JPH0486683A - 光変調装置及び光ビーム記録装置 - 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等を光変調する装置に関する。

〔従来の技術〕

レーザビームプリンタで感光材料上へ濃淡画像を記録す
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５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
ップの温度かＴ。、　ｌ、Ｔ２（Ｔｏ　＜Ｔ　＋　＜Ｔ
２　）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、グラフはほぼ平行移動していることがわかる。第
■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Ｔ。

におけるレーザ発振を始める最低の電流ｉ。まて急速に
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Ｔ０の時は第１＋象限て
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　　（Ｔ＋　、Ｔ２　＞Ｔｏ　）のと
きは第■象限のグラフて示される様にレーザ発振を開始
する電流はｉ。より大きいため、第１Ｉ象限の一角波状
の光出力のグラフは図に示す棟に時間的には遅れたもの
になる。しかし、前述の様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、たた時間的
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。

半導体レーザは非常に応答性か良く、駆動電流を正確に
直線的に上昇させてやれば、レーザビームプリンタの１
画素の期間内（数百ｎ５ｅｃ程度）では充分に直線的に
上昇する光出力波形が得られる。しかし、上記例の様に
変調するためには、直線的に上昇する光出力を正確にモ
ニタしなければならない。この操作は高速度のＰＩＮフ
ォトダイオードを用いれば可能になるか、その検出光電
流を電圧に変換し、増幅器を通して用いる段になると高
速度で直線性の良い回路構成が必要になる。かかる回路
はコスト高になり、安定性に欠けたものになりやすい。

（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、例えば光出力がＰ。になった時点のみを検出し、
そして、その時点からの時間経過で前記変調を制御する
ことにより、光検出回路の全光出力範囲における直線性
を不要とし、安定性の良い変調を可能とした。

第４図は温度がＴ、Ｔ’の際の光出力状態と半導体レー
ザの駆動電流波形を説明する図であるか、第４図におい
て光出力がＰ。になった時点から、遮断すべき光出力Ｐ
。＋Ｐｓになるまでの時間τは、光出力の傾きηが温度
Ｔ、Ｔ’　においてほぼ不変であることから、それぞれ
の温度において不変になるはずである。従って所望露光
量に応じてこのτの値を変化させるべく制御を行えば、
前述の方式と実質的に同様の変調が行える。

なお、本発明は半導体レーザには限らず、同様の特性を
有する光源であれば使用可能である。

（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図は本発明の第１の実施例である多階調レーザビー
ムプリンタの半導体レーザの光出力制御装置の構成図で
ある。

第１図において４１の信号は画像クロックと呼ばれ、レ
ーザビームプリンタの１画素分のデータの転送速度を規
定するクロック信号であり、４２の信号は該画素クロッ
クに同期して得られる画素の濃度を示す画素データであ
り、複数ビットのデジタルデータである。２１のブロッ
クは画素クロック４１の立ち上かりに同期して鋸歯状電
圧を発生する鋸歯状波発生器である。発生される鋸歯状
電圧を５１とする。２２のブロックはフリップフロップ
であり、ＳＥＴ人力の立ち上かりでＱ出力はハイレベル
となり、ＲＥ　Ｓ　ＥＴ大入力立ち上かりてＱ出力はロ
ーレベルになる。このフリップフロップの出力を４３と
する。２３のブロックは電圧−電流変換器であり、人力
として鋸歯状電圧５１が接続されている。２３の出力電
流ｉｆを４６とする。３１は半導体レーザてあり、この
駆動電流は１ｆ４６である。該半導体レーザ３１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の記
録媒体に照射される。３０で示す手段は駆動電流を遮断
するために用いる高速のアナログスイッチを示し、スイ
ッチ人力がハイレベルなら導通、ローレベルなら遮断状
態となり、スイッチ入力としてはフリップフロップ出力
４３が接続される。３２はフォトダイオードであり、半
導体レーザ３１と不図示の光学的手段で結合されている
。

すなわち、半導体レーザの光出力はレーザビームプリン
タの画像記録用として用いられるものであるため、フォ
トダイオード３２へは半導体レーザチップの後面発光を
入射さするか、前面発光をヒームスプリツタ等の分光手
段で先出力の１部を入射させる様構成する。このフォト
ダイオード３２の検出光電流ｉ□を４７とする。２４の
ブロックは電流−電圧変換器であり、フォトダイオード
の検出光電流４７を電圧値４８に変換する。２５は電圧
比較器であり、十人力が一人力より高い電圧の場合ハイ
レベルを出力し、それ以外のときはローレベルを出力す
るものであり、十人力には電圧値４８、−人力には一定
電圧■８が接続されている。２６のブロックはフリップ
フロップであり、ＳＥＴ人力の立ち上がりでＱ出力はハ
イレベルになり、ＲＥＳＥＴ人力の立ち上がりでＱ出力
はローレベルになり、ＳＥＴ入力には比較器２５の出力
、ＲＥＳＥＴ人力にはフリップフロップ２２の出力４３
が接続される。フリップフロップ２６の出力を５２とす
る。２７で示す回路網は積分器を示し、人力５２がハイ
レベルの期間ＣＲの時定数によって充電作用により積分
を行い、出力４４へは負電位方向へ積分出力が得られ、
人力５２かローレベルになるとダイオードＤの作用によ
って急速に放電され、出力４４は零電位となる。２８は
電圧比較器であり、十人力が一人力より高い電圧の場合
ハイレベルを出力し、それ以外のときにはローレベルを
出力する。そして２８の十人力には積分器出力４４が接
続され、出力はフリップフロップ２２のＲＥＳＥＴ人力
へ接続される。

２９はデジタル−アナログ変換器であり、該画素データ
４２を負電位のアナログ電圧５ｏへ変換する。このアナ
ログ電圧５ｏは比較器２８の十人力へ接続されている。

上述の構成での動作を第２図のタイミングチャートを用
いて説明する。第２図においてａ′は画素クロック４２
であり、ｂは鋸歯状波５１であり、Ｃは駆動電流４６、
ｄは検出電圧４８、ｅはフリップフロップ出力５２であ
り、モしてｆは積分器出力４４を示す。まず同図におい
て、１０１のタイミングで画素クロック４２が立ち上が
り、同時に画素データが得られ、そのアナログ変換値を
Ｖｌ　とする。１０１のタイミングにおいて鋸歯状電圧
５１が作られると同時に、フリップフロップ２２がセッ
トされ、スイッチ３ｏがオンとなる。鋸歯状電圧５１は
■。のオフセットをもってイテ、その値は駆動電流のオ
フセット値ｉ。に対応している。Ｃの駆動電流４６の上
昇に伴ない、半導体レーザの光出力も上昇する。ｄの検
出電圧において検出電圧が急激に上昇しはじめる電位を
■、とし、第１図の■８をこの値に設定しておく。すな
わち検出電圧が■２になった時点がレーザ発振が行われ
た時点に対応する。ｄの検出電圧４８はｖ１１部を除い
ては光出力を忠実に再現しているわけではなく、フォト
ダイオード３２の浮遊容量、電流−電圧変換器２４の応
答非線形によってｄに示す様になまフた形になっている
。同ｄに破線で示した波形が、半導体レーザの駆動電流
から予想される実際の光出力である。さて、ｄの検出電
圧４８がｖｌを越えた時点で、比較器２５の出力がハイ
レベルになり、フリップフロップ２６の出力５２の出力
が第２図ｅに示す様にハイレベルになる。そして、ｆの
積分器出力４４は同図に示す様にｅを積分したものにな
る。すなわちｆの積分器出力は実際の光出力（ｄの破線
）を模擬しているといえる。そして、ｆの積分器出力４
４か、該画素データ値■１より下まわると比較器２８の
出力がハイレベルとなり、フリップフロップ２２がリセ
ットされ、４３がローレベルになり、スイッチ３０がオ
フ状態になり、電流が遮断される。それと同時にフリッ
プフロップ２６がリセットされる。上記動作は光出力を
モニタしながら設定値になった時点で光出力を遮断する
操作と等価でありながら、実際には正確な光出力をモニ
タしていない。

前述の様に、半導体レーザのスロープ効率ηが少なくと
も使用環境下において、温度変動により不変とみなせる
かぎり、１画素の露光量は温度変動があってもＶ、に対
応したものに不変となり得る。

この半導体レーザの光出力はレーザビームプリンタの感
光材料へ到達し、上記動作を繰り返すことにより、感光
材料上へ画像を形成する。

〔他の実施例〕

第３図は本発明の第２の実施例の構成図である。本実施
例ではレーザ発振を始めてからの時間経過の計測をデジ
タル的に行うことによって、第１の実施例のＤ／Ａ変換
器を不要とし、アナログ部分が少なくなったため外来ノ
イズかあっても安定した動きをする様に構成した。第３
図は第１図とほぼ同様の構成であるため異なる部分のみ
説明する。第３図において６１はレーザ発振をはじめて
からの時間経過を計測するためのクロック７０を発生す
る発振器であり、画素データの最大値をｎとすれば、こ
の発振器のクロック７０の周波数は画素クロックの少な
くともｎ倍はなくてはならない。６２はアンドゲートで
あり、一方の人力はクロック７０であり、他方はフリッ
プフロップ２６の出力５２であり、出力を７１とする。

６３はカウンタであり、アンドゲート６２を通過したク
ロック７１を計数する。６５はデジタル値の比較器てあ
り、一方の人力はカウンタ６３の出力、他方の人力は画
素データであり、両者か等しい時にハイレベルを出力し
、その出力はフリップフロップ２２のＲＥＳＥＴ人カへ
接続されている。６４は単安定マルチバイブレータてあ
り、フリップフロップ２２の出力４３の立ち下がりてト
リ力かかけられ、カウンタ６３の出力をゼロクリアする
ＣＬＥＡＲ人力に接続され同カウンタをクリアする。

以下では時間経過を計測する部分のみを説明する。半導
体レーザがレーザ発振を行い、検出電圧４８が■８を越
えると、フリップフロップ２６がセットされ、出力５２
はハイレベルになり、アンドゲート６２を開く形になる
。カウンタ６３は１つ前の信号４３の立ち下がりにより
単安定マルチバイブレータ６４を開いてゼロクリアされ
ており、アンドゲート６２が開かれ、７１にクロックが
現われた時点から計数をはじめる。該計数値が画素デー
タ４２と等しくなった時点て比較器６５の出力がハイレ
ベルになり、フリップフロップ２２をＲＥＳＥＴＬ、、
電流を遮断する。それと同時に次の画素の動作にそなえ
て、フリップフロップ２６をＲＥＳＥＴＬ、、アンドゲ
ート６２を閉じてカウンタ６３を計数不能とし、単安定
マルチバイブレータ６４によってカウンタ６３の出力を
ゼロクリアする。

以上の動作により画素データに対応した鋸歯状の光出力
が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、光出力が漸次上昇
するように光変調する装置において、光出力変動を検出
する回路に正確な線形性を要求することなく安定した変
調を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、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図、 第３図は本発明の第２の実施例の構成図、第４図は従来
例および本発明の詳細な説明するための図、 第５図は従来例を説明するための４象限図、であり、図
中の主な符号は、 ２１・・・・鋸歯状波発生回路、 ２５・・・・比較器、 ２７・・・・積分回路 ３０・・・・スイッチ手段、 ３１・・・・半導体レーザ、 ３２・・・・フォトダイオード、

Claims (1)

【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光変調を行手段と、 変調光の光出力を検出する手段と、 該検出される光出力が一定値に達した時点から所望露光
   量に応じた期間だけ前記光変調を行なわせる手段 を有することを特徴とする光変調装置。