JPH05160977A - 変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 三角波信号に画像信号を加算し、基準レベル
と比較することによりパルス幅変調信号を形成すること
で、高速で高品質な画像形成が可能な変調装置を提供す
ることを目的としている。 【構成】 加算器２は、三角波Ｃとアナログ画像信号ｄ
を加算し、コンパレータ１９７の一方の入力に出力す
る。基準電圧源３は、後段のコンパレータ１９７のコン
パレートレベルを決定するための基準レベルｆを発生
し、コンパレータ１９７のもう一方の入力に出力する。
コンパレータ１９７は、加算器の出力ｅと基準レベルｆ
とを比較し、パルス幅変調信号を形成する。ここで、基
準電圧源２の発生する基準レベルｆは変更可能であり、
かつ三角波発生回路１９６に影響を与えないよう分離さ
れているので三角波に影響を及ぼさず最適な比較レベル
を設定可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像信号を２値変調信号
に変換しビームを変調する変調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザビームカラープリンタなど
に用いられる、カラー画像信号を２値化する変調装置で
は、２値化された変調信号を形成する際、中間調の階調
性を有するカラー画像を得る為に次の方法を用いてい
る。

【０００３】図４は、従来のレーザカラープリンタにお
ける露光装置の概略構成図である。

【０００４】この露光装置は、半導体レーザ１０１とド
ライブ回路１０２と光強度制御回路１０３とコリメータ
レンズ１０４と走査装置１０５と、ｆ−θレンズ１０６
と感光ドラム１０７とビーム検出回路１０８と変調回路
１０９とから構成されている。

【０００５】半導体レーザ１０１は図５のような特性を
有し、しきい値電流を超える駆動電流によりレーザ光を
発生するものである。

【０００６】ドライブ回路１０２は図６に示すようにト
ランジスタ１２１と抵抗１２２とスイッチ回路１２３と
からなるものであり、変調回路１０９が出力する変調信
号に従い半導体レーザ１０１をオン／オフして電流駆動
するものである。例えば変調信号が”１”ならば光強度
制御回路１０３が出力する制御電圧に対応した電流で半
導体レーザ１０１を電流駆動（オン）し、変調信号が”
０”ならば半導体レーザ１０１に電流を流さない（オ
フ）。

【０００７】光強度制御回路１０３は図７に図示するよ
うに、通常半導体レーザ１０１と同一容器に収納される
モニタダイオード１３１と増幅回路１３２と比較回路１
３３とアップダウンカウンタ１３４とＤ／Ａ変換回路１
３５と基準電源１３６とから構成され、半導体レーザ１
０１が発光する際の駆動電流を制御して光強度を一定に
保つ働きをするものである。

【０００８】コリメータレンズ１０４は半導体レーザ１
０１が発生するレーザ光を平行なレーザビームにするも
のである。

【０００９】走査装置１０５は回転多面鏡１５１とモー
タ１５２とから構成されるもので、コリメータレンズ１
０４からのレーザビームを走査偏向するものである。

【００１０】ｆ−θレンズ１０６は走査装置１０５によ
り走査偏向されるレーザビームが感光ドラム１０７の表
面で等速走査するように走査速度を補正するものであ
る。

【００１１】感光ドラム１０７は図示および説明を省略
する回転駆動装置により所定の等速度で回転しており、
表面には感光材が塗布されたものである。

【００１２】ビーム検出回路１０８は図８に図示するよ
うにフォトダイオード１８１と増幅回路１８２と比較回
路１８３とから構成されるもので、レーザビームが照射
されるとビームディテクタ信号（以下ＢＤ信号）を出力
してレーザビームの走査のタイミングを知らせるもので
ある。

【００１３】変調回路１０９は、図９に図示するように
発振回路１９１と、分周回路１９２と、ラッチ１９３
と、Ｄ／Ａ変換器１９４と、三角波発生回路１９６と、
コンパレータ１９７と、オフセット回路１９８とにより
構成されており、デジタルデータとして入力される画像
信号に対応したパルス幅の変調信号を形成するものであ
る。

【００１４】次に、露光装置の動作を説明する。

【００１５】変調動作の合間には光強度制御回路１０３
により半導体レーザ１０１のしきい値電流の大きさが変
化しても半導体レーザ１０１が発光する際の光強度を一
定に保つ制御動作が行なわれる。以下にその詳細を述べ
る。

【００１６】すなわち、制御動作が開始されるならば変
調信号は”１”となり半導体レーザ１０１はＤ／Ａ変換
回路１３５が出力する制御電圧に応じた電流でドライブ
回路１０２により駆動される。該駆動電流に応じた光強
度で半導体レーザ１０１はレーザ光を出射する。一部の
レーザ光がモニタダイオード１３１に入射し、光強度に
応じた光電流を発生し増幅回路１３２により光強度電圧
に変換増幅されてその電圧値が比較回路１３３により基
準電源１３６の電圧と比較される。

【００１７】カウンタ１３４は該比較結果によりそのカ
ウント値を増減する。例えば、光強度電圧が基準電源１
３６の電圧より大きいならばカウント値を減少させ、光
強度電圧が基準電源１３６の電圧より小さいならばカウ
ント値を増加させるのである。カウント値が増減された
結果、半導体レーザ１０１のしきい値電流の大きさが変
化しても、発光するレーザ光の光強度は基準電源１３６
の電圧に対応する一定の光強度となるのである。

【００１８】次に、変調露光動作について変調回路１０
９の詳細な構成とあわせて説明する。

【００１９】変調回路１０９においては発振回路１９１
は図１０に図示するような周知の水晶発振回路であり、
クロック信号ｋに比べ十分高速な、例えば１６倍の周波
数の原クロックを発生している。分周回路１９２は図１
１に図示するようなフリップフロップ回路を４段縦列接
続したもので該原クロックを１６分周（２の４乗）して
クロック信号ｋとして出力するのであり、ビーム検出回
路１０８がＢＤ信号を出力したならば、分周回路１９２
を構成するフリップフロップはリセットされる構成であ
る。このため、出力されるクロック信号ｋはＢＤ信号に
同期したものとなりその誤差はクロック信号ｋの周期に
対して１／１６未満である。

【００２０】デジタル画像データはラッチ１９３により
クロック信号ｋに同期した画像データｍとなる。画像デ
ータｍは、Ｄ／Ａ変換器１９４に入力され、クロック信
号ｋの立ち上がりのタイミングによりアナログ信号ｎに
変換され、コンパレータ１９７に入力される。

【００２１】同時にクロック信号ｋは、抵抗とコンデン
サにより構成された三角波発生回路１９６に入力され、
クロック信号ｋに同期した三角波を発生する。発生した
三角波は、電源電圧Ｅとグランド電位間を抵抗分圧しオ
フセット電圧を発生するオフセット回路１９８によりオ
フセットが調整された三角波ｏとなりコンパレータ１９
７のもう一方の端子に入力される。

【００２２】コンパレータ１９７はアナログ信号ｎと三
角波ｏの信号レベルを比較し、パルス幅変調された２値
の変調信号ｐを出力する。

【００２３】この様子を図１２に示す。このように出力
される変調信号ｐのパルス幅は画像信号により変調され
る。

【００２４】ここで、レーザビームの走査に同期した三
角波を用いるのは、色数回だけ繰り返し露光してカラー
画像を形成する場合、各色の画素の中心位置が同じにな
るようにするためである。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】上記構成で変調信号に
最大のダイナミックレンジを得る為には、コンパレータ
１９７に入力される三角波ｏとアナログ信号ｎのレベル
を調整する必要がある。すなわち、図１２に示すようア
ナログ信号ｎの最大値が三角波ｏのピークレベルＶｐと
等しく、また最小値がボトムレベルＶｂと等しくなるよ
う調整する。まずＤ／Ａ変換器１９４の出力振幅を三角
波ｏの振幅と等しくなるよう設定し、次にオフセット回
路１９８を三角波ｏのピークレベルとアナログ信号ｎの
最大値が等しくなるよう設定する。

【００２６】しかしながら、オフセットを加える部分が
比較的高周波な三角波であるため、オフセットレベルを
変更するとオフセット回路１９８のインピーダンスが変
動し、三角波発生回路１９６に影響を与え、三角波の振
幅が設定したＤ／Ａ変換器１９４の出力振幅と異なって
しまう。結果として良好な画像が得られないという問題
点があった。また、その影響は三角波が高周波であるほ
ど顕著であることは明白である。

【００２７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、その目的は、高速で高品質な画
像が得られる変調装置を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の変調装置は、画像信号により変調されたビー
ムの位置を検出する検出手段と、該検出手段の検出信号
に同期したクロック信号を形成するクロック信号形成手
段と、前記クロック信号に基づいて基準波形を発生する
基準波形発生手段と、基準レベルを発生する基準レベル
発生手段と、前記基準波形と画像信号を演算する演算手
段と、前記演算手段の出力と前記基準レベルとを比較
し、前記２値変調信号を形成する比較手段とを備える。

【００２９】

【作用】検出手段は周期的に入光する光ビームのタイミ
ングでＢＤ信号を発生する。クロック信号形成手段はＢ
Ｄ信号に同期したクロック信号を形成する。基準波形発
生手段は、クロック信号に基づいて基準波形を発生す
る。演算手段は、基準波形と画像信号を例えば加算し、
比較手段の一方の入力に出力する。基準レベル発生手段
は、比較手段の比較基準レベルを決定するための基準レ
ベルを発生し、比較手段のもう一方の入力に出力する。
比較手段は、演算手段の出力と基準レベルとを比較し、
２値変調信号を形成する。

【００３０】ここで、基準レベル発生手段の発生する基
準レベルは変更可能であり、かつ基準波形発生手段に影
響を与えないよう分離されているので基準波形に影響を
及ぼさず最適な比較基準レベルを設定可能である。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を具体化して露光装置に適用し
た一実施例を図面を参照して説明する。

【００３２】従来例と同じものは、同一の番号を付けそ
の説明を省略する。

【００３３】図１で示すのは本発明を画像形成のための
露光装置に適用した場合の変調回路１の構成であり、具
体的動作は、やや異なるが従来例で示した図４の変調回
路１０９に相当する。

【００３４】変調回路１は、発振回路１９１と、分周回
路１９２と、ラッチ１９３と、８ビットのＤ／Ａ変換器
１９４と、三角波発生回路１９６と、コンパレータ１９
７と、加算回路２と、電圧可変な基準電圧回路３とによ
り構成されており、デジタルデータとして入力される画
像信号に対応したパルス幅の変調信号を形成するもので
ある。

【００３５】加算回路２は図２に図示するように、数個
の抵抗とＯＰアンプ２０により構成されており、三角波
発生回路１９６の出力である三角波ｃと、Ｄ／Ａ変換器
１９４の出力であるアナログ信号ｄとを加算し、加算信
号ｅを出力する。

【００３６】基準電圧回路３は電源電圧Ｅとグランド電
位間を抵抗分圧により分圧し、基準レベルｆを生成する
分圧器により構成されている。

【００３７】次に、変調露光動作について図３に示した
タイミングチャートも用い説明する。

【００３８】発振回路１９１はクロック信号ａに比べ十
分高速な、例えば１６倍の周波数の原クロックを発生し
ている。分周回路１９２はビーム検出回路１０８がＢＤ
信号を出力したならば、分周回路１９２を構成するフリ
ップフロップをリセットし、クロック信号ａを出力す
る。従ってクロック信号ａはＢＤ信号に同期したものと
なり、その誤差はクロック信号ａの周期に対して１／１
６未満である。

【００３９】クロック信号ａは、抵抗とコンデンサによ
り構成された三角波発生回路１９６に入力され、クロッ
ク信号ａに同期した三角波ｃを発生する。発生した三角
波ｃは、加算回路２の一方の端子に入力される。

【００４０】８ビットのデジタル画像データはラッチ１
９３によりクロック信号ａに同期した画像データｂとな
る。画像データｂは、Ｄ／Ａ変換器１９４に入力され、
クロック信号ａの立ち上がりのタイミングによりアナロ
グ信号ｄに変換され、加算回路２のもう一方の端子に入
力される。Ｄ／Ａ変換器１９７は、その出力が画像デー
タ００ｈ（ｈは１６進を示す）のレベルＶ００と、ｆｆ
ｈのレベルＶｆｆのレベル差が三角波ｃの振幅ＶＴｐｐ
と等しくなるようゲインが調整される。

【００４１】 Ｖｆｆ−Ｖ００＝ＶＴｐｐ （式１） 加算回路２は三角波ｃとアナログ信号ｄの電圧レベルを
加算し加算信号ｅとしてコンパレータ１９７の一方の端
子へ出力する。

【００４２】基準電圧回路３は、その基準レベルｆの電
圧Ｖｆが、加算信号ｅの画像データ００ｈ（ｈは１６進
を示す）のピークレベルおよびｆｆｈのボトムレベルと
等しくなるよう設定され、基準レベルｆはコンパレータ
１９７のもう一方の端子に入力される。

【００４３】このようにＤ／Ａ変換器１９７のゲインと
基準電圧回路３の出力レベルｆの設定をすれば、形成さ
れる変調信号が最大のダイナミックレンジを有する。

【００４４】コンパレータ１９７は加算信号ｅと基準レ
ベルｆとの信号レベルを比較し、パルス幅変調された２
値の変調信号ｇを出力する。

【００４５】この様子を図３に示す。このように出力さ
れる変調信号のパルス幅は画像信号により変調されてい
る。

【００４６】このように本実施例においては、三角波ｃ
にオフセット電圧を加える必要が無いため、三角波の波
形や振幅が変動することはない。結果として、高速で高
品質な画像が得られる変調装置を提供することができ
る。

【００４７】このように形成された変調信号ｆにもとづ
いてドライブ回路１０２は半導体レーザ１０１をオン／
オフ駆動するので感光ドラム１０７は画像信号にもとづ
いてパルス幅変調されたレーザビームによって走査露光
される。光強度制御回路１０３によりオン時の光強度は
一定に保たれており、安定な露光が可能となっている。

【００４８】また変調回路１で用いられる三角波信号ｃ
はＢＤ信号に同期したクロック信号ａに基づいて作られ
たものなので、各走査毎に画素の露光位置は同一のもの
となり、また、各画素の露光の中心は常に同一位置を保
つので、高品質な画像を形成可能である。

【００４９】また、本実施例の変調装置をカラー画像形
成装置に適用するならば、カラー画像を形成するために
色分解された画像信号にもとづいて上述のようにパルス
幅変調される変調信号により変調されたビームで色数回
繰り返し感光体を走査露光するから、各色の変調信号の
パルスの中心位置はクロック信号に対して常に同一位置
関係を保つので各色の画素の中心位置は同一となり正確
な混色が可能となり高品質なカラー画像の形成が可能で
ある。

【００５０】本発明は以上詳述した実施例に限定される
ものではなく種々の変形が可能である。たとえば詳細な
説明を省略するが、加算回路２は減算回路としても同様
に変調が可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明の変調装置によれば、基準波形と画像信号を加算し、
その加算信号と可変な基準レベルを比較し変調信号を形
成するため、基準波形のオフセットレベルを調整する必
要がないので高速に高品質な画像を形成できる変調装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した変調回路の構成図である。

【図２】加算回路の回路図である。

【図３】パルス幅変調が行われる様子を示すタイミング
チャートである。

【図４】従来の露光装置の概略構成図である。

【図５】半導体レーザの特性を示す図である。

【図６】ドライブ回路の構成を示す回路図である。

【図７】光強度制御回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図８】ビーム検出回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図９】変調回路の構成を示すブロック図である。

【図１０】発振回路の回路図である。

【図１１】分周回路の回路図である。

【図１２】パルス幅変調が行われる様子を示すタイミン
グチャートである。

【符号の説明】

１ 変調回路 ２ 加算回路 ３ 基準電圧回路 １０１ 半導体レーザ １０２ ドライブ回路 １０８ ビーム検出回路 １８１ フォトダイオード １９４ Ｄ／Ａ変換器 １９６ 三角波発生回路 １９７ コンパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０３Ｇ 15/04 １１６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号を２値変調信号に変換し、前記
   ２値変調信号によりビームを変調する変調装置であっ
   て、 前記ビームの位置を検出する検出手段と、 該検出手段の検出信号に同期したクロック信号を形成す
   るクロック信号形成手段と、 前記クロック信号に基づいて基準波形を発生する基準波
   形発生手段と、 基準レベルを発生する基準レベル発生手段と、 前記基準波形と画像信号を演算する演算手段と、 前記演算手段の出力と前記基準レベルとを比較し、前記
   ２値変調信号を形成する比較手段とを備えたことを特徴
   とする変調装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の変調装置において、基
   準レベル発生手段の発生する基準レベルが変更可能なこ
   とを特徴とする変調装置。