JPH05508126A - 放射線写真プリンタのためのレーザダイオードの直接変調 - 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】 放射線写真プリンタのための レーザダイオードの直接変調 技術的分野 この発明はレーザダイオードを制御して、このダイオードの照明出力が入力信号 の変化に応答して線形に変化するようにするための装置及び方法に関係している 。

背景技術 レーザダイオードは種々の写真応用装置における光源としてしばしば使用されて きた。例えば、レーザプリンティングの分野においては、レーザビームがレンズ により集束させられて、陰画（ネガ）フィルム上へと走査される。ダイオードは 多くの場合、電子計算機に記憶されたディジタル画像データによって制御される 。若干のシステムにおいては、レーザは完全にオン又はオフになるように動作さ せられ、これによって黒又は白の画素を発生し、画像信号に応答して画像を形成 する。しかしながら、種々の灰色階調を有する画素から画像を形成することによ って、更に明確には、グレーレベルの強度における階調が、画素間の遷移が比較 的滑らかに現れるようになっているときに、画像品質が改善され得る。これは連 続階調画像と呼ばれている。連続階調放射線写真レーザプリンタは、コンピュー タトモグラフィ、磁気共鳴画像化、ディジタル減法血管造影法、超音波画像化な どのような医用画像化装置により生成された電子的画像に放射線写真フィルムを 露光させるためにダイオードレーザが使用されている一つの応用例である。

レーザダイオードについての問題は、半導体レーザダイオードの照明出力がその 全動作範囲において線形でないことである。更に明確には、図１はレーザダイオ ードを流れる電流の関数としての光出力の典型的な図である。この結果として生 じる曲線には低レベルの非線形動作領域に続いて、屈曲領域があり、次に高レベ ルの動作領域があって、ここでは光出力は電圧差（を流）の関数として線形に変 化する。この線形領域はレーザ光発生領域と呼ばれ、又非線形の低レベル領域は 発光又は自然放出領域として知られている。この曲線には結果として生じる光パ ワー出力Ｐ４が電流■、の変化と共に非線形に変化する、０と屈曲部電流■鯉と の間の低力部分と、光パワー出力が電流１４の変化と共に線形に変化する、■、 とＩ最大ｔｍｌ−ｘとの間の第２の高力部分とがある。Ｉ５より下の曲線の非線 形領域においては、χ軸に沿った一定のＮ流増分がＹ軸に沿った光パワー出力に おける非一定の増分を発生する。非線形領域は、（最大フィルム濃度に対応する ）ゼロ出力レベルから（最小フィルム濃度に対応する）最大信号レベルに及ぶ画 像人力信号レベルに応答して連続階調画像を生成するためには不満足である。

この問題を処理するために、「レーザダイオードを制御して線形照明出力を発生 するための装置及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ　Ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｆｏｒ 　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ａ　Ｌａ５ｅｒＤｉｏｄｅ　Ｔｏ　Ｇｅｎｅｒａｔ ｅ　Ａ　Ｌｉｎｅａｒ　ｌ１ｌｕ＋＊１ｎａｔｉｖｅ　０ｕｔｐｕｔ）　Ｊとい う名称の、１９８８年９月２７日発行された、この発明の譲受人に譲渡された米 国特許第４７７４７１０は、レーザダイオードが線形レーザ光発生領域において 振幅変調され且つ又非線形発光領域においてパルス幅変調されるレーザダイオー ドの直接変調を開示している。

発皿ｐヱ豹 この発明の一態様に従って、レーザダイオードのレーザ光発生領域においては振 幅変調が行われ且つ又レーザダイオードの発光領域においてはパルス幅変調が行 われる、レーザダイオードを直接変調するための制御回路が提供されている。

パルス幅変調モードにおいて動作しているときにダイオードの高速変調を行うた めに電流操縦回路が準備されている。この発明の別の態様に従って、レーザダイ オードの直接変調は事前指定数のビット（１２まで）により４メガ画素毎秒まで のレートで行われる。この発明の更なる態様に従って、任意所与の画素における ３２：１の比でのダイオードのパルス幅変調が可能であり、従って４メガ画素毎 秒での最小パルス幅は８ナノ秒の程度である。この発明の更なる特徴に従って、 レーザダイオードにおける傾斜変化を補償するために且つ又しきい値電流変化を 補償するためにプログラム可能な装置が準備されている。

図に固車笠説所 下に与えるられるこの発明の採択実施例の詳細な説明においては、照像の数字が ＩＩＩ（１２の素子を指している添付の諸図面に言及が行われる。

回１は照明出力パワーＰがダイオードを通る電流の関数であるレーザダイオード 動作曲線の図である。

図２は通常の注入レーザダイオードとこの発明の制御回路部とを備えた画像化シ ステムの簡単化された構成図である。

図３はパルス幅変調動作モードを図解するのに有効な図であり、又聞４は図２の レーザダイオード制御回路のより詳細な線図である。

探択叉施剥少詳邦奏説朋 今度は図２に言及すると、この発明の実施例を組み込んだ医用画像化システムが 示されている。図示されたように、システム１０は医用画像化装置１２により生 成されるようなディジタル医用診断画像の源を備えている。装置１２は、例えば 、コンピュータトモグラフィ装置、磁気共鳴画像化装置、超音波装置、ディジタ ル減法血管造影装置などのような医用画像化装置でよい。ディジタル画像は又蓄 積蛍光体、ディジタル化放射線写真から又はディジタル保管若しくは記憶システ ムから生成されることができる。装置１２により生成された画像はディジタル化 されて画像記憶／処理装置１４に記憶される。ディジタル画像は処理装置１４に 準備された磁気又は光デイスク駆動機構に記憶されることができる。ディジタル 画像は又周知の技法、例えば、窓幅／レヘル、色調ぼかし、補間、縁部（エツジ ）強調など、によって処理されることができる。

ディジタル画像のハードコピーは、この発明に従ってレーザ制御回路２０により 制御されるレーザダイオード１８によって怒光性媒体１６上に生成される。レー ザダイオード１８により発生されたレーザビーム２２は走査光学系２４によって 整形され且つ走査されて、例えば、フィルム、紙などであるような感光性媒体１ ６上にディジタル画像の可視画像を生成する。

システム１０には処理装置１４、レーザ制御回路２０、ダイオードレーザ１８及 び走査光学系２４を制御Ｍするシステム制御器２６がある。制御器２６はシステ ム１０の種々の構成部分の制御を行うためにマイクロプロセッサのような周知の ディジタル計算機を備えている。

この発明に従って、ダイオードレーザ１８はこれの線形レーザ光発生領域におい ては振幅変調モードで且つ又ダイオードレーザの低レベル発光領域においてはパ ルス幅変調モードで動作させられる０図４に言及すると、代替モードでダイオー ドレーザ１８の動作をもたらすためのこの発明のレーザ制御回路の採択実施例が 示されている。図示されたように、レーザ制御回路２０は、レーザダイオード１ ８を変調することになっている画素データを記憶するためのデータレジスタ２８ を備えている。このデータは線３０により加えられた画素クロックの立上り縁部 でレジスタへストローブされる。例示されたように、画素深さは１２ピントであ る。レーザダイオードがその動作曲線（図１）の屈曲部の上の振幅変調モードで 動作させられるか又はその動作曲線の下のパルス幅変調モードで動作させられる かを決定するために、パルス幅比較レジスタ３２にはダイオードレーザ動作曲線 の屈曲部に対応する１２ピント語がロードされる。図１に示されたように、１！ ｍｌ＊に対応するディジタル画像値が動作モード間の遷移点としてとられ、そし て１２ピントデイジタル語がレジスタ３２ヘロードされる。

比較器３４はデータレジスタ２日に記憶された１２ピントデ一タ語及びレジスタ ３２にロードされた１２ピントデ一タ語を比較して、データ語が遷移語より大き し）力（、これに等しいか又はこれより小さいかを決定する。データ語が遷移点 語より大きしすれば、レーザダイオードはレーザダイオード１８の線形レーザ光 発生動作領域において振幅変調モードで動作させられる。データＭＵＸ３６に信 号が供給されて、レジスタ２８におけるデータ語を次の画素クロックの立上り縁 部におし）てデータディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３８の入力にストロ ーブする。

データレジスタ２８に収容されたデータ語の値がフィルレス幅比し器レジスタ３ ２にロードされた遷移点語に等しいか又はこれより小さければ、比較器３４番よ ／＜Ｊレス幅変調可能化信号を発生し、これによりレジスタ４０に記憶されたノ ずＪレス幅データ信号はＭＵＸ３６によりＤＡＣ３８に加えられる。パルス幅デ ータ語の値しよレーザタ゛イオード１８の動作を１．より上の線形領域で生しさ せるようになってしする。そのような点は、例えば、Ｉ　ｐｗにあるであろう。

ダイオードレーザ１８がパルス幅変調モードで動作してときに１よ、一定値信号 力く発生されるが、これは画素明るさを表しているディジタルデータ語の関数で ある可変パルス幅を持ってイル。

どちらのモードにおいても、ＤＡＣ３Ｂはディジタル画像信号をオペアンプ４２ に加えられるアナログ電圧に変換する。オペアンプ４２は電圧画像信号をレーザ タ゛イオード１８の駆動のための′を流面像信号に変換するトランジスタ４４を 制御部する。

電流操縦回路４５は第１高速スイツチ４６と直列に且つ高速ダイオード５０と直 列である第２高速スイッチ４日と並列にレーザダイオード１８を備えている。ス イッチ４６及び４８は比較器３４からのパルス幅可能化信号により可能化される ダイオードブリッジ駆動器５２によって制御される。抵抗５４及びオフセフ）Ｄ ＡＣ５６はトランジスタ４４及び電流操縦回路４５と直列になっている。

プログラム可能な利得ＤＡＣ５８が準備されていて、ＤＡＣ３８の利得を制御し て、異なったレーザダイオードの異なった傾斜効率を又は老化若しくは温度変化 による傾斜効率の変化を補償する。

パルス幅変調回路にはプログラム可能な遅延線６０及びパルス幅発生器６２があ る。

この発明に従って、図４に示されたレーザダイオード制御回路の動作は次のとお りである。画像信号画素の変調データはデータレジスタ２８ヘロードされて、パ ルス幅比較レジスタ３２ヘロードされたしきい値点データと比較される。比較器 ３４は、レジスタ２８におけるデータがレジスタ３２におけるデータより大きけ れば、データＭＵＸ３６にレジスタ２８の内容をデータＤＡＣ３８に転送させて 、ディジタル画素値を、オペアンプ４２によりトランジスタ４４に加えられるア ナログ電圧に変換する。レジスタ２８ヘロードされた画素値がレジスタ３２ヘロ ードされたパルス幅データ値より大きいかぎり、レーザダイオード１８はレーザ 動作曲線の線形レーザ光発生領域において振幅変調モードで動作させられる。ダ イオードブリッジ駆動器５２はスイッチ４６をオンにし且つスイッチ４８をオフ にするので、トランジスタ４４を流れるｉｔ流はスイッチ４６、レーザダイオー ド１日及び抵抗５４を流れる。レーザダイオード１８の光出力は処理装置１４か らの入力信号に線形に関係づけられている。

データレジスタ２８ヘロードされたディジタル画素値がパルス幅比較器レジスタ データより小さいか又はこれに等しい（従ってレーザダイオードがその動作曲線 の非線形発光領域で動作することになる）ときには、比較器３４はデータＭＵＸ ３６がパルス幅データレジスタ４０ヘロードされたデータ語をデータＤＡＣ３８ に転送することを可能にする。これは一定値であり、レーザダイオード動作曲線 （図１）の線形領域にある電流■ｌ、ｖに等しい。パルス幅はプログラム可能な 遅延線６０及びパルス幅発生器６２によって発生される。データレジスタ２８に 収容されたデータ語の値が増大するにつれて、発生されるパルスの幅は増大する ０図３に示されたように、画素Ａ、Ｂ及びＣのパルスに対する電流値は同じであ るが、パルス幅はデータ語の値が画素人から画素Ｃまで変化するにつれて変化す る。

ダイオードブリンジ駆動器５２はスイッチ４６及び４８をオンオフして、パルス 幅期間中はレーザダイオード１８を通して且つ又レーザダイオード１８がオフで ある期間中は高速ダイオード５０を通して電流を導く、ダイオード１８及び５０ 間の高速で切り換わる電流は６０ナノ秒のような小さいパルス幅が達成される結 果を生しる。スイッチ４６及び４８を高速でオンオフすることによって、トラン ジスタ４４のエミッタ電流のｉｔ操縦はトランジスタ４４のエミッタ６４におけ る出力電圧を一定に維持することにより発生される。増幅器４２の閉帰還ループ におけるスイッチの使用はパルス振幅の精度に寄与する。

データＤＡＣ３８の基準電圧は、システム制御器２６から入力端子５８Ａにデー タ入力を受けることによりプログラム可能である利得Ｄ　Ａ　Ｃ，５Ｂによって 設定される。

それゆえ、同じ又は異なったレーザダイオードの動作曲線の異なった傾斜効率の 補償は行われてもよい。オペアンプ４２の周りの帰還による抵抗５４を通る電流 はデータＤＡＣ３８の出力における電圧からオフセントＤＡＣ５６の出力におけ る電圧を引いたものに等しい、オフセットＤＡＣ５６は異なったレーザダイオー ドのレーザ光発生しきい値電流における変化を補償するために使用される。プロ グラム可能なデータ語はシステム制御器２６からＤＡＣ５６の入力端子５６Ａに 入力される。

技術釣利点 レーザダイオード及びこれに対するこの発明の制御回路は、ディジタル画像信号 を使用してレーザダイオードを駆動し、感光性媒体を露光させてディジタル画像 のハードコピー出力を生成する諸応用例において商業的任用性を見いだす、一つ の応用例は医用診断画像化装置により生成されたディジタル画像のハードコピー 放射線写真フィルム画像を作ることである。

ＩＧｌ ＩＧ　２ ！−−−組一一一１ 放肚　プリン　のための レーザ　゛イオードの　・ｉ 放射線写真プリンタは入力画像信号により直接変調されるレーザダイオード光ｆ Ｉ（１８）を持っている。レーザダイオード（１８）には線形レーザ領域及び非 線形低レベル発光領域の二つの動作領域がある。レーザダイオード（１８）はレ ーザ光発生領域においては振幅変調され、又発光領域においてはパルス幅変調さ れる。プログラム可能なディジタル遅延器（６０）はパルス幅変調用信号を発生 し、そしてディジタル比較器（３４）はレーザダイオードが振幅変調モード又は パルス幅変調モードのどちらで動作するかを決定するｅ　ｔ’ａ操縦回路（４４ ）　、　（４６）　、　（４Ｂ）　、　（５０）はパルス幅変調モードで使用さ れて、ダイオードを高速でオンオフ切換えする。更に、プログラム可能なディジ タル−アナログ変換器（５６）　、　（５８）は異なったダイオード傾斜効率及 びしきい値電流における変化を補償するために使用される。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．（ａ）線形レーザ動作領域及び非線形発光領域を有するレーザダイオード、 （ｂ）ディジタル画像信号を加えて前記のレーザダイオードを直接変調するため の装置、 （ｃ）前記の入力信号を前記のレーザダイオードに加えて、前記のレーザダイオ ードを、入力ディジタル画像信号が所定値より上にあるときには前記のダイオー ドの線形レーザ領域において振幅変調モードで、且つ又前記の入力ディジタル信 号が前記の所定値に等しいか又はこれより下にあるときには、前記のレーザダイ オードが前記の線形領域において、前記の入力ディジタル信号レベルにより決定 されるパルス幅で動作させられるパルス幅変調モードで動作させるための制御回 路装置、並びに （ｄ）前記のパルス幅変調モードで前記のレーザダイオードのオンオフの高速切 換えを可能にするための電流操縦回路装置を含んでいる前記の制御回路装置、を 備えているレーザ画像化装置。
2. ２．異なったダイオード動作傾斜効率及び異なったレーザダイオードしきい値電 流を補償するためのプログラム可能な装置を含んでいる、請求項１の装置。
3. ３．前記の電流操縦回路装置がレーザ駆動電流の源、及び前記のレーザダイオー ドが前記のパルス幅変調モードで動作させられるときに、前記のレーザダイオー ドと並列電流路との間で前記のレーザ駆動電流を高速で切り換えるための装置、 を含んでいる、請求項１の装置。
4. ４．ディジタル画像信号を前記のレーザダイオードの駆動のためのアナログ画像 信号で変換するためのデータディジタル−アナログ変換装置を含んでおり、且つ 前記のプログラム可能な装置が、前記のデータ変換装置に接続された利得ディジ タル−アナログ変換器を含んでいて、前記の利得変換装置の利得をプログラム可 能に変化させて異なった動作傾斜特性を補償することができる、請求項２の装置 。
5. ５．前記のプログラム可能な装置が、異なったしきい値電流をプログラム可能に 補償するために前記の電流操縦回路装置に接続されたオフセットディジタルーア ナログ変換器を含んでいる、請求項４の装置。