JPH0483660A - 光変調装置および画像記録装置 - 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］ 本発明は半導体レーザを変調駆動する装置、及び半導体
レーザを用いて記録媒体上へ光ビーム記録する画像記録
装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザビームプリンタで感光材料上へ４７炎画像を記録
する場合に、半導体レーザビームの強度を変調する方式
として、鋸歯状波もしくは三角波による変調方式が提案
されている。この変調方式について以下簡単に説明する
。

第９図のグラフの第１象限に示されるのは半導体レーザ
の駆動電流−光出力特性の一例であり、半導体レーザチ
ップの温度がＴｏ　、ＴＩ　、Ｔ２（Ｔ　ｏ　＜　Ｔ　
＋　＜　７２　）と変化したとぎの特性の変動を示す。

特性の傾きであるスロープ効率ηは温度が変動してもほ
とんど変化せず、グラフはほぼ平行移動していることが
わかる。第１Ｖ象限は縦軸を時間にとり、駆動電流の時
間変化を示している。図に示す様に駆動電流を半導体レ
ーザの温度Ｔｏにおけるレーザ発振を始める最低の電流
ｉ。

まで急速に上昇させ、それ以降は比較的ゆっくりと直線
状に上昇させる。第１Ｉ象限は横軸に時間をとったもの
で、第ＪＶ象限の緑な駆動電流を与えた場合の光出力の
時間変化を示すものとなる。ここで、この光出力をモニ
タしある光出力Ｐ１に達した時点で駆動電流を遮断もし
くはｉ。以下に低減させる。このとき温度Ｔ。の時は第
１＋象限でＴ。

で示される様な三角形状の光出力変化になる。温度Ｔ１
もしくはＴ２　　（ＴＩ　、Ｔ２　＞Ｔｏ　）のときは
第■象限のグラフで示される様にレーザ発振を開始する
電流はｉ。より犬ぎいため、第１＋象限の三角波状の光
出力のグラフは図に示す様に時間的には遅ねたものにな
る。しかし、前述の褪に半導体レーザのスロープ効率η
は温度変動によってもほぼ不変であるため、光出力も温
度変動に対してもほぼ同し形状になり、ただ時間的に遅
れただけのものになる。従って、感光材料への露光量で
ある光出力の積分値は温度変動により不変となる。

露光量を変調する場合はＰ、を変化させて行う。

光出力かＰｌに達してから電流を遮断もしくは低減する
場合、急激に電流を遮断して鋸歯状の電流波形としても
良いし、あるいは直線状に徐々に低減しても三角状の電
流波形としても良く、いずれにせよ１画素内の露光量は
温度変動に依存しなくなる。

以上の動作をレーザビームプリンタ１画素を記録する期
間内で行う。

ところで上記方式ではより改良が望まれる点として以下
の点があった。

鋸歯状駆動電流の初期値（ｉｏ）は使用機器の最低使用
温度におけるレーザ発振を開始する電流値以下に設定さ
れる。しかし、通常使用する温度は最低使用温度よりも
かなり上にあり（例えば最低使用温度はＯ℃程度だが、
通常使用するのは室温２５℃である等）、この場合、レ
ーザ発振を開始するまでのタイムラグがかなりかかり、
レーザ出力の使用効率が落ちると共に露光量の誤差が増
すといった不都合が生しることがある。

−例として第６図は半導体レーザの駆動電流−光出力特
性の例である（日立、ＨＬ８３１２Ｇデータブックより
抜粋）か、この半導体レーザを前述の鋸歯状波による変
調方式に用いるとする。

同図では、ケース温度Ｔｃが０℃、２５℃、５０℃のそ
れぞれの場合についての特性が描かれているが、それぞ
れほぼ平行移動しスロープ効率［ｍＷ　／　ｍ　Ａ　］
がほぼ不変であることが分かる。同図からレーザ発振を
開始する最低の電流を読みとると０℃：５３ｍＡ、２５
℃：６０ｍＡ、５０℃：６７ｍＡとなる。また、最大定
格出力２０ｍＷになる電流値を読みとると０℃：　１２
０ｍＡ、２５℃：１２７ｍＡ、５０℃：１３４ｍＡとな
る。使用機器の温度範囲を０℃〜５０℃とすれば、前述
の変調方式の駆動電流の振幅は、０℃〜５０℃をカバー
する必要があり、マージンをみて約５０ｍＡ〜１４０ｍ
Ａと決定することができる。

第７図に上記の様子を４象限図で表わした。第７図の第
１象限は第６図の半導体レーザの駆動電流−光出力特性
である。第１■象限は縦軸に時間をとった電流特性であ
り、レーザビームプリンタの１画素の記録期間を２５０
ｎｓｅｃとして、Ｏ〜２５０ｎｓｅｃの間に先程決定し
た５０ｍＡ〜１４０ｍＡの直線推移をさせである。第Ｈ
象限は第１象限と第１Ｖ象限の合成をして得られる光出
力の時間変化をＴｃ＝Ｏ℃、２５℃、５０℃として描い
たグラフである。この第１Ｉ象限を見ても分かる通り、
温度変動のマージンをみているため、最高露光量（光出
力ピークが２０　ｍＷ）を記録しても画素期間の約７５
％程度の期間しか露光していない。また、Ｔｃ＝２５℃
のときのタイムラグは約２０ｎｓｅｃである。この期間
はレーザ発振を行っていないがＬＥＤ発光を行っている
。ＬＥＤ発先の光は光量が小さく、コヒーレンシーも悪
いため、露光への影響は少ないが、高精度な画像を描く
場合にはこのタイムラグ期間による誤差が問題となる可
能性がある。

〔従来例を改善するための手段及び作用）そこで本発明
では、例えは描画する前に半導体レーザのレーザ発振を
始める最小の駆動電流を測定し、次に実際に画素を露光
する際は、その最小の駆動電流を初期値として鋸歯状駆
動電流を作ることにより、タイムラグを少なくし画素期
間の利用効率を向上させる。

第８図は本発明の詳細な説明した４象限図である。第１
象限は使用する時点の温度における半導体レーザの駆動
電流−光出力特性である。第１Ｖ象限は電流の時間変動
を表わしたものて、ます９１の様に０から徐々に電流を
増して行く。第１Ｉ象限は光出力の時間変化であり９１
′が９１の駆動電流に対応する光出力である。９１′の
光出力をモニタしレーザ発振を始めた光出力Ｐ。になる
駆動電流ｌ。を読みとる。

そして実際に画素を描く場合には、予め測定したｉ。を
基に第８図の９２の揉な駆動を施してやれは、９２′の
ようなタイムラグのない光出力が得られ、画素期間を有
効に利用で各、ＬＥＤ発光も最小限にとどめられる。

以上の９１の様なテスト発光はレーザビームプリンタで
画像を描画する場合、例えばベージ毎もしくはライン毎
あるいは画素毎に周期的に行いｉｏを更新しながら描画
する。

なお実際には描画中の微少な温度変動に対応するため、
ｉｏには少しマージンを持たせ少な目にすることが好ま
しいか、従来例の様に名えらねる全ての温度変化に対応
するものではないため数％のマージンで事足りる。

〔実施例〕

第１図は本発明を実施したレーザビームプリンタ用の半
導体レーザ変調回路の構成を示したものである。

３３は画素の濃度を規定する画素データであり複数ビッ
トのデジタル値である。３１は１画素期間を規定する画
素クロックであり、画素データ３３はこの画素クロック
３１の立ち上かりエツジに同期して外部の画像が格納し
である画像メモリ手段より得られる。３は単安定マルチ
バイブレータであり、画素クロックを人力とし、１画素
期間より少し短い期間の（ロジック）ハイレベルである
パルスを出力する。４は鋸歯状波発生回路となる積分回
路であり、先はどの単安定マルチバイブレータ３の出力
がハイレベルである間積分を行い、ランプ波形すなわち
鋸歯状波を出力する。５は前記鋸歯状波を人力とし、電
流値に変換する電圧−電流変換器である。１は半導体レ
ーザであり電圧−電流変換器５の出力電流を駆動電流と
してレーザ発光を行う。該半導体レーザ１からのレーザ
ビームは不図示の光学系を介してフィルム等に記録媒体
に照射される。６はアナログスイッチ手段であり、ＯＮ
制御信号がハイｌノベルのあいだ通電状態になり、ロー
レベルであれば遮断状態として駆動電流を遮断する。２
はフォトダイオードであり、半導体レーザ１と光学的に
結合されている。半導体レーザ１の光出力はレーザビー
ムプリンタの描画に用いられるため、フォトダイオード
２との結合は半導体レーザチップの後面発光をフォトタ
イオート２へ入射させるか、前面発光の１部をビームス
プリッタ等で分割しフォトダイオード２へ入射させる等
の手段をとる。７はフォトダイオード２の光電流を電圧
値に変換する電流−電圧変換器であり、出力を光電圧と
呼ぶことにする。１３はデジタル値である画素データ３
３をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換器で
ある。８は電圧比較器であり、十人力の電圧が人力の電
圧より高い場合にロジックハイレベルを出力し、それ以
外の場合ローレベルを出力する。

比較器８の十人力には、電流−電圧変換器７の出力が接
続されており、−人力にはデジタル−アナログ変換器１
３の出力が接続されている。１４はフリップフロップで
あり、ＳＥＴ人力の立ち上がりエツジをトリガとして出
力Ｑはハイレベルになリ、ＲＥＳＥＴ人力の立ち上がり
エツジをトリガとしてローレベルになる。フリップフロ
ップ１４のＲＥＳＥＴ人力には比較器８の出力をＳＥＴ
人力には画素クロックか接続されており、Ｑ出力はスイ
ッチ手段６のＯＮ制御入力へ接続さねている。１１は８
と同様の電圧比較器であり、十人力には電圧−電流変換
器７の光出力重圧が、−人力には予め設定された一定電
圧Ｐ。か接続されている。】Ｏは１４と同様のフリップ
フロップてあり、ＳＥＴ人力には比較器１１の出力か接
続されている。９はサンプル／ホールト回路であり、Ｈ
ＯＬＤ入力端子がハイレベルになフた瞬間の人力アナロ
グ電圧をハイレベルある聞出力に保持する機能を持ち、
ローレベルの間は人力値が出力端子へそのまま出力され
る。１６は減算回路てあり、サンプル／ホールト回路の
出力電圧から一定値△Ｖを差し引いた重圧を出力する。

１５はアナログマルチプレクサであり、ＳＥＬ入力がロ
シックハイレヘルであると八人力の電圧値を出力し、ロ
ーレベルのときは８人力の電圧値を出力する。

マルチプレクサ１５の八人力には減算器１６の出力を８
人力には接地レヘル（Ｏホルト）の電圧値か接続されて
いる。マルチプレクサ１５の出力は鋸歯状波発生器の積
分回路４のオフセット人力へ接続されている。また、マ
ルチプレクサ１５のＳＥＬ人力には３２のＴＥＳＴ信号
か接続される。

同ＴＥＳＴ信号は外部機器から人力され、通常動作時は
（ロジック）ハイレベル、テスト時は（ロジック）ロー
レベルにする。１２はロジック反転器てあり、ＴＥＳＴ
信号３２を入力し、反転出力はフリップフロップ１０の
ＲＥＳＥＴ人力へｊＭｋＮされている。

次に第２図のタイミングチャートを用いてテスト時の動
作を説明する。第２図Ａは画素クロック３１を表わし、
ＢはＴＥＳＴ信号３２、Ｃはフリップフロップ１０のＱ
出力３３、Ｄは鋸歯状波発生器４の出力３４、Ｅは電流
−電圧変換器７の光電圧出力３５そしてＦは比較器１１
の出力３６の動きを示す。同図において、１０１のタイ
ミングでＴ　Ｅ　Ｓ　Ｔ　（３号がローレベルになりテ
スト動作であることを示すと同時にフリップフロップ１
０はリセットされローレベルを出力する。この状態でマ
ルチプレクサ１５はＳＥＬがローレベルであるため、８
人力の接地レベルを出力し、サンプル／ポール［・回路
９は保持状態ではなく）♂る。次に第２図への１０２の
タイミングで単安定マルチバイブレーク３か動作し鋸歯
状波３４か図の様に接地しｌ＼ル（Ｏｖ）から発生する
。同鋸歯状波３４に従って半導体レーザ１に駆動電流が
流れ発光をはしめる。その光出力はフォトタイオート２
て検出され光電圧となって比較器１１てモニタされる。

比較器１１の一人力に接続されている一定電圧Ｐｏは、
半導体レーザの最低レーザ発振光出力に対応して予め設
定されている。従って光電圧３５が第２図１０３のタイ
ミングでＰ。に達した時点が半導体レーザかレーザ発振
を開始した時点であり、その時点で比較器１１の出力３
６が同図Ｆの様にハイレベルになる。従って同図Ｃの１
０４のタイミングでフリップフロップ出力３３がハイレ
ベルにセットされ、サンプル／ボールド回路９は保持状
態になる。その時点て同図りのυ。′かサンプル／ホー
ルト回路の出力に保持される。同ν。′は実際にレーザ
発振を開始した同図ν。よりも、電流電圧変換器７、比
較器１１、フリップフロップ】０およびサンプル／ボー
ルド回路９の伝達遅延時間の分たけ遅れた時点の電圧で
あるため、この伝達遅延時間および電流上昇速度から推
定されるν。′とν０の差Δνをν。′から差し引いて
マルチプレクサ１５の八人力へ出力する（Δνには通常
さらにマージン分を少々含める）。

以上でテスト動作か終了し、上記ν。が通常動作時の鋸
歯状波のオフセット電圧となる。

次に通常動作時の動作について第３図のタイミングチャ
ートを用いて説明する。第３図においてＡは画素クロッ
ク３１、Ｂは鋸歯状波３４、Ｃは光電圧３５、Ｄは比較
器８の出力３７、そしてＥはフリップフロップ１４のＱ
出力３８の動作をそれぞれ表わす。通常動作時はＴＥＳ
Ｔ信号がハイレベルであるため、マルチプレクサ１５は
先程のυ。を出力し、鋸歯状波のオフセットとしている
。第３図Ａの１０５のタイミングでＢの様に鋸歯状波か
上昇しはしめると、フリップフロップ１４がＥで示ず揉
にハイレベルにセットされ、駆動電流が半導体レーザ１
に流れる。オフセットν。

はぼはレーザ発振開始電流値に対応しているため、同図
Ｃの様にタイムデイレイかほとんと無くレーザ発振をは
しめる。同図Ｃには、画素データをデジタル−アナログ
変換器１３てアナログ値に変換した値Ｐを併記しである
。光電圧３５か同図１０６のタイミングでＰに達すると
、比較器出力３７かハイレベルになり、フリップフロッ
プ出力３８がローレベルにリセットされ駆動電流を遮断
し、光電圧が切れる。以上の動作で画素データＰに対応
した露光量が得られ、？Ｍ淡のある画素が描かれる。動
作時には通常半導体レーザの温度は自己発熱で上昇傾向
にあり、動作中に温度が上昇しても第３図Ｃの光電圧は
同じ形のまま右にシフトするのみなので、温度変動に拘
らす１画素内の露光量は一定に保たれる。また、Ｖ、設
定時に低めにマージンをもたせておけば、温度が下降し
ても対応できる。いずれにしても、レーザ発光までのタ
イムデイレイを現状の温度に対応した最小のものに抑え
ることかできる。

前述テスト動作は、レーザビームプリンタの１ベージを
描画する耐に行うか、１ラインあるいは複数ライン毎の
レーザビームが感光媒体上へ達していない期間に行えは
よい。

（実施例２） さて上記実施例てはテスト期間を設けて半導体レーザか
発振を開始する点を見い出したか、本実施例ではテスト
期間を設けず、通常の動作の中から１画素毎に半導体レ
ーザが発振を開始する点をアクブチイブに見い出しなか
ら描画を行う。

第４図は本発明の第２の実施例であるレーザビームプリ
ンタの半導体レーザ制御回路の構成図であるか、第１図
と類似するため異なる部分のみを説明する。

１７は単安定マルチバイブレータであり、画素クロック
３１の立ち上がりをトリガとして負方向の短いパルスを
出力する。１８はサンプル／ホールド回路であり、減算
器１６の出力を人力とし鋸歯状波発生回路４のオフセッ
トへ出力し、ＨＯＬＤ制御端子には、単安定マルチバイ
ブレータ１７の出力か接続され、ＨＯＬＤ制御端子がハ
イレベルである間出力電圧を保持する。また、フリップ
フロップ１０のＲＥＳＥＴ端子およびフリップフロップ
１４のＳＥＴ端子にも単安定マルチバイブレータ１７の
出力が接続されている。

次に第５図のタイミングチャートを用いて動作を説明す
る。第５図においてＡは画素クロック３１、Ｂは単安定
マルチバイブレータ１７の出力４０、Ｃは鋸歯状波３４
、Ｄは光電圧３５、モしてＥはフリップフロップ１０の
出力３３を表わす。第５図２０１のタイミングでＡの画
素クロックが立ち上がると図Ｂの様に単安定マルチバイ
ブレータ４０が負性パルスを出力する。２０２のタイミ
ングでＢの単安定マルチバイブレータ出力が立ち上がる
と、Ｃの様に鋸歯状波が上昇しはじめる。また、２０２
の時点でフリップフロップ１゜は第５図Ｅの様にローレ
ベルにリセットされ、サンプル／ホールト回路９はサン
プル状態になる。

Ｄの光電圧には実施例１て示した様に最低レーザ発振出
力Ｐ。と、Ｄ／Ａ変換器３３の出力Ｐか（Ｊ前記しであ
る。同図りの２０３のタイミングて光電圧３５＃）Ｐｏ
に達すると、比較器１１の出力か立ら上がり、フリップ
フロップ１０の出力３３か同図Ｅの杜にハイレベルにセ
ットされ、サンプル／ホールト回路９か保持状態となる
。該保持された電圧から実施例１て示した扛に、減算器
１６により素子の遅延による誤差分およびマージンの分
を差し引かれた値か、レーザ発振を開始する電圧’ｌ／
（ｌであり、その値か減算器１６の出力に保持される。

その後の光電圧３５がＤ／Ａ出力Ｐに達して、光出力が
遮断される機構は先の実施例と同様であるため説明を省
略する。

次に画素クロックの立ち上がりである２０４のタイミン
グで、単安定マルチバイブレータ４０が負性パルスを出
力すると先程保持されていた減算器用カシ。が、鋸歯状
波発生器４のオフセットとしてサンプル／ボールド回路
１８の出力に現われる。それと同時に、積分器４は急速
に放電され、次に鋸歯状波発生のタイミングを待つ。２
０５のタイミングで、同図Ｂの単安定マルチバイブレー
タ出力か立ち上がると、サンプル／ホールド回路１８が
保持状態となり、積分器４のオフセットが保持されると
同時に、鋸歯状波３４が上昇を始める。後の動作は前述
と同しである。

以上の様に本実施例によれは、画素クロック毎にオフセ
ット値を更新しながら常にタイムデイレイを最小にして
画素を描画して行くため、極めて高精度な画像が得られ
る。

（発明の効果） 以上説明した様に本発明によれは、駆動電流のオフセッ
ト値を常に最適な点に設定することにより、ＬＥＤ発光
を最小にとどめ、より高精度な画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の半導体レーサ制御回路
の構成図、 第２図は第１図のテスト期間のタイミングチャート図、 第３図は第１図の通常動作のタイミングチャート図、 第４図は本発明の第２の実施例の半導体レーザ制御回路
の構成図、 ／ 第５図は第４図のタイミグチャート図、八 第６図は半導体レーザの電流−光出力特性の一例のグラ
フ図、 第７図は従来動作による第６図の半導体レーザの動作を
説明するための図、 第８図は末男式の原理を説明するための図、第９図は従
来例を説明するための図、 であり、図中の主な符号は、 １・・・・半導体レーザ ２・・・・フォトダイオード ３．４・・・・鋸歯状波発生回路 ５・・・・電圧−電流変換器 ７・・・・電流−電圧変換器 ９・・・・サンプル／ホールト回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも光出力が時間と共に漸次上昇するよう
   な領域を含むように半導体レーザの変調を行う手段と、 所望露光量になるまで前記変調を行う手段と、 半導体レーザの光出力が所定出力になった時の駆動電流
   値を測定する手段と、 該測定値に基づいて前記光出力を上昇させる駆動電流の
   初期値を修正する手段 を有することを特徴とする光変調装置。
2. （２）半導体レーザと、 少なくとも光出力が時間と共に漸次上昇するような領域
   を含むように半導体レーザの変調を行う手段と、 所望露光量になるまで前記変調を行う手段半導体レーザ
   の光出力が所定出力になった時の駆動電流値を測定する
   手段と、 該測定値に基づいて前記光出力を上昇させる駆動電流の
   初期値を修正する手段と 半導体レーザからの光ビームで記録媒体を露光して画像
   を記録する手段 を有することを特徴とする画像記録装置。
3. （３）前記駆動電流の初期値の修正は、画像記録中に一
   定期間毎に行う請求項（２）記載の画像記録装置。