JPH0483662A - 記録方式 - 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、半導体レーザを用いて描画するレーザビーム
プリンタ等に用いられる記録方式に関する。

〔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。これは画像濃
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長を持つ。

半導体レーザによって画素の濃度を変調する方式の一つ
に、画素内に同じ光強度を持つパスルを複数発生させ、
そのパルスの数で濃度を可変とするいわゆるパルス数変
調がある。

半導体レーザの欠点は、温度によって光出力が大きく変
動することである。そこで通常は光出力変動を補償する
ために半導体レーザの光出力をモニタし、フィードバッ
クすることにより光出力を一定化するように制御する、
いわゆるＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏ
］）か行なわれる。

しかし、パルス数変調においては、１つ１つのパルスは
通常数ｎ５ｅｃ以下と非常に短く、上記のＡＰＣではパ
ルス１つ１つの露光量（光出力の積分値）を制御するこ
とは速度的に非常に困難であり非現実的と言える。

〔発明の目的） 木発明は比較的簡単な構成にて、温度変化等に影響を受
けないパルス数変調方式の提供を目的とする。

〔目的を達成するための方法〕

本発明では、パルス数変調の１つ１つのパルスを鋸歯状
もしくは三角波状の電流で作り、それぞれの光パルスの
露光量を比較的簡単な構成で一定とした。

鋸歯状もしくは三角波状の電流によって半導体レーザ等
の光源を駆動し光出力を変調する方式は本願出願人が特
願平１−２４３７７１号において基本的な考え方を提案
した。以下、この方式について簡単に説明する。

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る。

半導体レーザチップの温度がＴ。、Ｔ、、Ｔ２（Ｔｏ　
＜ＴＩ　＜７２　）と変化したとき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Ｏ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。図に示すように駆動電流を半導
体レーザの温度Ｔ。におけるレーザ発振を始める最低の
電流ｉｏ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１Ｖ象限の様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Ｐ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。て示される様
な三角形状の光出力変化になる。温度Ｔ、もしくはＴ２
　　（ＴＩ　、　Ｔ２　＞Ｔｏ　）のときは第■象限の
グラフで示されるようにレーザ発振を開始する電流はｉ
。より大ぎいため、第１Ｉ象限の三角波状の光出力のグ
ラフは図に示すように時間的には遅れたものになる。し
かし、前述のよう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じ形状になり、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Ｐｌを変化させて行う。

光出力が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も良いし、直線状に低減し
ても露光量は温度変動に非依存となる。

以上の動作をレーザビームプリンタのパルス数変調の１
パルスを記録する期間内で行う。この場合温度変動によ
り１パルスの露光位置は変化するが記録中に大幅に変動
することはなく、レーザビームのスポット径の広がりに
よりカバーされ肉眼では画素内の移動は認められない。

又、半導体レーザの種類によっては温度変動によりスロ
ープ効率ηも変化するものがあるが、温度変動が小さい
場合はほぼ平行に特性が推移するため、その範囲内で用
いれば問題はない。又、半導体レーザには限らず、同様
の特性を有する光源（例えばＳＬＤ等）であれば使用可
能である。

木発明では、上記のパルス発生方法により発せられた光
パルスの数を変化させることにより、安定した光量によ
る光パルス数変調を実現した。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明を実施した半導体レーザのパルス数変調
器の構成図である。１は外部から到来する画素データを
示し、ディジタル値である。２は画素内をｎ（ｎは整数
）等分するため、画素クロックのｎ倍の周波数のクロッ
ク（３）を発生ずるクロック発生器。４は３のｎ倍周波
数のクロックを１　／　ｎの周波数のクロックに変換す
る分周器であり、カウンタ等で実現でき、その出力を画
素クロック（５）として用いる。１の画素データは５の
画素クロックの立ち上がりエツジに同期して得られる。

６は０倍クロックを計数するカウンタであり、そのカウ
ント出力を７で示す。

８はクリア信号９を作り出す単安定マルチバイブレータ
であり、画素クロック５の立ち上がりエツジに同期して
クリア信号９を出力する。１０は画素データ１とカウン
タ出カフを比較するディジタル比較器であり、画素デー
タ１をＡ、カウンタ出カフをＢとおくとＡ＞Ｂでハイレ
ベル、それ以外でローレベルを出力する。ディジタル比
較器１０の出力を１１とする。１２はクリア入力信号付
きのデータラッチであり、９倍クロック３の立ち上がり
で、ハイレベルをラッチしＱ出力１３にハイレベルを出
力し、クリア信号９によりＱ出力はローレベルにクリア
される６　１４は３人力アンドゲートてあり、第１の入
力にはディジタル比較器出力１１．第２の人力にはデー
タラッチ１２の出力１３、第３の人力にはｎ倍のクロッ
ク３を接続し、出力を１５とする。１６は双安定マルチ
バイブレータであり、Ｓｅｔ人力の立ち上がりてＱ出力
はハイレベルになり、Ｒｅ５ｅｔ入力の立ち上かりでＱ
出力はローレベルになる。このＱ出力を１７とする。１
８は鋸歯状波発生器であり、ｎ　ｍクロック３に同期し
て鋸歯状波１９を出力する。

２０は電圧−電流変換器であり、鋸歯状波１９に比例し
た電流２１を発生させる。２２はアナログスイッチであ
り、スイッチ開閉制御パルスとして４８号１７を人力し
、人力がハイレベルならスイッチオン、ローレベルなら
スイッチオフ状態になる。２３は半導体レーザであり、
電流２１を駆動電流としてレーザ発振し、光出力２４を
発生する。２５はフォトダイオードであり、光出力２４
を受けるために半導体レーザ２３とは光学的に結合され
ている。光出力２４はレーザプリンタの描画用に主に用
いられるため、フォトダイオード２５へは光出力２４を
ビームスプリッタ等で分割した一方を入力するか、フォ
トダイオード２５を半導体レーザ２３と同一きよう体内
に設置し、半導体レーザチップの後端発光量をモニタす
るようにする。２６はフォトダイオード２５の光電流を
電圧値に変換する電流−電圧変換器であり、電圧出力２
７を出力する。２８は電圧比較器であり、電圧出力２７
と一定電圧ｖＡを比較する。電圧出力２７をｖ８とおく
とＶＢ＞ＶＡで比較器の出力２９はハイレベルになり、
その以外ではローレベルになる。この出力２９は、語用
の双安定マルチバイブレータ１６のＲｅ５ｅｔ（ｃ、号
に用いられる。

動作を第２図のタイミングチャートを用いて説明する。

同図において（Ａ）は０倍クロック（３）、（Ｂ）は画
素クロック（５）、（Ｃ）はクリアパレス（９）、（Ｄ
）は画素データ（７）、（Ｅ）はディジタル比較器の出
力（１１）、（Ｆ）はラッチ１２の出力（１３）、（Ｃ
）は双安定マルチバイブレータの出力であるアナログス
イッチの制御信号（１７）、（Ｈ）は半導体レーザの駆
動電流（２１）、（１）はフォトダイオードの光電流を
電圧値に変換した光電圧（２４）、（Ｊ）は双安定マル
チバイブレータのＳｅｔパルス（＋５）、そして（Ｋ）
はＲｅ５ｅｔパルス（２９）を表わす。（Ｂ）の画素ク
ロックは（Ａ）のクロックをＩ　／　ｎ分周して得られ
、３０て示すタイミングて立ち上がるとする。そのタイ
ミングて（Ｃ）のクリアパルスが図のように作られカウ
ンタがリセットされ、同時に（Ｆ）のラッチ出力も図の
ようにローレベルにクリアされる。また３０のタイミン
グで（Ｄ）の画素データが到来する。この画素データ値
をＭとする。

（Ｅ）の比較器出力は画素データが有効になるカウンタ
の初期値０と比較されたものになり、Ｍｈｏならハイレ
ベル、Ｍ＝０ならローレベルになる。

次に、０倍クロックの次の立ち上がり３１のりイミング
で（Ｆ）のラッチ出力はハイレベルになる。するとアン
ドゲート１４が開かれ（Ｊ）のように０倍クロックがＳ
ｅｔパルスとして出力される。Ｓｅｔパルスの立ち上が
りにより（Ｇ）の制御信号は３２のタイミングでハイレ
ベルになる。

それに従いアナログスィッチ２２導通状態になり（Ｈ）
の様な鋸歯状波に比例した電流が半導体レーザに流れる
。（Ｈ）において、鋸歯状の電流は初期電流ｊ。から流
れはしめ、レーザ発振を早める。ｉｏはレーザ発振を開
始する電流よりは低く設定されるが、１９の鋸歯状電圧
のオフセットを調整することで行う。（１）はフォトダ
イオード２５の光電流の電圧換算であり、比較器２８に
よりＶＡと比較される。比較器２８の出力は３３のタイ
ミングで３４のようにハイレベルになり、その立ち上が
りエツジで双安定マルチバイブレータ１０はリセットさ
れ、３５のタイミングで（Ｇ）の制御信号がローレベル
になり、（Ｈ）の駆動電流が遮断される。この動作によ
り３６の様な鋸歯状の光出力が得られるが、これは前項
で述へたようにその積分値、すなわち露光量は温度変動
によりほぼ不変である。次に同ように３７のタイミング
から同し動作を縁り返す。最後に３８のタイミングでカ
ウンタ６の出力値がＭになり、（Ｅ）の比較器出力がロ
ーレベルになると双定定マルチバイブレータ１６のＳｅ
ｔパルスは送られなくなり、光出力は中断する。このと
きまてに鋸歯状の光出力はＭ個出力されることになる。

このことにより１画素の露光量は、１つの鉱山状光出力
の積分値のＭ倍になる。このＭは０≦Ｍ≦ｎ−１の範囲
で可変であり、１画素を中間調に変調できる。

〔実施例２〕 実施例１ではアナログスイッチを用いて駆動電流を遮断
することにより光量を制御したが、本実施例では制御電
圧波形を制御して光量を制御する。制御電圧波形そのも
のを制御することにより、実施例１では鋸歯状波の光出
力波形であったのに対し、例えば三角波等の様々な光出
力波形が得られる。

本実施例では、駆動電流の上昇と下降の傾斜が等しい三
角波を一例として説明する。

第３図は本発明の第２の実施例の構成図であるが、前記
第１の実施例の構成図である第１図とほぼ同様であり、
動作も同様でるため、同じ部分の説明は省略する。

異なる部分は、第２図の３９に三角波発生回路を用いて
いる点とアナログスイッチを用いていない点にある。３
９の三角波発生回路には２つの入力端子（ＯＮと０ＦＦ
）があり、１つの三角波発生出力端子がある。この三角
波発生回路はＯＮとＯＦＦ入力がそれぞれハイレベルの
間直線的に上昇する電圧を出力し、どちらか一方がロー
レベルになると直線的に下降する電圧を出力するもので
ある。第３図ではＯＮ入力にはデユーティ−比５０％の
０倍クロックをＯＦＦ入力には双安定マルチバイブレー
タの出力を接続している。

第４図は第３図において３９として示した三角波発生回
路の構成図である。ＯＮ人力３とＯＦＦ人力１７は４０
のアンドゲートへ人力される。

４１はバッファアンプであり、４２の部分は積分器てあ
り、４３は積分器出力を正電位にしないためのダイオー
ド、４４の部分は反転増幅器であり、４５の可変抵抗器
によりオフセット電圧ｖ０を加え、１９に三角波を出力
する。同図をみて明白なように、アントゲート４０の出
力がハイレベルの間は充電を行い、ローレベルになると
放電を行う。積分器４２の出力は、ダイオード４３によ
りクランプされ放電時に正電位にはないらない。

第５図は第４図の人力／出力の関係を示す。積分器４３
の出力は反転増幅器４４によって反転され、オフセット
Ｖ。を加えられ１９へ出力される。

第６図は三角波で光出力を制御した場合の４現象図であ
る。第１象限に描かれているのは半導体レーザの駆動電
流−光出力特性であり、チップ温度がＴＩ　、Ｔ２　　
（ＴＩ　＜７２　）の場合の２本が描かれている。半導
体レーザのスロープ効率は温度が変動してもほぼ不変で
あるものを用いる。、第２象限は駆動電流の時間変化を
示している。第４象限は第１象限の特性と第２象限のＮ
　ｔを合わせた光出力の時間変動を表わし°Ｃいる。

実施例１で説明した時と同ように光出力がある一定値（
Ｐ）を越えた時点で、第３図の双安定マルチバイブレー
タの出力はローレヘルになり、三角波発生回路の出力は
下降をはじめる。第６図において第２象限で初期電流ｉ
。から直線的に電流を上昇させ、第４象限のように直線
的に光出力を上昇させる。光出力がＰになった時点で、
電流を直線的に下降させることにより、第４象限の様な
三角形状の光出力が発生する。第６図で破線で示したも
のは温度Ｔ２の場合であるが、上記動作により、同図の
ようにほぼ合同な三角形状の光出力が得られ温度への変
動に不変な露光量制御が行なえる。ここで、初期電流ｉ
。は半導体レーザがレーザ発振を開始する最低の電流よ
り低く設定されるものであるが、実際には第４図のオフ
セット電圧Ｖ。で調整する。

第３図のその他の部分のパルス数変調を行う方式は先の
第１実施例と同様である。

〔実施例３〕 上記実施例１．２では、画素の始まりから定まった数の
パルスを発してパルス数変調を行ったが、本実施例では
画素内の任意の位置に定まった数のパルスを発してパス
ル数変調を行う。例えば画素内に均等にパルスを分布せ
ることにより画素形状を画素濃度にほぼ無関係に均一に
することができる。

第７図は本発明の第３の実施例の構成図である。第７図
において１は外部から到来する画素データを示し、２ビ
ツト（４レベル）のディジタル値である。２は画素内を
３等分するため画素クロックの３倍の周波数のクロック
３を発生するクロック発生器。４は３の３倍周波数のク
ロックを１／３の周波数のクロックに変換する分周器で
あり、カウンタ等で実現でき、その出力を画素クロック
５として用いる。ｌの画素データは５の画素クロックの
立ち上がりエツジに同期して得られる。５５は画素デー
タを画素内のパルスとして定まったパターンで分布させ
るためにパターンデータに変換するルックアップテーブ
ルであり、ＲＯＭ等で実現する。パターンデータは３ビ
ツトであり５４とする。５０は複数ビットのパラレルで
得られたパターンデータ５４を３倍クロック３に同期し
たシリアルデータ５８に変換するためのパラレル−シリ
アル変換器である。８は画素クロック５に同期して５０
のパラレル−シリアル変換器に５４のパターンデータを
ロートするためのロードパルス５６を作るための単安定
マルチバイブレータである。５３は反転器てあり、３倍
クロックを反転した反転３倍クロック５７を作る。５１
は、５０で作られたシリアルデータをラッチするための
データラッチであり、反転クロックの立ち上りエツジで
シリアルデータをラッチし、ラッチされたデータ５９を
出力する。１６は実施例１．２で用いた双安定マルチバ
イブレータであり、その他の部分は実施例１と同様であ
るため説明を省略する。

第８図は第７図の動作を示すタイミングチャートであり
、（Ａ）は３倍クロック３、（Ｂ）は画素クロック７５
、（Ｃ）は画素データ１、（Ｄ）はパターンデータ５４
、（Ｅ）はロードパルス５６、（Ｆ）は反転３倍クロッ
ク５７、（Ｇ）はシリアル出力５８、（Ｈ）はラッチさ
れたシリアル出力５９、Ｈ）はＳｅｔパルス１５．（Ｊ
）は鋸歯状波１９、（Ｋ）は光電流を電圧に変換したい
わゆる光電圧２７、そして（Ｌ）はＲｅ５ｅｔパルス２
９の動きをそれぞれ表わす。

第８図において、画素クロックの立ち上り６１に同期し
て画素データ１として値“２”が到来したとする。パタ
ーンデータとしては２進数で表わして“１０１”か２に
相当するとする。

本例では、画素内に均一にパルスを分布させるため、パ
ターンデータ用のルックアップテーブルとして次の揉な
設定を行った。

次に６２のロードパルスで、パターンデータ“１０１”
が、シアリル−パラレル変換器５０にロートされ、同時
に最初の“１”が（Ｇ）の６３で示したシリアル出力に
ハイレベルとして出力される。次に６３のハイレベルは
（Ｇ）の反転３倍クロックによりラッチされ６４のラッ
チされたハイレベルを作る。次に（１）のセットパルス
６５が作られることになり、双安定マルチバイブレータ
１６がセットされ、半導体レーザに鋸歯状電流が流れる
。以下、（Ｋ）の６６の鋸歯状の光電圧が得られ、■あ
を越えた時点でＲｅ５ｅｔパルス６７が作られ、双安定
マルチバイブレータ１６をリセットする。次のパターン
データのシリアル出力はローレベルであるため光パルス
は出ない。

以上の動作を縁り返すことにより、１画素内に光パルス
を分散させてパルス数変調を行う。

１つ１つのパルスは前述のとおり鋸歯状電流で駆動して
いるため、温度変動に対して、その露光量はほぼ不変と
なり得る。

また、本方式による濃度レベル数は４レベルに限らず、
その他いかなるレベル数にも同様な方法て対応できる。

〔実施例４〕 実施例３において、実施例２と同様に三角波発生器を用
いてパルスを生成する。詳細な説明は省略する。

Ｃ発明の効果） 以上説明したように、パルス数変調を行って濃Ｙ炎を表
現する記録方式祷おいて、１つ１つのパルスを鋸歯状も
しくは三角波状にして、温度変化等の外部環境の変動に
よらず夫々のパルスの露光量をほぼ一定にし、簡単な構
成で安定した記録が行える効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した、パルス数変調器の構成図、 第２図は第１図の動作を示すタイミングチャート、 第３図は第２の実施例の構成図、 第４図は′９Ｓ３図で３９として示した三角波発生回路
の構成図、 ？；５図は第４図の動作を示すタイミングチャート、 第６図は第３図の構成で露光量が補正されることを示ず
４象限図、 第７図は第３の実施例の構成図、 第８図は第７図の動作を示すタイミングチャート、 第９図は本発明の原理を示す４象限図 であり、図中の主な符号は、 １・・・・ディジタル値の画素データ、２・・・・画素
クロックのｎ倍（ｎは整数）の周波数を発生するクロッ
ク分周器、 ２３・・・・半導体レーザ、 ２５・・・・フォトダオート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）画素内をパルス光で記録し、該パルス光の数で画
   素の濃淡を表現する記録方式において、各パルス光を鋸
   歯状もしくは三角状に形成することを特徴とする記録方
   式。
2. （２）前記記録は半導体レーザを変調したパルスレーザ
   光を記録媒体上に照射して行なう請求項（１）記載の記
   録方式。
3. （３）前記鋸歯状のパルス光の発生は、半導体レーザの
   光出力を漸次上昇させ、該光出力を検出し、あらかじめ
   設定された値に達したら半導体レーザの光出力を遮断す
   る請求項（２）記載の記録方式。
4. （４）前記三角状のパルス光の発生は、半導体レーザの
   光出力を漸次上昇させ、該光出力を検出し、あらかじめ
   設定された値に達したら半導体レーザの光出力を漸次下
   降させる請求項（２）記載の記録方式。