JPH0278577A

JPH0278577A - レーザ記録装置

Info

Publication number: JPH0278577A
Application number: JP63230918A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ota; 信一太田; Keiichi Kawasaki; 川崎　敬一
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1990-03-19
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: DE68921395D1; JP2774521B2; EP0359248A2; DE68921395T2; EP0359248B1; US4987426A; EP0359248A3

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〕本発明は例えば半導体レーザの光出力により、銀塩フィ
ルム等の被写体上を光走査し、中間調画像を記録するレ
ーザ記録装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、中間調画像を銀塩フィルム等に記録するレーザ光
源としてはＨｅ−Ｎｅレーザなどの気体レーザが用いら
れていたが、気体レーザの光出力は直接変調することが
できないので、音響光学変調素子（ＡＯＭ）などの別の
光変調器が必要であったが、この気体レーザとＡＯＭは
高価なので近年は安価な半導体レーザ（レーザダイオー
ド）が使われつつある。

この半導体レーザは駆動電流を変調することによりその
出力光を直接変調でき、ＡＯＭのような別の光変調器を
必要としない利点がある。ところが、その際、半導体レ
ーザのダイナミックレンジが問題となる。第４図に半導
体レーザの駆動電流と光出力の特性を示す。半導体レー
ザは駆動電流が零から閾値電流Ｉ　ＴＨまではレーザ発
光をしないでＬＥＤ発光し、Ｉ　ＴＨを越えると初めて
レーザ発光をする。

半導体レーザの駆動電流対光出力特性はＬＥＤ発光領域
及びレーザ発光領域の各々に於いては概略直線特性を示
すが、傾きは太き（異なり、ＩＴＨに於いて鋭い変曲点
を有する。Ｉ　ＴＨに於ける光出力をＰ　Ｔｌ＋とする
と、ＰＴＨとＰ　ＭＡＸＯ比は高々２桁程度で、レーザ
発光領域、即ちＰ　ＴＨからＰ　ＭＡＸまでを用いて、
銀塩フィルム上に画像を記録すると、必要な濃度レンジ
が得られないという問題がある。

このことを第５図（Ａ）で説明する。第５図（Ａ）の第
Ｉ象限は記録画像の入出力特性を示し、横軸は入力信号
で縦軸は記録濃度である。ここでは半導体レーザの駆動
電流を入力信号に比例させた場合を想定しているので、
入力信号は駆動電流と等価である。駆動電流即ち入力信
号は第■象限に示す半導体レーザ特性で光出力に変換さ
れる。第■象限の縦軸は光出力Ｐを示すが、露光ｆｉＥ
は光出力Ｐと露光時間Ｔの積であり、露光時間Ｔが一定
値Ｔｏであれば、Ｅ＝ＴＸＰ　　　　　・・・・・・・・・　（１）＝Ｔ
ｏＸＰ　　　・・・・・・・・・　（２）となって、Ｅ
とＰは等価である。

露光↑Ｅは第■象限に示す露光量対記録濃度特性、謂ゆ
るＨＤ曲線によって記録濃度に変換されるが、濃度は透
過率又は反射率を、底が１０の対数で定義するので通常
露光ｉＥも底がＩＯの対数で表わされる。従って、第工
象限で底が１０の対数変換を行う。第■象限の横軸を対
数ではな（、通常のスケールで表わすならば第工象限の
対数変換の図は不要となる。

以上の説明から明らかな様に、信号は何も操作されてい
ないので、第１象限に表われる特性は半導体レーザ特性
と銀塩フィルム特性の合成特性そのものとなる。

仮に銀塩フィルムのＨＤ曲線を第■象限（イ）に示す様
に非常にラテイチュードが狭い特性とすると、記録特性
は第工象限（イ）に示す様に銀塩フィルムのベース濃度
Ｄ８から所望の最高濃度Ｄ　ＭＡＸまでを半導体レーザ
の閾値電流がＩＴＨからＩ　ＭＡＸまアのレーザ発光領
域で記録できる。しかし、通常の銀塩フィルムのラテイ
チュードは３桁以上あり、第■象限（ロ）の様な特性と
なる。この場合、記録特性は第工象限（ロ）に示す様に
なって、半導体、レーザの駆動電流をＩＴ）（までしか
用いないとすると、濃度ＤＦのカブリを生じる。（ロ）
は最高濃度Ｄ　ＭＡＸに合せた場合で、カブリが生じな
い様に、低パワーの半導体レーザか、光学フィルターを
用いて、露光量を下げると、第■象限（ロ）は等測的に
左にシフトして（ハ）となる。この場合はカブリは生じ
ないが、得られる最高濃度がＤＭとＤ　ＭＡＸより低下
し、所望の濃度レンジが得られない。

以上の欠点を補う従来例の１つとして、特開昭６３−１
０２５５２に示される様に、半導体レーザのＬＥＤ発光
領域とレーザ発光領域の全域を使い、その非線形性を補
正するのに一般の非線形補正と同様にルックアップテー
ブルを用いる方法がある。

この方法によって得られる特性を第５図（Ｂ）に示す。

第５図（Ｂ）の第１象限は（Ａ）の第１象限と同様の図
であるが、この場合は入力信号をルックアップテーブル
で補正してから駆動電流に変換するため、横軸は入力信
号Ｎとなっている。第■象限は、半導体レーザ特性と銀
塩フィルム特性の合成特性で、第５図（Ａ）の第１象限
に（ロ）で示したものと同じである。第工象限は補正特
性で、この例では第工象限の記録特性を直線特性とする
ため、第■象限の特性と対称の特性としている。この変
換過程は特開昭６１−８１０７５に詳しいので詳細は省
略する。

また、第工象限の補正はアナログ回路で構成するのは非
常に困難で現実的ではな（、ディジタル回路のルックア
ップテーブルが用いられるのが一般的である。ルックア
ップテーブルの出力は半導体レーザの駆動電流と比例す
るので、各々は等価であり、その変換は省略している。

この従来例では半導体レーザの駆動電流を零からＩ　Ｍ
ＡＸまで使用し、光出力は零からＰ　ＭＡＸまで使用で
きるために、ラテイチュードの広い銀塩フィルムにも対
応が可能である。しかし、この従来例では補正すべき非
線形特性は急勾配で、鋭い変曲点があり、それをディジ
タル回路のルックアップテーブルで補正するため、種々
の不都合が生じる。ディジタル回路では１ビツト以下は
表現できず、第５図（Ｂ）に示した様に表現可能な濃度
差はルックアップテーブルの出力側即ちＩ軸上でのＩＬ
ＳＢで制限されΔＤとなる。このΔＤは第■象限°の特
性の勾配に比例する。ΔＤが大きいと、記録画像に謂ゆ
る擬輪郭が生じ、ΔＤを小さく押えるためにはルックア
ップテーブルのビット数を多くしなければならない。ま
た、前述した様に特性には鋭い変曲点があり、これを忠
実に補正しないと記録画像に階調歪が生じるが、この鋭
い変曲点を忠実に補正するのは現実にはなかなか困難で
ある。

また、他の従来例として、特開昭６１−１２４９２１に
示される様に、多値のデイザ法と同様に半導体レーザの
レーザ発光領域のうちで、限定された数だけの光出力を
利用し、さらにこの光出力をパルス幅変調することによ
り露光量を変えてダイナミックレンジを広げる方法であ
る。この方法は光の強さと露光時間の積である露光量で
濃度は決定するという相反則に基づいている。即ち（１
）式において、Ｔが一定でＰを変えた場合とＰが一定で
Ｔを変えた場合でもＥが一定ならば濃度は一定であるこ
とに基づいている。従って、この従来例では半導体レー
ザの光出力のダイナミックレンジは狭いままで、露光量
のダイナミックレンジは広くなり、入力信号と露光量の
関係もほぼ直線特性とすることができるが、以下に述べ
るような問題点がある。

第７図はレーザ光をオン・オフしながら光走査した場合
の露光量分布を示している。第７図（Ａ）、（Ｂ）。

（Ｃ）に於いて、（ａ）はレーザ光の強度分布を示し、
概略ガウス分布となっている。（ｂ）はレーザ光の制御
信号を示し、横軸Ｔは時間軸であるが、レーザ光を一定
速度Ｖ。で光速査すれば距離りはＬ＝Ｖ　ｏＴ　　　・
・・・・・・　（３）となり、ＬとＴは等価である。（
ｃ）は露光量分布を示し、これは、（ａ）と（ｂ）との
重畳積分となるが、この過稈は特開昭６２−１０４２６
８に具体的に述べられている。第７図（Ａ）は半導体レ
ーザを最大の光出力にして、１画素オン、１画素オフを
繰返した場合であり、その露光量分布（ｃ）の形状はレ
ーザ光のビーム径によって異るが、オン部とオフ部は常
に対称でデユーティ−比は１対１である。即ち、記録画
像の高濃度部と低濃度部の線幅の比率は等しい。（Ｂ）
は半導体レーザの光出力を下げ、（Ａ）と同様に１画素
オン、１画素オフを繰返したアナログ変調の場合で、こ
の例では光出力を（Ａ）の概略４分の１にして露光量を
４分の１にした例を示した。

この場合も（ｃ）におけるオン部とオフ部は対称でデユ
ーティ−比は１対１である。即ち（Ｂ）の例でわかる様
に、半導体レーザのオン・オフ制御のデユーティ−比を
１対ｌとして、光出力を変える場合は、その露光量分布
のデユーティ−比もｌ対ｌに保たれる。即ち記録画像の
コントラストを変化させても高濃度部と低濃度部の線幅
の比率は１対１に保たれる。ところが、第７図（Ｃ）の
様に半導体レーザの光出力を（ａ）のごとく最大にした
ままレーザのオン時間を（ｂ）の様に４分の１にするこ
とにより露光量を４分の１としたパルス幅変調の場合は
（Ｃ）に示す様に、オン部とオフ部は非対称となりオン
部が短（、オフ部が長くなる。従って、銀塩ネガフィル
ムに対して、この従来例による制御を行いコントラスト
を下げてい（と、黒線か細くなるという欠点が生じる。

従来例では高光出力においてもパルス幅変調をするので
、この現象が顕著に表われている。

〔発明が解決しようとしている問題点１以上説明した様
に、半導体レーザのＬＥＤ発光とレーザ発光の全発光領
域を補正する従来例ではその極端な非線形性を補正する
のは現実には困難であり、また、レーザ発光領域で多値
のパルス幅変調をする他の従来例では記録画像のコント
ラストによって記録される線幅が変化してしまうという
欠点がある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明のレー
ザ記録装置は、画像信号が所定値より大きい場合は半導
体レーザをアナログ変調し、画像信号が所定値より小さ
い場合はパルス幅変調する。そして実施例に示す如（、
上記所定値を半導体レーザの閾値電流に相当する光出力
より若干太き（設定することにより、レーザのレーザ発
光領域を有効に活用し、低露光量部のみをパルス幅変調
して、半導体レーザと感光体の合成特性が極端に非線形
特性となることを防止すると共にパルス幅変調による記
録線幅の変化を最小限に留めるものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の１実施例で、クロック発振器１の出力
は分周器２で分周され、アドレスカウンタ３を駆動する
。画像メモリ４には図示していない別の手段により画像
データが記憶されており、画像記録時にアドレスカウン
タ３で指定されるアドレスの画像データを出力する。な
お本実施例では画像データは１２ビツトで構成され、０
〜４０９５の値をとるものとする。画像メモリ４から読
出された画像データはルックアップテーブル５で変換さ
れ、マルチブレキサロに入力する。ルックアップテーブ
ル５でのデータ変換については後述する。画像データが
所定値より大きい場合は後述する動作によって、マルチ
ブレキサロは入力する画像データを選択して出力し、Ｄ
／Ａコンバータ７でアナログ信号に変換され、電流アン
プ８で電流信号となって半導体レーザ９を駆動する。半
導体レーザ９の光出力は図示していない光学系を介し、
回転多面鏡１０で銀塩フィルム１１上を主走査する。銀
塩フィルム１１は図示していない他の駆動系によって図
面矢印方向に移動して副走査され、レーザ光は銀塩フィ
ルム１１上をラスター走査して潜像を形成する。

また、図示していないが通常は回転多面鏡１０による１
主走査ごとの同期信号が光検出器によって検出され、ア
ドレスカウンタ３を制御する。また、半導体レーザは温
度によって光出力が変化するので、通常は光出力を受光
する光検出器の信号を駆動電流にフィードバックするオ
ートマチックパワーコントロール（ＡＰＣ）回路を用い
るが、本実施例では図を省略している。

さて、１２は使用する半導体レーザの特性に応じてセッ
トされたディジタル値としての所定値を示すもので、デ
ィジタル信号レベルを電源又はグランドに結線している
。又、可変スイッチを用いて、所定値１２を可変とする
ことも可能である。本例では所定値１２を２５５とした
。これは画像データの最大値の１６分の１であり、この
ときの半導体レーザの駆動電流は第４図におけるＩ　Ｍ
ＩＮで、光出力はＰ　ＭＩＮであって、レーザ発光域と
なっている。なお、所定値１２は２２５には限らず、駆
動電流Ｉ　ＭＩＮにおける光出力Ｐ　ＭＩＮがレーザが
発光域にあれば良いが、なるべく閾値ＰＴＨに近い方が
好ましい。本実施例においては、Ｐ　ＭＩＮはＰ　ＭＡ
Ｘの１６分の１である。ところがＩ　ＭＩＮはＩ　ＭＡ
Ｘの１６分の１よりははるかに大きいので、電流アンプ
８には図示していないが、Ｄ／Ａコンバータ入力が２５
５のときＩ　ＭＩＮになる様にバイアス電流が流れる様
になっている。ディジタルコンパレータ１３はルックア
ップテーブル５の出力と所定値１２を比較し、ルックア
ップテーブル５の出力が所定値１２より大きいと、即ち
２５５より大きいとハイレベル信号を出力する。この出
力はマルチブレキサロの出力選択を制御し、ハイレベル
のときはルックアップテーブル５からの入力を出力する
。

また逆にルックアップテーブル５の出力が所定値１２以
下、即ち２５５以下の場合はローレベルを出力し、マル
チブレキサロは所定値である２５５を出力する。

従って、ルックアップテーブル５で変換された後の画像
データが２５５以下であるならば半導体レーザ９の駆動
電流は常に一定のＩ　ＭＩＮとなる。また、ルックアッ
プテーブル５の出力のうち下位８ビツトはＤ／Ａコンバ
ータ１４でアナログ信号になったのちコンパレータ１５
に入力し、クロック発振器ｌの出力に同期して三角波を
作る三角波発生器１６の出力と比較される。Ｄ／Ａコン
バータ１４の出力より、三角波発生器１６の出力の方が
大きい場合、コンパレータ１５の出力はハイレベルとな
り、トランジスタなどのスイッチング素子１７をオンす
る。トランジスタ１７がオンすると半導体レーザ９の駆
動電流は零となる。但し、Ｄ／Ａコンバータ１４は変換
後の画像データの下位８ビツトしか入力しておらず、変
換後の画像データが２５５より大きい場合でも下位８ビ
ツトの値が２５５より小さいことがある。そのためディ
ジタルコンパレータ１３の出力はトランジスタなどのス
イッチング素子１８を制御し、変換画像データが２５５
より大きい場合は１８をオンして、１７がオンするのを
防いでいる。

この様にして制御された信号の例を第２図に示す。

第２図（イ）〜（ト）は各々第１図（イ）〜（ト）の信
号に相当する。なお本例では第１図の分周器２の分周率
は１、即ち分周していない例を示しており、読出される
画像データの周期と、三角波の周期とが同じ場合の例と
なっている。第２図（ロ）は変換後の画像データの値を
示しており、値が３８３の場合は下位８ビツトは２５５
より小さいため、（へ）は一部ハイレベルになるが、（
ハ）がハイレベルのため１８がオンして、１７はオンせ
ず、半導体レーザ９の駆動電流（ト）はパルス幅変調さ
れない。

この様に、ルックアップテーブル５で変換後の画像デー
タが２５５より大きい場合は半導体レーザ９の駆動電流
はアナログ変調され、２５５以下の場合は駆動電流は一
定のままパルス幅変調される。このパルス幅はＯ〜２５
５のデータ値と比例しており、（１）式よりデータ値と
露光量は比例していることが明らかである。

第６図は本実施例による記録特性を示す図で、第６図（
Ａ）、（Ｂ）は各々第５図（Ａ）、（Ｂ）に相当してい
る。但し、第５図（Ａ）では画像データと半導体レーザ
の駆動電流は比例していて等価であったが、第６図（Ａ
）では画像データＮと駆動電流はＩ　ＭＩＮとＩＭΔＸ
に相当する間は等価であるが、Ｉ　ＭＩＮに相当する値
以下はパルス幅変調なので等価ではない。また第■象限
の縦軸は露光ｆｉＥとなっており、Ｉ　ＭＩＮとＩ　Ｍ
ＡＸに相当する間は１画素のオン時間は一定で、画像デ
ータと露光量の関係は半導体レーザの駆動電流と光出力
の関係と同じになり、概略直線特性を示し、Ｉ　ＭＩＮ
に相当する値以下は前述した様に画像データと露光量の
関係は直線特性となる。なおこの場合は第１図における
ルックアップテーブル５の人出力はｌ対ｌとなっており
、入力画像データがそのまま出力される。画像データと
して０〜４０９５のグレースケールを記憶させておくと
、第■象限に示される様な特性が得られる。また、ルッ
クアップテーブル５は通常ＲＡＭで構成され、図示して
いないマイクロコンピュータなどによって自由に内容を
書き替えることができる。第６図と第５図を比較すれば
明らかな様に本発明で得られる特性は従来例と比べて、
勾配が緩やかで、鋭い変曲点もない特性となっている。

従って、ルックアップテーブル５に第６図（Ｂ）の第Ｉ
象限に示される特性を書込み記録画像特性を直線特性に
補正した場合、勾配が緩いのでＩＬＳＢ当りの濃度差Δ
Ｄは従来例より小さいためルックアップテーブルのビッ
ト数が少くて済み、また、鋭い変曲点もないため補正の
困難さもない。なお、第６図（Ｂ）に示した様に一度非
線形補正をしてしまえば、この非線形補正の前段での処
理、即ち第６図（Ｂ）の第■象限に相当する所の特性と
等価の特性が第１象限に得ることができ、記録画像特性
を自由に設定できる。

また、本実施例ではパルス幅変調を行うのはＤＡ以下の
低濃度部であり、黒線が細（なるという現象は非常に低
い濃度域でしか発生せず、実用上はとんど問題とはなら
ない。

また、第１図の１４．　１５．　１６からなるパルス幅
変調器はアナログ回路による例を示したが、閾値を書込
んだメモリを１画素サイクルで読出し、８ビット画像デ
ータとディジタルコンパレータで比較スルことによって
も可能である。この場合、メモリを読出すクロックは本
例では１画素のクロックの２５６倍となり、非常に高速
のものが要求される。

〔他の実施例〕

第３図は本発明の他の実施例で、第１図におけるクロッ
ク発振器ｌの周波数を画像データの読出し周波数の２倍
とし、分周器の分周率を２とし、１画素の時間内にパル
ス幅変調を２度行った場合の例である。なお、第３図（
イ）〜（ト）は第２図（イ）〜（ト）に相当している。

この場合の露光量分布を第８図に示す。なお、第８図（
ａ）〜（Ｃ）は第７図（ａ）〜（Ｃ）に相当している。

この例は第７図（ｃ）における４分の１画素分のオン時
間を８分の１画素分ずつ２度に分けたもので、露光量の
積分は同じであるが、露光量分布におけるオン部とオフ
部のデユーティ−比が改善されることがわかる。なお、
第８図では第７図と対応をとるため、光出力をＰ　ＭＡ
Ｘとしたが本発明ではＰ　ＭＩＮであり、この現象は低
コントラスト部でしか生じない。

クロック発振器１の周波数と分周器２の分周率をさらに
上げれば１画素の時間内にさらに多くのパルス幅変調を
行い、露光分布のデユーティ−比をほぼ１対ｌにするこ
とも可能であるが、その場合は三角波発生器１６、コン
パレータ１５として非常に高速のものが要求される。

実施例で示した１画素の時間内に２度変調を行えば実用
上充分である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明では、画像信号が所定値より大
きい場合は半導体レーザを発光強度を変調し、画像信号
が所定値より小さい場合は発光時間を変調することによ
り、ダイナミックレンジの広いほぼ完全な非線形補正が
簡便に実現できる。また、画像記録装置に適用した場合
、半導体レーザと銀塩フィルムの非線形性を補正するル
ックアップテーブルを少いビット数で構成する事ができ
る。

また、１画素に相当する時間内に２度以上パスル幅変調
することにより、パルス幅変調特有の記録画像において
線が細（なる現象を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は第１図
実施例の信号波形図、第３図は他の実施例における第１図の信号波形図、第４
図は半導体レーザの駆動電流対光出力の特性図、第５図は従来例の記録画像特性図、第６図は本発明による記録画像特性図、第７図はパルス
幅変調による影響図、第８図は本発明によるパルス幅変調の影響の改善図、であり、図中の主な符号は、

Claims

【特許請求の範囲】１、記録信号により半導体レーザを変調し、半導体レー
ザの光出力を被写体上に走査させてレーザ記録を行うレ
ーザ記録装置において、前記記録信号と半導体レーザの
レーザ発光領域内の所定値とを比較する手段と、前記記
録信号が前記所定値よりも大きい場合には半導体レーザ
の発光強度を変調する手段と、前記記録信号が前記所定
値よりも小さい場合には半導体レーザの発光時間を変調
する手段を有することを特徴とするレーザ記録装置。２、前記記録信号が前記所定値よりも小さい場合は、１
画素に相当する期間内に複数回発光させる請求項１記載
のレーザ記録装置。３、変調信号により光ビームを変調する光照射装置にお
いて、前記変調信号と所定値とを比較する手段と、前記
変調信号が前記所定値よりも大きい場合には光ビームの
発光強度を変調する手段と、前記変調信号が前記所定値
よりも小さい場合には光ビームの発光時間を変調する手
段を有することを特徴とする光照射装置。