｉｎの１
″　′Ｏ″に応じて電界効果トランジスタ４５．４６の
一方がオンするように動作する。例えば入力電圧Ｖｉｎ
が′　１″の時にはレーザダイオード２２側の電界効果
トランジスタ４５がオンしてレーザダイオード２２をオ
ンさせ、しかもそのオン電流値は定電流回路４１及び電
圧発生回路４４で設定された電流値となる。つまりレー
ザダイオード２２の発光量検出値に応じた補正電圧ＣＶ
と２画像データＰ０、Ｐｌとにより決定された定電流回
路３６による電流値が画像データＶｉｎの’　ｌ゛、’
　Ｏゝに応じてオン／オフされることになり、レーザダ
イオード２２の駆動電流が多値化されることになる。

上記パワー補正回路２４は例えば第８図に示すような半
導体レーザ出力制御回路が用いられる。

光検出器２３はレーザダイオード２２から後方へ出射さ
れた光ビームが入射してその強度に比例した電流が流れ
、この電流が増幅器６２により電圧に変換されて比較器
６３により基準電圧Ｖ　ｒｅｆと比較される。この比較
器６３の出力信号は増幅器６２の出力信号と基準電圧Ｖ
ｒｅｆとの大小関係により高レベルまたは低レベルとな
り、アップダウンカウンタ６４にアップダウン信号とし
て与えられる。例えばレーザダイオード２２の出力光の
強度が基準値より弱い時には比較器６３の出力信号が低
レベルとなり、アップダウンカウンタ６４がアップカウ
ントモードになる。またエツジ検出回路６５がタイミン
グ信号Ｔによりアップダウンカウンタ６４にイネーブル
信号を加えると、アップダウンカウンタ６４がイネーブ
ル状態になって発振器６６からのクロックをカウントし
てそのカウント値がディジタル／アナログ変換器６７に
よりディジタル／アナログ変換されて補正電圧Ｃｖとし
てバッファ５０．コンデンサ６０を介して電圧発生回路
４４にに印加される。エツジ検出回路６５は比較器６３
の出力信号の立上り、立ち下がりを検出してアップダウ
ンカウンタ６４をディスイネーブル状態に戻す。

ところでレーザダイオード２２の光対電流特性は第９図
に示すようになるが、温度、経時変化等により実線カー
ブから破線のカーブのように変化する。従ってレーザダ
イオード２２が電流工。で点灯してＰｏのパワーで発光
していても上記のような変化によりパワーが変動してし
まう。これを防ぐにはレーザダイオード２２の環境変化
に応じて電流を■。からＩ工ｔ　ｒｚに変化させればよ
く、これを行うのが上記パワー補正回路２４である。一
般に上記のような変化は非常にゆっくりした変化である
ため、パワー補正回路２４は応答が非常に遅くてもよい
。レーザダイオード２２の発光パワーはパワー補正回路
２４で決定された（安定化された）レベルＰ。を基準と
して画像信号により変調されることになる。例えばレー
ザダイオード２２の電流について０から工。まで４値の
変調を行う場合各位の設定値を■。に比例するようにし
ておけばパワー補正回路２４によるパワー補正で■。を
工、〜Ｉ２と制御しても各値の設定値もそれに応じて設
定され、４値の階調を安定に維持できる。

第７図はレーザダイオード２２からのレーザビームによ
り感光体ドラム３０に与えられる１ドツト当りのエネル
ギーと、画像データの０〜７の８値との関係を示す。こ
の関係は例えばパルス幅変調信号Ｖｉｎだけを用いて（
その振幅を一定として）画像データに対してほぼ比例的
なパルス幅を設定した場合には第７図のａのようなカー
ブとなる。これに対してこの例ではパルスの幅変調を行
うだけでなくその振幅を変調することにより、上記関係
を第７図のｂ乃至Ｃのようなカーブとすることができる
。これはＲＯＭ２Ｏのテーブル内容を、望むカーブに合
せて書き込んでおけばよい。もちろん、ＲＯＭ４０の代
りにマニュアルスイッチを組合せたものを用いてテーブ
ルを作成することもできる。

この場合は各システム毎にその特性に合せて設定を変え
ることもできる。またＲＯＭ４０の代りにランダムアク
セスメモリ（ＲＡ　Ｍ　）を用い、このＲＡＭをマイク
ロコンピュータを含む制御回路に接続してテーブルをリ
アルタイムで変えるようにしてもよい。このようにすれ
ばシステム又は半導体レーザ２２等の経時的な変化に対
しても第７図のカーブを最適に設定して行くことができ
る。原理的には第７図のす、ｃのようなカーブをパルス
幅変調。

パワー変調の一方だけで実現することも可能であるが、
その変調回路に非常な高精度化、高安定性が要求され、
また画素周波数によっては設定できない範囲も生ずる。

また画像データＶ　１ｄｅｏのビット数を増やした上で
その上位、下位部分のビット数をそれぞれパルス幅変調
とパワー変調に割り当てる方法にすれば第７図のような
カーブの設定は自由であるが、半導体レーザ２２を駆動
する部分だけでなく、原稿読み取り部分９画像処理部分
を通してビット数を増加させることになり、ハードウェ
アの規模、特にメモリが大きくなりすぎる。従って低コ
ストのシンプルなシステムに対してこの例が有効になっ
てくる。

またスイッチ回路４１．定電流回路５０．電圧発生回路
４４はアナログスイッチ等を用いてシンプルに構成する
こともできる。この例では半導体レーザ２２の発光量を
検出した値に応じて半導体レーザ２２の電流値を設定し
たので、半導体レーザ２２の温度特性補償も可能である
が、これは必ずしも必要ではなく、また電圧発生回路４
４の入力電圧Ｃｖは固定の電圧であってもよい。

上述の例では１ドツト毎にレーザビームのパルス幅と振
幅を独立に設定でき、その設定に応じてレーザビームの
多値化を行うことができる。これにより従来の面積階調
による階調表現のように画像の解像度を劣化させること
なく中間調表現ができる。また画像データとレーザビー
ムの多値レベルの関係を自由に設定できるから、システ
ム全体の特性又はレーザの特性等に柔軟に対応でき、最
適な階調特性を得ることができる。

第１０図は本発明を応用したディジタル複写機の他の例
の一部を示す。

この例は上述の例において第１図の回路の代りに第１Ｏ
図の回路を用いたものであり、γ変換回路２０からの画
像データＶｉｄｅｏは３ビツト構成で、その最下位ビッ
ト（ＬＳＢ）をＶｉｎ、上位２ビツトをＰＯ，Ｉ’ｌ、
最上位ビット（ＭＳＢ）をＰｌとする。この画像データ
Ｖｉｎはインバータ６８　、６９を介してスイッチ回路
４１に入力され、電界効果トランジスタ４５゜４６の一
方が画像データＶｉｎの１．０に応じてオン。

オフする。画像データＰＯ，Ｐｉはインバータ４２．４
３を介して電圧発生回路４４に入力され、画像データＰ
０゜１１１及び補正電圧Ｃｖで決定された定電流回路５
０による電流値を画像データＶｉｎの１，０に応じてオ
ン。

オフすることになる。

第１０図の回路はパワー変調により多値のレーザ変調を
行う例であるが、多値レベルの数を多くとる程、各レベ
ルの安定性が要求されて回路としてシビアなものになっ
てくる。そこで、第１１図はこの点を改良した例であり
、第１０図の回路の代りに用いられる。この例ではγ変
換回路２０からの画像データＶｉｄｅｏは５ビツトで表
わされる画像データであり、その下位３ビツトＰｖがパ
ルス幅変調回路７０にて３ビツトデータＰ讐に応じたパ
ルス幅を持つ信号Ｖｉｎに変換されてスイッチ回路４１
に人力される。γ変換回路２０からの画像データＶｉｄ
ｅｏの上位２ビットＰＯ，ＰＩは第１０図の回路と同様
にインバータ４２．４３を介して電圧発生回路４４に入
力される。

このようにすることにより、７通りのパルス幅を持つパ
ルス幅変調信号Ｖｉｎに対して画像データＩ）０゜Ｐｌ
によりそれぞれ４通りのパワー（半導体レーザ２２の駆
動電流）が設定されるから、半導体レーザ２２の発光エ
ネルギーは２８通りに変調することができる。

上記スイッチ回路４１．定電流回路５０．電圧発生回路
４４は他の回路でも実現できるが、上記構成により特有
の効果を奏する。スイッチ回路４１は差動増幅器を形成
しており、入力電圧Ｖｉｎが１（高レベル）の時にはレ
ーザダイオード２２側の電界効果トランジスタ４５がオ
ンとなって他の電界効果トランジスタ４６がオフとなる
。また入力電圧ＶｉｎがＯ（低レベル）の時には逆に電
界効果トランジスタ４６がオンとなって他の電界効果ト
ランジスタ４５がオフとなる。従って定電流回路５０は
入力電圧Ｖｉｎによりスイッチングされることなく、常
に定電流を流すだけである。トランジスタ５１がオフす
ることなくそのコレクタ電流が電圧Ｖｓに応じて変調さ
れるということはトランジスタ５１を活性領域で駆動し
ていることになり、トランジスタ特有の１時間によるス
イッチング時間の低下を防ぐことができる。

〔効　果〕

以上のように本発明によれば画像データに応じてパルス
を発生してこのパルスにより半導体レーザを駆動する第
１の変調手段と、画像データに応じて前記パルスの振幅
を変調する第２の変調手段とを具備するので、面部な構
成で画像の解像度を劣化させることなく優れた階調表現
を行うことが可能となり、また画像データに応じた書き
込み階調の設定自由度を大幅に拡げてシステムに対する
柔軟性を確保することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を応用したディジタル複写機の一例の一
部を示すブロック図、第２図は同例を示すブロック図、
第３図は同例の画像入力装置を示す斜視図、第４図は同
例のレーザプリンタを示す斜視図、第５図は同例の一部
を示すブロック図。 第６図は同例のテーブルを示す図、第７図は同例を説明
するための特性図、第８図は上記例のパワー補正回路を
示すブロック図、第９図は半導体レーザの電流対発、光
パワー特性を示す特性図、第１０図及び第１１図は本発
明を応用したディジタル複写機の他の各側の一部を示す
ブロック図である。 ２２・・・レーザダイオード、　４１・・・スイッチ回
路。 ４４・・・電圧発生回路、５０・・・定電流回路。 発Ｚ■ １′ｆ）σ 口 ７７？５４０ ′％Ｇ圀 う７ 図 ）６剰 ７Ｗ！５Ｊθ口 ち４４圀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像データに応じてパルスを発生してこのパルスにより
   半導体レーザを駆動する第１の変調手段と、画像データ
   に応じて前記パルスの振幅を変調する第２の変調手段と
   を具備する半導体レーザ変調装置。