JPH03150964A - 光源駆動装置および光走査装置 - Google Patents
光源駆動装置および光走査装置Info
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- JPH03150964A JPH03150964A JP1290913A JP29091389A JPH03150964A JP H03150964 A JPH03150964 A JP H03150964A JP 1290913 A JP1290913 A JP 1290913A JP 29091389 A JP29091389 A JP 29091389A JP H03150964 A JPH03150964 A JP H03150964A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
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- H04N1/40025—Circuits exciting or modulating particular heads for reproducing continuous tone value scales
- H04N1/4005—Circuits exciting or modulating particular heads for reproducing continuous tone value scales with regulating circuits, e.g. dependent upon ambient temperature or feedback control
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/435—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material
- B41J2/47—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light
- B41J2/471—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by selective application of radiation to a printing material or impression-transfer material using the combination of scanning and modulation of light using dot sequential main scanning by means of a light deflector, e.g. a rotating polygonal mirror
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
[産業上の利用分野]
本発明は、半導体レーザ等の光源を変調駆動する装置、
及び該光源を用いて記録媒体上へ光走査する光走査装置
に関する。 [従来の技術] デジタルで表現されたハーフトーン画像を感光性の記録
媒体上へ記録する装置として、従来から広く用いられて
いるものにレーザビームプリンタがある。これは画素濃
度に比例して強度変調されたレーザビームを光偏向器に
より偏向し主走査とし、フィルムやドラム等の記録媒体
を主走査方向と垂直に移動させて副走査として、該記録
媒体上に画像記録するものである。 上記のレーザビームを発生する手段として、半導体レー
ザは現在量も安価で小型であり、駆動電流によって直接
強度変調が行える特徴を持つ。 しかしながら半導体レーザの欠点として、駆動電流−光
出力特性が著しい温度負性特性を持っている事が上げら
れる。第12図は半導体レーザの駆動電流−光出力特性
の一例であり、横軸に半導体レーザの駆動電流(mA)
、縦軸には光出力(m W )をとり、ケース温度を0
℃、25℃。 50℃にして測定したものである。グラフから読み取る
と、約−0,1mW/℃の温度負性特性が見いだせる。 この事は外気温の変動により光出力が大きく変動する事
を意味している。また、半導体レーザチップは自らの発
光損失により温度上昇し、そのための光出力の低下が起
こる。 レーザプリンタは主走査が1〜2m5ec、1ペ一ジ数
秒という速度で記録を行うため、少なくとも1主走査期
間では外気温は変化せず、その間の温度変化による光出
力変化は半導体レーザ自身の発光損失による熱上昇に起
因するもののみで与えられる。 第5図は半導体レーザの光出力の時間的な変動の一例を
示したものであり、横軸に時間[μsec ] 、縦軸
には光出力[mW]及び駆動電流[mA]をとったグラ
フである。35は駆動電流を示し、時間Oにおいて0か
ら90mAまで急峻に変化し、時間512μsecで9
0mAから60mAまで再び急峻に変化している。36
は35の駆動電流に対する光出力を示している。36を
見ると、発光による半導体レーザチップの温度上昇によ
り次第に光出力が低下しているのがわかる(以下この特
性をドループ特性と呼ぶ)。このドループ特性を観察す
ると、急峻な変化の後の時定数100μsec程度の光
出力変動とその後の時定数100m5ec程度のゆっく
りした光出力変化が認められる。これは単純な2次系で
シミュレートでき、初めの変化は半導体レーザチップの
熱容量と熱抵抗によるもので、後の変化は半導体レーザ
のケース及びヒートシンクの熱容量と熱抵抗によるもの
と考えられる。 上記温度変化による光出力変動を補償する手段として、
従来より半導体レーザの発光レベルが所定レベルに一致
するか逐次フォトダイオードでモニタし駆動電流へフィ
ードバックする回路(以下APC回路という)が知られ
ている。 第6図は基本的なAPC回路の構成ブロック図であり、
1は発光量に比例させようとする設定電圧、2は電圧加
算回路、3は半導体レーザ駆動電圧Vd、4は3の駆動
電圧Vdを実際の駆動電流Idに変換する電圧/電流変
換回路、5は駆動電流1d、6は半導体レーザ、フはレ
ーザ発光量をモニタするPINフォトダイオード、8は
モニタt m I It 、 9はモニタ電流1ttr
を10のモニタ電圧Vmに変換する電流/電圧変換回路
である。半導体レーザ6の光出力をPINフォトダイオ
ード7でモニタするため、図では省略しであるが、P!
Nフォトダイオード7は、レーザチップの後端部で半導
体レーザの後面発光量をモニタするか、もしくはレーザ
チップの前面にビームスプリッタを設け、分光された光
をモニタするように構成されている。第6図は典型的な
単一ループフィードバック制御系を成しており、1の設
定電圧Vsとモニタ電圧Vmの誤差分が3の駆動電圧V
dになることにより、光出力が温度変化により変動して
も、常に1の設定電圧Vsに比例するように制御される
。 [発明が解決しようとする課題] 半導体レーザの欠点としてレーザ発振の最低光出力が約
1mWと比較的高いことが挙げられる。 現在比較的安価な半導体レーザの定格最大光出力は15
〜20mWであり、光出力のダイナミックレンジ(消光
比)は1:15と狭くなり良好な変調が行えない。そこ
で、消光比を大きくとるために光出力を一定として1画
素のパルス幅/数を変化させて強度変調を行なう方式(
パルス幅/数変調)、もしくは光出力変化(振幅変調)
とパルス幅/数変調を組み合わせた方式が提案されてい
る。 しかし、レーザビームプリンタの1画素当たりの記録速
度(画素クロック周波数)は数MHzと高速であり、例
えば8ビツトの階調を持つパルス幅変調を行えばパルス
幅は最小のもので数n secと非常に短いものになる
。この様な短いパルス幅を発する半導体レーザの強度変
調を該APC回路で行なおうとすると、制御速度を数1
0GHzと極めて高くしなければならない。そのような
高速な制御を行なうことは非常に困難である。 また、通常の安定した制御速度のAPC回路を用いると
、半導体レーザ駆動回路全体の駆動速度を落すことにな
り、高速なパルス幅/数変調が行えない。 本発明は半導体レーザ等の光源の変調方式の種類によら
ず露光量の補正が高速に行える光源駆動装置及びこれを
用いた光走査装置の提供を目的とする。 [課題を解決するための手段] 上述の課題を解決する本発明の要旨は、所望の露光量設
定値を設定する手段と、前記露光量設定値に応じて光源
を駆動する手段と、該駆動される光源の光出力を検知す
る手段と、該先出力を所定時間内で積分して、前記所定
時間内での露光量の実効値を求める手段と、前記露光量
設定値から前記所定時間内での露光量の推定値を求める
手段と、前記露光量の実効値と推定値を比較して次回の
露光量設定値の補正値を求める手段を有することを特徴
とする光源駆動装置である。 [実施例コ 本発明の詳細な説明するにあたり、まず本発明の原理に
ついて説明する。 本発明においては下記の3つの性質を利用することを前
提とする。
及び該光源を用いて記録媒体上へ光走査する光走査装置
に関する。 [従来の技術] デジタルで表現されたハーフトーン画像を感光性の記録
媒体上へ記録する装置として、従来から広く用いられて
いるものにレーザビームプリンタがある。これは画素濃
度に比例して強度変調されたレーザビームを光偏向器に
より偏向し主走査とし、フィルムやドラム等の記録媒体
を主走査方向と垂直に移動させて副走査として、該記録
媒体上に画像記録するものである。 上記のレーザビームを発生する手段として、半導体レー
ザは現在量も安価で小型であり、駆動電流によって直接
強度変調が行える特徴を持つ。 しかしながら半導体レーザの欠点として、駆動電流−光
出力特性が著しい温度負性特性を持っている事が上げら
れる。第12図は半導体レーザの駆動電流−光出力特性
の一例であり、横軸に半導体レーザの駆動電流(mA)
、縦軸には光出力(m W )をとり、ケース温度を0
℃、25℃。 50℃にして測定したものである。グラフから読み取る
と、約−0,1mW/℃の温度負性特性が見いだせる。 この事は外気温の変動により光出力が大きく変動する事
を意味している。また、半導体レーザチップは自らの発
光損失により温度上昇し、そのための光出力の低下が起
こる。 レーザプリンタは主走査が1〜2m5ec、1ペ一ジ数
秒という速度で記録を行うため、少なくとも1主走査期
間では外気温は変化せず、その間の温度変化による光出
力変化は半導体レーザ自身の発光損失による熱上昇に起
因するもののみで与えられる。 第5図は半導体レーザの光出力の時間的な変動の一例を
示したものであり、横軸に時間[μsec ] 、縦軸
には光出力[mW]及び駆動電流[mA]をとったグラ
フである。35は駆動電流を示し、時間Oにおいて0か
ら90mAまで急峻に変化し、時間512μsecで9
0mAから60mAまで再び急峻に変化している。36
は35の駆動電流に対する光出力を示している。36を
見ると、発光による半導体レーザチップの温度上昇によ
り次第に光出力が低下しているのがわかる(以下この特
性をドループ特性と呼ぶ)。このドループ特性を観察す
ると、急峻な変化の後の時定数100μsec程度の光
出力変動とその後の時定数100m5ec程度のゆっく
りした光出力変化が認められる。これは単純な2次系で
シミュレートでき、初めの変化は半導体レーザチップの
熱容量と熱抵抗によるもので、後の変化は半導体レーザ
のケース及びヒートシンクの熱容量と熱抵抗によるもの
と考えられる。 上記温度変化による光出力変動を補償する手段として、
従来より半導体レーザの発光レベルが所定レベルに一致
するか逐次フォトダイオードでモニタし駆動電流へフィ
ードバックする回路(以下APC回路という)が知られ
ている。 第6図は基本的なAPC回路の構成ブロック図であり、
1は発光量に比例させようとする設定電圧、2は電圧加
算回路、3は半導体レーザ駆動電圧Vd、4は3の駆動
電圧Vdを実際の駆動電流Idに変換する電圧/電流変
換回路、5は駆動電流1d、6は半導体レーザ、フはレ
ーザ発光量をモニタするPINフォトダイオード、8は
モニタt m I It 、 9はモニタ電流1ttr
を10のモニタ電圧Vmに変換する電流/電圧変換回路
である。半導体レーザ6の光出力をPINフォトダイオ
ード7でモニタするため、図では省略しであるが、P!
Nフォトダイオード7は、レーザチップの後端部で半導
体レーザの後面発光量をモニタするか、もしくはレーザ
チップの前面にビームスプリッタを設け、分光された光
をモニタするように構成されている。第6図は典型的な
単一ループフィードバック制御系を成しており、1の設
定電圧Vsとモニタ電圧Vmの誤差分が3の駆動電圧V
dになることにより、光出力が温度変化により変動して
も、常に1の設定電圧Vsに比例するように制御される
。 [発明が解決しようとする課題] 半導体レーザの欠点としてレーザ発振の最低光出力が約
1mWと比較的高いことが挙げられる。 現在比較的安価な半導体レーザの定格最大光出力は15
〜20mWであり、光出力のダイナミックレンジ(消光
比)は1:15と狭くなり良好な変調が行えない。そこ
で、消光比を大きくとるために光出力を一定として1画
素のパルス幅/数を変化させて強度変調を行なう方式(
パルス幅/数変調)、もしくは光出力変化(振幅変調)
とパルス幅/数変調を組み合わせた方式が提案されてい
る。 しかし、レーザビームプリンタの1画素当たりの記録速
度(画素クロック周波数)は数MHzと高速であり、例
えば8ビツトの階調を持つパルス幅変調を行えばパルス
幅は最小のもので数n secと非常に短いものになる
。この様な短いパルス幅を発する半導体レーザの強度変
調を該APC回路で行なおうとすると、制御速度を数1
0GHzと極めて高くしなければならない。そのような
高速な制御を行なうことは非常に困難である。 また、通常の安定した制御速度のAPC回路を用いると
、半導体レーザ駆動回路全体の駆動速度を落すことにな
り、高速なパルス幅/数変調が行えない。 本発明は半導体レーザ等の光源の変調方式の種類によら
ず露光量の補正が高速に行える光源駆動装置及びこれを
用いた光走査装置の提供を目的とする。 [課題を解決するための手段] 上述の課題を解決する本発明の要旨は、所望の露光量設
定値を設定する手段と、前記露光量設定値に応じて光源
を駆動する手段と、該駆動される光源の光出力を検知す
る手段と、該先出力を所定時間内で積分して、前記所定
時間内での露光量の実効値を求める手段と、前記露光量
設定値から前記所定時間内での露光量の推定値を求める
手段と、前記露光量の実効値と推定値を比較して次回の
露光量設定値の補正値を求める手段を有することを特徴
とする光源駆動装置である。 [実施例コ 本発明の詳細な説明するにあたり、まず本発明の原理に
ついて説明する。 本発明においては下記の3つの性質を利用することを前
提とする。
【性質1]
前述の通り半導体レーザチップの温度変動はせいぜい時
定数100μsec程度の比較的ゆっくりしたものであ
り、レーザビームプリンタの数画素(数μsec )の
間を見ればほぼ一定値とみなすことができる。 【性′x2】 第4図から分かる通り半導体レーザの光出力のスロープ
効率η[m W / m A ]は、温度変動が少なけ
れば(約±10℃)はぼ一定である。(電流−光出力特
性が温度変動に対して平行移動する)つまり、光出力p
(t)は、駆動電流1 (1)によって次式で表わす
ことができる。 p(t)=ηi (t)+ξΔT(t)+P。 ・−(1) ここで、ΔT (t)は温度変動分[℃]、ξは温度変
動率[m W / ’C]であり通常負の値である。 また、Poは定数である。 (1)式において、i (t)を次式のように変換す
ることにより、温度変動分ΔT (t)の影響は打ち消
すことができる。入力を新たにx (t)とおく。 (2)式を(1)式に代入すると次式のようになる。 p (t)=nx (t)+Po ・”
(3)即ち、温度変動ΔT(t)、ηおよびξが分
かれば、半導体レーザの温度変動による光出力変動は補
正できることになる。ηおよびξは測定可能であるが、
温度変動ΔT (t)は直接測定が不可能である。しか
し、次の手法により推定は可能である。 (1)式で温度変動ΔT (t)=Oとおき、その時の
出力をp’ (t)とする。 p”(t)=ηi (t)+Po ・・・(4)(
4)式は、温度変動が無いものとした時の光出力の推定
値であり、計算可能である。しかし、実際の光出力p
(t)は、(1)式にしたがっているはずであり、光出
力を測定すれば(1)式のp(1)が得られる。 そこで、推定値である(2)式のp“ (1)から実測
値である(1)式のp (t)を引き去れば、次式のよ
うに温度変動分子(t)が計算できる。 (5)式を(2)式に代入すると次式になる。 ・・・ (6) (6)式より実測された光出力と予測された光出力の差
分をオフセットとして加えることにより、光出力の温度
変動は補正できる事が分かる。 また、
定数100μsec程度の比較的ゆっくりしたものであ
り、レーザビームプリンタの数画素(数μsec )の
間を見ればほぼ一定値とみなすことができる。 【性′x2】 第4図から分かる通り半導体レーザの光出力のスロープ
効率η[m W / m A ]は、温度変動が少なけ
れば(約±10℃)はぼ一定である。(電流−光出力特
性が温度変動に対して平行移動する)つまり、光出力p
(t)は、駆動電流1 (1)によって次式で表わす
ことができる。 p(t)=ηi (t)+ξΔT(t)+P。 ・−(1) ここで、ΔT (t)は温度変動分[℃]、ξは温度変
動率[m W / ’C]であり通常負の値である。 また、Poは定数である。 (1)式において、i (t)を次式のように変換す
ることにより、温度変動分ΔT (t)の影響は打ち消
すことができる。入力を新たにx (t)とおく。 (2)式を(1)式に代入すると次式のようになる。 p (t)=nx (t)+Po ・”
(3)即ち、温度変動ΔT(t)、ηおよびξが分
かれば、半導体レーザの温度変動による光出力変動は補
正できることになる。ηおよびξは測定可能であるが、
温度変動ΔT (t)は直接測定が不可能である。しか
し、次の手法により推定は可能である。 (1)式で温度変動ΔT (t)=Oとおき、その時の
出力をp’ (t)とする。 p”(t)=ηi (t)+Po ・・・(4)(
4)式は、温度変動が無いものとした時の光出力の推定
値であり、計算可能である。しかし、実際の光出力p
(t)は、(1)式にしたがっているはずであり、光出
力を測定すれば(1)式のp(1)が得られる。 そこで、推定値である(2)式のp“ (1)から実測
値である(1)式のp (t)を引き去れば、次式のよ
うに温度変動分子(t)が計算できる。 (5)式を(2)式に代入すると次式になる。 ・・・ (6) (6)式より実測された光出力と予測された光出力の差
分をオフセットとして加えることにより、光出力の温度
変動は補正できる事が分かる。 また、
【性質1】にあるように、温度変動分ΔT(t)
はレーザプリンタの数画素の間は一定値とみなすことが
でき、(6)式のオフセットを加える操作は、逐次行う
必要はなく数画素毎に行えば良いことになる。また実際
には数画素記録する間には0.1%程度の微小な温度変
化はあり、光出力も影響を受けるが、通常、感光材料上
での濃度誤差が人眼の濃度分解能より下回るため影響を
無視できる。
はレーザプリンタの数画素の間は一定値とみなすことが
でき、(6)式のオフセットを加える操作は、逐次行う
必要はなく数画素毎に行えば良いことになる。また実際
には数画素記録する間には0.1%程度の微小な温度変
化はあり、光出力も影響を受けるが、通常、感光材料上
での濃度誤差が人眼の濃度分解能より下回るため影響を
無視できる。
【性質3】
一般に感光材料の記録濃度は光の露光量で決まる。光の
露光量は光出力[mW]を時間で積分したものである。 従って、レーザビームプリンタで感光材料の濃度を制御
するのには逐一光出力を制御する必要はなく、画素当た
りの露光量つまり光出力の時間積分を制御すれば良いこ
とになる。すなわち、1画素中にその画素より短い幅の
パルスが存在しても、その画素の露光量即ち濃度は1画
素分をまとめて積分したもので代表され、露光量の制御
速度はパルス幅変調のパルス幅に無関係になる。また温
度変動は低速であるため積分値でも性質2の考え方は変
わらない。 本発明では、上記3つの性質を利用し以下に述べる操作
で半導体レーザの光出力の温度補正を行なう。 レーザビームプリンタにおいて、記録画素濃度の設定値
に応じて半導体レーザを強度変調し、画素ないし数画素
間の光出力をモニタしてその積分値を求める。即ち被照
射体の露光量の実効値を求める。それと同時に、記録画
素濃度に応じた記録信号の設定値を累積することで露光
量の推定値を求める。上記露光量の実効値と推定値の差
分が温度変動による誤差であり補正すべき値である。 よフてこの値を次からの設定値のオフセット値として加
える。 この操作を繰り返す事により、数画素毎の補正で半導体
レーザによる露光量制御が行える。 本発明の考え方の特徴は、レーザビームプリンタの画像
データ即ち記録画素濃度は、半導体レーザの光出力を規
定しているものと考えず、露光量を規定していると考え
る事にある。すると必°然的に半導体レーザの光出力は
画素単位の時間積分値で扱わなければならなくなる。ま
た従来のAPC回路のように、逐次光出力をフィードバ
ックするのではなく、温度変動のみを推定し、温度変動
に見合った比較的ゆっくりした速度でオフセットとして
フィードバックする所に特徴がある。 [実施例1] 次に以上の本発明の原理に基づいた実施例を説明する。 第1図は本発明の第1の実施例の半導体レーザ駆動回路
のブロック図である。 15は半導体レーザであり、37は半導体装置ザ15が
発生した光出力を表わす。16は半導体レーザ15の光
出力をモニタするためのPINフォトダイオードであり
半導体レーザ15内部のチップの後端部で後面発光量を
モニタするか、半導体レーザ15の外部にビームスプリ
ッタを設けて前面発光量の一部をモニタするように構成
しである。半導体レーザ15から発生されたレーザビー
ムは、ここでは図示していない光学系、光偏向器等を用
いてフィルムやドラム等の感光材料上に走査され、感光
材料が走査方向と交差する方向に相対的に移動すること
で感光材料上に画像を形成する。11は記録画素濃度に
応じた露光量設定値であり、8ビット以上のデジタルデ
ータである。12は、露光量設定値に後述の操作で得ら
れる補正データであるオフセット値33を加える加算器
であり、34はその出力で以下画素データと呼ぶ。 13は変調手段を表わし、デジタル値である画素データ
34を入力して振幅変調又はパルス幅/数変調もしくは
それらの組み合わせ等の変調された電圧を出力するもの
である。14は、13で得られた電圧を半導体レーザ1
5の駆動電流に変換する電圧/電流変換器である。17
は、16で得られたPINフォトダイオードの検出電流
を電圧値に変換する電流/電圧変換器である。 18は露光量の実効値を測定するための積分回路であり
、20は該積分回路のゲインを調節する可変抵抗器であ
り、また19は該積分回路をリセット(放電)させるF
ET等の手段である。22は積分回路18の出力が反転
出力であるために再び反転させる手段である。23は2
2の出力をアナログ/デジタル変換するためのサンプル
/ホールド回路である。24はサンプル/ホールド回路
23の出力をデジタル値に変換するアナログ/デジタル
変換器であり、38はその出力を表わし、以下A/D出
力と呼ぶ。26はもとの画素データ11(露光量設定値
)を累積する累積器、39はその出力であり、以下露光
量推定値と呼ぶ。25は露光量推定値39からA/D出
力38を減する減算器であり、その出力40が温度変動
分による誤差になる。 27は、1つ前の補正データ33と現在の補正データ4
0を加える加算器であり、新たな補正データ32を出力
する。28は新たな補正データ32を次のタイミングで
補正データ33へ伝えるためのデータラッチである。 29は積分器18、サンプル/ホールド23、累積器2
6およびデータラッチ28を制御するコントロール手段
を表わし、20が積分器の充放電を制御する積分制御信
号、21がサンプル/ホールド回路23のサンプル/ホ
ールド制御信号、31が累積器26を制御するクリア信
号、30がデータラッチ28を制御するラッチ信号であ
る。 また、図には明示してないが、コントローラ29、変調
手段13等は画素クロックに同期して動作している。 まず、第1図において露光量設定値11に適当な値を設
定し、回路全体を動作させ、積分器の可変抵抗器20を
変化させ積分器のゲインを調節する。調節の目安として
は半導体レーザの光量の安定した時点で温度変動分誤差
40がほぼゼロになるようにし、露光量推定値と測定さ
れた露光量38のゲインがほぼ等しくなるようにする。 この値(温度変動分誤差40)は加算器27もしくは1
2の出力がオーバーフローしないような値ならば、適当
に調整してよい。 次に実施例の動作を第2図に従って説明する。 第2図は第1図の各部の信号のタイミイングを示したタ
イミングチャートである。Aは数MHzの画素クロック
である。Bは第1図の画素データ34、Cは変調された
半導体レーザの光出力37である。Dは積分器の充放電
を制御する積分制御信号20、Eはサンプル/ホールド
回路を制御するサンプル/ホールド信号。FはA/D出
力38を表わす。Gは累積器のクリアを行うクリア信号
31、Hは累積器の出力39、即ち露光量推定値である
。■は補正データ32、Jはデータラッチ信号30%に
はラッチされた補正データ33をそれぞれ表わす。第2
図では温度変動分を抽出し、補正データを出力するまで
の期間を補正サイクルと呼んでいる。 まず、温度変動を抽出するためのBのn個の画素データ
dp(1)〜dp(n)に対する光出力aP(1)〜a
p(n)を積分する。(ここで添字pは1番目の補正サ
イクルであることを示すものでそれより1つ前の補正サ
イクルは添字p−1、次の補正サイクルは添字p+lで
表現する)これは第2図において、積分制御り中の41
で示した(charge)期間で行う。ここでnは1・
ないし20画素程度の数にする。この積分器の出力はE
のサンプル/ホールド信号中の42で示した( sam
ple)でサンプルされ、43で示す(hold)でホ
ールドされた後アナログ/デジタル変換され、A/D出
力F中のapを出力する。積分器の出力は一旦ホールド
されると、次の積分のため積分制御り中の44で示した
( discharge )でリセット(放電)される
。 上記積分動作と同時にn個の露光量設定値11を累積し
、露光量推定値39を計算する(第2図H中のΣep)
。また、このΣepは第2図G中の(clear )信
号で次の累積に備えたクリアされる。 そして、ひとつ前の補正データをCp−1とすると今回
の補正データC,は第1図の25および27の減/加算
器によって、次式で求められ第2図■の補正データ32
が出力される。 cp==Cp−、+Σep−8,”’(7)この値Cは
今回の補正サイクルの半導体レーザの温度変動に比例し
ており、Cを次の補正サイクルでのオフセット値として
用いるため第2図J中の45で示される( 1atch
)でラッチされ補正データ33となり、次の補正サイ
クルでのデータのオフセット値として用いられる。 1つの補正サイクルは前半の露光量の実効値を光出力の
積分で測定する期間(以下charge期間)と、後半
の積分器を放電しながら推定値との誤差分を計算する期
間(以下discharge期間)に分けられる。−補
正サイクルの間は温度変動の補正が成されないため、補
正サイクルの時間は短かいほど良いのは明らかである。 最小の補正サイクルの期間は、charge期間1画素
/ discharge期間1画素の計2画素分である
。 しかし、露光量の実効値測定のS/Nを上げるためには
、charge期間は数画素分とることが望ましい、ま
たA/D変換の速度及び誤差分計算の速度に制約がある
ためdischarge期間も数画素分必要になる。 [実施例2] 次に本発明の第2の実施例を説明する。 上記実施例1での補正サイクルはせいぜい数μsecで
ある。その間の半導体レーザチップの温度変動量は必然
的に限られる。即ち、半導体レーザチップの温度が上昇
したか下降したかを検出すれば、その補正量は計算する
までもなくほぼ一定値で推測できる。 本実施例では実施例1で使用した誤差分を計算する減算
器の代りにコンパレータを用い、露光量実効値が露光量
推定値より大きいか小さいかのみを判断する。そして、
大きければ予め設定しておいた温度変動分を減じ、小さ
ければ加算するような構成とする。言い換えれば、大小
比較の結果に応じて正負の符号を付けた所定値を補正デ
ータとして与える。 第3図は本実施例の構成を表わすブロック図である。第
1図と同じ構成をとる部分は説明を省略する。 第1図と異なる部分はサンプル/ホールド回路23の出
力をA/D変換器に入力せずコンパレータ48に入力し
ている点である。また、累積器26の出力である露光量
推定値39はデジタル/アナログ変換器47でアナログ
値に変換されコンパレータ48のもう一方の入力端子へ
つながっている。コンパレータ48の出力は、半導体レ
ーザチップの温度が、1つ前の補正サイクルより上昇し
たか下降したかを示す信号となり、マルチプレクサ49
のセレクト信号となる。マルチプレクサ49には2つの
温度補正データ+q・−9が接緒され、上記セレクト信
号49により、選択されて実施例1で説明した加算器2
7へ入力される。以下の動作は実施例1と全く同様であ
る。 マルチプレクサ49、加算器27、データラッチ28の
構成は、ラッチ信号30をクロックとし、セレクト信号
52をアップ/ダウンの選択に用いるアップダウンカウ
ンタとみなすこともできる。この場合、アップ/ダウン
する値は50゜51で可変となっている。 動作のタイミングは第2図の補正データ32をマルチプ
レクサ49の出力とみなし、33をアップダウンカウン
タの出力と見なせば、第2図とほぼ同じであり、実施例
1と同様であるため説明は省略する。 本実施例では、補正データ50.51 (+q。 −q)の設定を行わなけれ・ばならない。実験的に行っ
た所、12ビツト(4096階調)のデータを補正サイ
クル5μSeCで補正するのに±qLr±3であった。 ±9の値が小さいと、光出力の急激な変化に追従できな
くなり、大きいと制御系が発振状態になるため、光出力
を見ながら±qの値を調節するようにする。 本実施例の利点は、アナログ/デジタル変換器を用いて
いないため、実施例1に比べてコストが低いことがある
。(一般的にアナログ/デジタル変換器よりデジタル/
アナログ変換器の方がコストが低い)また、露光量測定
系・制御系等に外乱による雑音が混入しても、補正量は
一定であるため外乱の大きな影響を受けにくい。 本発明は以上の実施例で示したレーザ記録装置以外にも
、レーザ読取り装置やレーザ加工機、あるいは医療用の
レーザ治療装置等、様々な分野でレーザ光源を使用した
様々な装置に広く通用することができる。 更に駆動する光源は半導体レーザに限定されるものでは
なく、一般的な光源であっても光量変動の影響を受けず
に露光量制御が可能である。 [発明の効果] 本発明によれば変調方式に無関係に露光量の補正が行え
るという効果がある。 又、温度変動分のみを抽出してフィードバックしている
ため、比較的低コストな制御系で高速変調を実現できる
効果がある。
露光量は光出力[mW]を時間で積分したものである。 従って、レーザビームプリンタで感光材料の濃度を制御
するのには逐一光出力を制御する必要はなく、画素当た
りの露光量つまり光出力の時間積分を制御すれば良いこ
とになる。すなわち、1画素中にその画素より短い幅の
パルスが存在しても、その画素の露光量即ち濃度は1画
素分をまとめて積分したもので代表され、露光量の制御
速度はパルス幅変調のパルス幅に無関係になる。また温
度変動は低速であるため積分値でも性質2の考え方は変
わらない。 本発明では、上記3つの性質を利用し以下に述べる操作
で半導体レーザの光出力の温度補正を行なう。 レーザビームプリンタにおいて、記録画素濃度の設定値
に応じて半導体レーザを強度変調し、画素ないし数画素
間の光出力をモニタしてその積分値を求める。即ち被照
射体の露光量の実効値を求める。それと同時に、記録画
素濃度に応じた記録信号の設定値を累積することで露光
量の推定値を求める。上記露光量の実効値と推定値の差
分が温度変動による誤差であり補正すべき値である。 よフてこの値を次からの設定値のオフセット値として加
える。 この操作を繰り返す事により、数画素毎の補正で半導体
レーザによる露光量制御が行える。 本発明の考え方の特徴は、レーザビームプリンタの画像
データ即ち記録画素濃度は、半導体レーザの光出力を規
定しているものと考えず、露光量を規定していると考え
る事にある。すると必°然的に半導体レーザの光出力は
画素単位の時間積分値で扱わなければならなくなる。ま
た従来のAPC回路のように、逐次光出力をフィードバ
ックするのではなく、温度変動のみを推定し、温度変動
に見合った比較的ゆっくりした速度でオフセットとして
フィードバックする所に特徴がある。 [実施例1] 次に以上の本発明の原理に基づいた実施例を説明する。 第1図は本発明の第1の実施例の半導体レーザ駆動回路
のブロック図である。 15は半導体レーザであり、37は半導体装置ザ15が
発生した光出力を表わす。16は半導体レーザ15の光
出力をモニタするためのPINフォトダイオードであり
半導体レーザ15内部のチップの後端部で後面発光量を
モニタするか、半導体レーザ15の外部にビームスプリ
ッタを設けて前面発光量の一部をモニタするように構成
しである。半導体レーザ15から発生されたレーザビー
ムは、ここでは図示していない光学系、光偏向器等を用
いてフィルムやドラム等の感光材料上に走査され、感光
材料が走査方向と交差する方向に相対的に移動すること
で感光材料上に画像を形成する。11は記録画素濃度に
応じた露光量設定値であり、8ビット以上のデジタルデ
ータである。12は、露光量設定値に後述の操作で得ら
れる補正データであるオフセット値33を加える加算器
であり、34はその出力で以下画素データと呼ぶ。 13は変調手段を表わし、デジタル値である画素データ
34を入力して振幅変調又はパルス幅/数変調もしくは
それらの組み合わせ等の変調された電圧を出力するもの
である。14は、13で得られた電圧を半導体レーザ1
5の駆動電流に変換する電圧/電流変換器である。17
は、16で得られたPINフォトダイオードの検出電流
を電圧値に変換する電流/電圧変換器である。 18は露光量の実効値を測定するための積分回路であり
、20は該積分回路のゲインを調節する可変抵抗器であ
り、また19は該積分回路をリセット(放電)させるF
ET等の手段である。22は積分回路18の出力が反転
出力であるために再び反転させる手段である。23は2
2の出力をアナログ/デジタル変換するためのサンプル
/ホールド回路である。24はサンプル/ホールド回路
23の出力をデジタル値に変換するアナログ/デジタル
変換器であり、38はその出力を表わし、以下A/D出
力と呼ぶ。26はもとの画素データ11(露光量設定値
)を累積する累積器、39はその出力であり、以下露光
量推定値と呼ぶ。25は露光量推定値39からA/D出
力38を減する減算器であり、その出力40が温度変動
分による誤差になる。 27は、1つ前の補正データ33と現在の補正データ4
0を加える加算器であり、新たな補正データ32を出力
する。28は新たな補正データ32を次のタイミングで
補正データ33へ伝えるためのデータラッチである。 29は積分器18、サンプル/ホールド23、累積器2
6およびデータラッチ28を制御するコントロール手段
を表わし、20が積分器の充放電を制御する積分制御信
号、21がサンプル/ホールド回路23のサンプル/ホ
ールド制御信号、31が累積器26を制御するクリア信
号、30がデータラッチ28を制御するラッチ信号であ
る。 また、図には明示してないが、コントローラ29、変調
手段13等は画素クロックに同期して動作している。 まず、第1図において露光量設定値11に適当な値を設
定し、回路全体を動作させ、積分器の可変抵抗器20を
変化させ積分器のゲインを調節する。調節の目安として
は半導体レーザの光量の安定した時点で温度変動分誤差
40がほぼゼロになるようにし、露光量推定値と測定さ
れた露光量38のゲインがほぼ等しくなるようにする。 この値(温度変動分誤差40)は加算器27もしくは1
2の出力がオーバーフローしないような値ならば、適当
に調整してよい。 次に実施例の動作を第2図に従って説明する。 第2図は第1図の各部の信号のタイミイングを示したタ
イミングチャートである。Aは数MHzの画素クロック
である。Bは第1図の画素データ34、Cは変調された
半導体レーザの光出力37である。Dは積分器の充放電
を制御する積分制御信号20、Eはサンプル/ホールド
回路を制御するサンプル/ホールド信号。FはA/D出
力38を表わす。Gは累積器のクリアを行うクリア信号
31、Hは累積器の出力39、即ち露光量推定値である
。■は補正データ32、Jはデータラッチ信号30%に
はラッチされた補正データ33をそれぞれ表わす。第2
図では温度変動分を抽出し、補正データを出力するまで
の期間を補正サイクルと呼んでいる。 まず、温度変動を抽出するためのBのn個の画素データ
dp(1)〜dp(n)に対する光出力aP(1)〜a
p(n)を積分する。(ここで添字pは1番目の補正サ
イクルであることを示すものでそれより1つ前の補正サ
イクルは添字p−1、次の補正サイクルは添字p+lで
表現する)これは第2図において、積分制御り中の41
で示した(charge)期間で行う。ここでnは1・
ないし20画素程度の数にする。この積分器の出力はE
のサンプル/ホールド信号中の42で示した( sam
ple)でサンプルされ、43で示す(hold)でホ
ールドされた後アナログ/デジタル変換され、A/D出
力F中のapを出力する。積分器の出力は一旦ホールド
されると、次の積分のため積分制御り中の44で示した
( discharge )でリセット(放電)される
。 上記積分動作と同時にn個の露光量設定値11を累積し
、露光量推定値39を計算する(第2図H中のΣep)
。また、このΣepは第2図G中の(clear )信
号で次の累積に備えたクリアされる。 そして、ひとつ前の補正データをCp−1とすると今回
の補正データC,は第1図の25および27の減/加算
器によって、次式で求められ第2図■の補正データ32
が出力される。 cp==Cp−、+Σep−8,”’(7)この値Cは
今回の補正サイクルの半導体レーザの温度変動に比例し
ており、Cを次の補正サイクルでのオフセット値として
用いるため第2図J中の45で示される( 1atch
)でラッチされ補正データ33となり、次の補正サイ
クルでのデータのオフセット値として用いられる。 1つの補正サイクルは前半の露光量の実効値を光出力の
積分で測定する期間(以下charge期間)と、後半
の積分器を放電しながら推定値との誤差分を計算する期
間(以下discharge期間)に分けられる。−補
正サイクルの間は温度変動の補正が成されないため、補
正サイクルの時間は短かいほど良いのは明らかである。 最小の補正サイクルの期間は、charge期間1画素
/ discharge期間1画素の計2画素分である
。 しかし、露光量の実効値測定のS/Nを上げるためには
、charge期間は数画素分とることが望ましい、ま
たA/D変換の速度及び誤差分計算の速度に制約がある
ためdischarge期間も数画素分必要になる。 [実施例2] 次に本発明の第2の実施例を説明する。 上記実施例1での補正サイクルはせいぜい数μsecで
ある。その間の半導体レーザチップの温度変動量は必然
的に限られる。即ち、半導体レーザチップの温度が上昇
したか下降したかを検出すれば、その補正量は計算する
までもなくほぼ一定値で推測できる。 本実施例では実施例1で使用した誤差分を計算する減算
器の代りにコンパレータを用い、露光量実効値が露光量
推定値より大きいか小さいかのみを判断する。そして、
大きければ予め設定しておいた温度変動分を減じ、小さ
ければ加算するような構成とする。言い換えれば、大小
比較の結果に応じて正負の符号を付けた所定値を補正デ
ータとして与える。 第3図は本実施例の構成を表わすブロック図である。第
1図と同じ構成をとる部分は説明を省略する。 第1図と異なる部分はサンプル/ホールド回路23の出
力をA/D変換器に入力せずコンパレータ48に入力し
ている点である。また、累積器26の出力である露光量
推定値39はデジタル/アナログ変換器47でアナログ
値に変換されコンパレータ48のもう一方の入力端子へ
つながっている。コンパレータ48の出力は、半導体レ
ーザチップの温度が、1つ前の補正サイクルより上昇し
たか下降したかを示す信号となり、マルチプレクサ49
のセレクト信号となる。マルチプレクサ49には2つの
温度補正データ+q・−9が接緒され、上記セレクト信
号49により、選択されて実施例1で説明した加算器2
7へ入力される。以下の動作は実施例1と全く同様であ
る。 マルチプレクサ49、加算器27、データラッチ28の
構成は、ラッチ信号30をクロックとし、セレクト信号
52をアップ/ダウンの選択に用いるアップダウンカウ
ンタとみなすこともできる。この場合、アップ/ダウン
する値は50゜51で可変となっている。 動作のタイミングは第2図の補正データ32をマルチプ
レクサ49の出力とみなし、33をアップダウンカウン
タの出力と見なせば、第2図とほぼ同じであり、実施例
1と同様であるため説明は省略する。 本実施例では、補正データ50.51 (+q。 −q)の設定を行わなけれ・ばならない。実験的に行っ
た所、12ビツト(4096階調)のデータを補正サイ
クル5μSeCで補正するのに±qLr±3であった。 ±9の値が小さいと、光出力の急激な変化に追従できな
くなり、大きいと制御系が発振状態になるため、光出力
を見ながら±qの値を調節するようにする。 本実施例の利点は、アナログ/デジタル変換器を用いて
いないため、実施例1に比べてコストが低いことがある
。(一般的にアナログ/デジタル変換器よりデジタル/
アナログ変換器の方がコストが低い)また、露光量測定
系・制御系等に外乱による雑音が混入しても、補正量は
一定であるため外乱の大きな影響を受けにくい。 本発明は以上の実施例で示したレーザ記録装置以外にも
、レーザ読取り装置やレーザ加工機、あるいは医療用の
レーザ治療装置等、様々な分野でレーザ光源を使用した
様々な装置に広く通用することができる。 更に駆動する光源は半導体レーザに限定されるものでは
なく、一般的な光源であっても光量変動の影響を受けず
に露光量制御が可能である。 [発明の効果] 本発明によれば変調方式に無関係に露光量の補正が行え
るという効果がある。 又、温度変動分のみを抽出してフィードバックしている
ため、比較的低コストな制御系で高速変調を実現できる
効果がある。
第1図は本発明を実施した半導体レーザ駆動装置のブロ
ック図、 第2図は第1図の動作を説明するためのタイミングチャ
ート、 第3図は他の実施例の構成図、 第4図は半導体レーザの駆動電流−光出力特性の一例、 第5図は半導体レーザのドループ特性の一例、第6図は
従来のAPC回路のブロック図、であり、図中の主な符
号は、 12・・・・加算器、 13・・・・半導体レーザの変調手段、14・・・・電
圧/電流変換器、 15・・・・半導体レーザ、 16・・・・PINフォトダイオード、17・・・・電
流/電圧変換器、 18・・・・積分器、 23・・・・サンプル/ホールド回路、24・・・・ア
ナログ/デジタル変換器、26・・・・累積器、 25・・・・減算器、 27・・・・加算器、 28・・・・データラッチ、 29・・・・積分器・サンプル/ホールド回路・累積器
・データラッチをそれぞれコントロールする手段 荒土カー・慣電シ厄特性 クリ員電充IF(rnA”) 箋 ろ 図 ら
ック図、 第2図は第1図の動作を説明するためのタイミングチャ
ート、 第3図は他の実施例の構成図、 第4図は半導体レーザの駆動電流−光出力特性の一例、 第5図は半導体レーザのドループ特性の一例、第6図は
従来のAPC回路のブロック図、であり、図中の主な符
号は、 12・・・・加算器、 13・・・・半導体レーザの変調手段、14・・・・電
圧/電流変換器、 15・・・・半導体レーザ、 16・・・・PINフォトダイオード、17・・・・電
流/電圧変換器、 18・・・・積分器、 23・・・・サンプル/ホールド回路、24・・・・ア
ナログ/デジタル変換器、26・・・・累積器、 25・・・・減算器、 27・・・・加算器、 28・・・・データラッチ、 29・・・・積分器・サンプル/ホールド回路・累積器
・データラッチをそれぞれコントロールする手段 荒土カー・慣電シ厄特性 クリ員電充IF(rnA”) 箋 ろ 図 ら
Claims (7)
- (1)所望の露光量設定値を設定する手段と、前記露光
量設定値に応じて光源を駆動する手段と、 該駆動される光源の光出力を検知する手段と、 該光出力を所定時間内で積分して、前記所定時間内での
露光量の実効値を求める手段と、前記露光量設定値から
前記所定時間内での露光量の推定値を求める手段と、 前記露光量の実効値と推定値を比較して次回の露光量設
定値の補正値を求める手段 を有することを特徴とする光源駆動装置。 - (2)前記光源は半導体、レーザ光源である請求項(1
)記載の光源駆動装置。 - (3)前記露光量の実効値及び推定値の差分を求め、こ
れを前記補正値とする請求項(1)記載の光源駆動装置
。 - (4)前記露光量の実効値及び推定値の大小を比較し、
比較に基づいて正負の符号を付けた所定値を前記補正値
として与える請求項(1)記載の光源駆動装置。 - (5)光源と、 所望の露光量設定値を設定する手段と、 前記露光量設定値に応じて前記光源を駆動する手段と、 該駆動される光源の光出力を検知する手段と、 該光出力を所定時間内で積分して、前記所定時間内での
露光量の実効値を求める手段と、前記露光量設定値から
前記所定時間内での露光量の推定値を求める手段、 前記露光量の実効値と推定値を比較して次回の露光量設
定値の補正値を求める手段と、 前記光出力を被走査面に走査する手段、 を有することを特徴とする光走査装置。 - (6)前記被走査面を前記走査方向と交差する方向に相
対的に移動させる手段を有し、被走査面に画像を形成す
る請求項(5)記載の光走査装置。 - (7)前記所定時間は1画素あるいは複数画素分の記録
時間である請求項(6)記載の光走査装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1290913A JPH03150964A (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 光源駆動装置および光走査装置 |
DE4035389A DE4035389A1 (de) | 1989-11-07 | 1990-11-07 | Einrichtung und verfahren zur lichtmodulation und system zu deren anwendung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1290913A JPH03150964A (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 光源駆動装置および光走査装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03150964A true JPH03150964A (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=17762132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1290913A Pending JPH03150964A (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | 光源駆動装置および光走査装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03150964A (ja) |
DE (1) | DE4035389A1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005114979A3 (en) * | 2004-05-19 | 2007-11-29 | Intense Ltd | Thermal printing with laser activation |
JP2008252776A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Fuji Xerox Co Ltd | 画像処理装置および画像処理プログラム |
JP2013184419A (ja) * | 2012-03-09 | 2013-09-19 | Ricoh Co Ltd | 光出力制御回路、光走査装置及び画像形成装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10138557A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-26 | Canon Inc | 画像記録装置 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6190539A (ja) * | 1984-10-09 | 1986-05-08 | Olympus Optical Co Ltd | 光出力安定化装置 |
-
1989
- 1989-11-07 JP JP1290913A patent/JPH03150964A/ja active Pending
-
1990
- 1990-11-07 DE DE4035389A patent/DE4035389A1/de not_active Ceased
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Publication number | Publication date |
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DE4035389A1 (de) | 1991-06-13 |
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