JPH0556716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、画像信号に基づいて変調されたレー
ザビームを感光材料上に走査させて連続調画像を
記録するレーザ記録装置、特に詳細にはレーザビ
ームの光強度をアナログ的に変調して高階調の画
像を記録できるようにしたレーザ記録装置に関す
るものである。

（従来の技術） 従来より、光ビームを光偏向器により偏向して
感光材料上に走査させ、該感光材料に画像を記録
する光走査記録装置が広く実用に供されている。
このような光走査記録装置において光ビームを発
生する手段の１つとして、半導体レーザが従来か
ら用いられている。この半導体レーザは、ガスレ
ーザ等に比べれば小型、安価で消費電力も少な
く、また駆動電流を変えることによつて直接変調
が可能である等、数々の長所を有している。

しかしながら、その反面この半導体レーザは、
第２図に示すように駆動電流に対する光出力特性
が、LED領域（自然発光領域）とレーザ発振領
域とで極端に変わるので、連続調画像の記録には
適用困難であるという問題が有る。すなわち上記
の駆動電流対光出力特性が線形であるレーザ発振
領域のみを利用して強度変調を行なうと、光出力
のダイナミツクレンジがたかだか２桁程度しかと
れない。周知のように、この程度のダイナミツク
レンジでは高品位の連続調画像を得ることは不可
能である。

そこで例えば特開昭56−115077号、同56−
152372号等に示されるように、半導体レーザの光
出力は一定とするとともに、該半導体レーザを連
続的にON−OFFさせて走査ビームをパルス光と
し、このパルスの数あるいは幅を各画素毎に制御
して走査光量を変化させることにより連続調画像
を記録する試みもなされている。

ところが上記のようなパルス数変調あるいはパ
ルス幅変調を行なう場合には、例えば画素クロツ
ク周波数が1MHzのとき、濃度スケールすなわち
走査光量の分解能を10bit（約３桁）確保しようと
すると、パルスの周波数は少なくとも1GHzと極
めて高く設定しなければならない。半導体レーザ
自体はこの程度の周波数でON−OFFすることも
可能であるが、パルス数制御あるいはパルス幅制
御のためのパルスカウント回路等はこのような高
周波数に対応して作動し得ず、結局は画素クロツ
ク周波数を上記の値よりも大幅に下げなければな
らない。従つて装置の記録速度を大巾に下げざる
ををえない。

さらに上記の方法にあつては、各画素の記録期
間中に出力されるパルスの数あるいは幅に依存し
て半導体レーザチツプの発熱量が変化し、そのた
めに半導体レーザの駆動電流対光出力特性が変化
し、１パルス当りの露光量が変動してしまうこと
もある。こうなると記録画像の階調にズレが生
じ、高品位の連続調画像を得ることは不可能とな
る。

一方、例えば特開昭56−71374号に示されるよ
うに、上記パルス数変調あるいはパルス幅変調
と、前述した光強度変調とを組み合わせて高階調
画像を記録する方法も提案されている。しかしこ
の場合にも、上記のようにパルスの数あるいは幅
に依存して半導体レーザチツプの発熱量が変化
し、その結果１パルス当りの露光量が変動してし
まうという問題が同様に生じる。

上記のことを鑑みると、例えば濃度スケール
10bitつまり1024階調程度の高階調画像を記録す
るには、前述の第２図に示したLED領域とレー
ザ発振領域とに亘つて光強度変調を行なつて、光
出力のダイナミツクレンジを３桁程度確保可能と
することが望まれる。しかし上記２つの領域に亘
ると、半導体レーザの駆動電流対光出力特性は当
然線形ではなくなるので、高階調画像を容易かつ
精度良く記録できるように画像信号の一定量変化
に対して等濃度間隔で画像濃度を制御可能とする
ためには、上記の特性を何らかの方法で補償して
半導体レーザの発光レベル指令信号と光出力との
関係を線形に変える必要がある。

上記半導体レーザの発光レベル指令信号と光出
力との関係を線形にする回路として従来より、レ
ーザビームの光強度を検出し、この検出された光
強度に対応する帰還信号を半導体レーザの発光レ
ベル指令信号にフイードバツクさせる光出力安定
化回路（以下、APC回路と称する）が知られて
いる。第３図はこのAPC回路の一例を示すもの
であり、以下、この第３図を参照してAPC回路
について説明する。半導体レーザ１の発光強度を
指令する発光レベル指令信号Vrefは、加算点２
を通して電圧−電流変換アンプ３に入力され、該
アンプ３はこの指令信号Vrefに比例した駆動電
流を半導体レーザ１に供給する。半導体レーザ１
から前方に出射された光ビーム４は、図示しない
走査光学系を通して感光材料走査に利用される。
一方半導体レーザ１の後方側に出射された光ビー
ム５の強度は、例えば半導体レーザのケース内に
設置された光量モニタ用のピンフオトダイオード
６によつて検出される。こうして検出される光ビ
ーム５の強度は、実際に画像記録に利用される上
記光ビーム４の強度と比例関係にある。該光ビー
ム５の強度、すなわち光ビーム４の強度を示すフ
オトダイオード６の出力電流は、電流−電圧変換
アンプ７によつて帰還信号（電圧信号）Vpdに変
換され、該帰還信号Vpdは前述の加算点２に入力
される。この加算点２からは、上記発光レベル指
令信号Vrefと帰還信号Vpdとの偏差を示す偏差
信号Veが出力され、該偏差信号Veは前記電圧−
電流変換アンプ３によつて電流に変換され、半導
体レーザ１を駆動する。

上述の加算点２から電圧−電流変換アンプ３、
半導体レーザ１、フオトダイオード６、電流−電
圧変換アンプ７を経て加算点２に戻るループで構
成されるAPC回路のループゲインが十分大きく
確保されれば、発光レベル指令信号対半導体レー
ザ光出力の関係は線形となる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のようなフイードバツクループで構成され
ているAPC回路においては、半導体レーザの発
光応答性は、帯域が広いほど高い、狭いほど低く
なる。またLDは利得変化素子であり、APC回路
は光出力が高いほど帯域が広がり応答性が上が
る。つまり応答性が低くて問題となるのは低出力
のときで鮮鋭度が劣化してしまう。APC回路の
帯域を全光量レベルにてアツプできれば問題はな
いが、現実にはオペアンプの高周波特性、光検出
器の接合容量等で制限を受ける。

このような不具合を無くすため、APC回路の
カツトオフ周波数をできるだけ高くとつて低出力
での応答性を上げるように回路設計することも考
えられるが、そのようにすると今度はAPC回路
のループゲインを高く取れず、発光レベル指令信
号対半導体レーザ光出力の関係を線形に補正する
ことが困難になる。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
のであり、APC回路のループゲインを低下させ
ることなく半導体レーザの発光応答性を高めて、
鮮鋭度の高い画像を記録することができるレーザ
記録装置を提供することを目的とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明のレーザ記録装置は、半導体レーザと、
該半導体レーザから射出された光ビームを感光材
料上に走査させるビーム走査系と、画像信号に対
応した発光レベル指令信号を生成し、該信号に基
づいて前記半導体レーザの駆動電流を制御してレ
ーザビームの光強度を変調するレーザ動作制御回
路とを備えたレーザ記録装置において、 上記レーザ動作制御回路に、前述したAPC回
路を設けるとともに、このAPC回路の前段にお
いて発光レベル指令信号を通過させるように配さ
れ、APC回路のカツトオフ周波数近辺から高域
側に向かつてゲインが次第に高くなるように形成
されたフイルタ回路を設けたことを特徴とするも
のである。

上述のフイルタ回路としては、例えばリードラ
グフイルタを用いることができる。

（作用） 上記のようなフイルタ回路とAPC回路とを含
めた系の帯域は、APC回路のみの帯域と比較す
ると、より広いことになる。

（実施例） 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。

第１図は本発明の一実施例によるレーザ記録装
置を示すものである。画像信号発生器１０は、連
続調画像を担持する画像信号Ｓ１を発生する。こ
の画像信号Ｓ１は一例として10bitの濃度スケー
ルの連続調画像を示すデジタル信号である。画像
信号発生器１０は後述するラインクロツクＳ２に
基づいて１主走査ライン分の信号の切り換え、ま
た画素クロツクＳ３に基づいて各画素毎の画像信
号Ｓ１を出力する。本例において画素クロツク周
波数は1MHz、換言すれば１画素記録時間は1μsec
（秒）に設定される。

上述の画像信号Ｓ１はマルチプレクサ１１を通
し、RAMからなる補正テーブル４０において後
述する補正を受けて、例えば16bitの発光レベル
指令信号Ｓ５に変換される。この発光レベル指令
信号Ｓ５はマルチプレクサ１５を介してＤ／Ａ変
換器１６に入力され、ここでアナログの電圧信号
からなる発光レベル指令信号Vrefに変換される。
この発光レベル指令信号Vrefは、APC回路８の
加算点２に入力される。APC回路８の電圧−電
流変換アンプ３、半導体レーザ１、フオトダイオ
ード６、電流−電圧変換アンプ７はそれぞれ、先
に説明した第３図の回路における電圧−電流変換
アンプ３、半導体レーザ１、フオトダイオード
６、電流−電圧変換アンプ７と同様に作動するも
のであり、したがつて半導体レーザ１からは発光
レベル指令信号Vrefに対応した（つまり画像信
号Ｓ１に対応した）強度の光ビーム４が発せられ
る。なお本装置においては加算点２の前段に、発
光レベル指令信号Vrefを通過させるリードラグ
フイルタ５０が配置されているが、これの作用に
ついては後に説明する。

上記光ビーム４はコリメータレンズ１７に通さ
れて平行ビームとされ、次に次第にポリゴンミラ
ー等の光偏向器１８に入射してそこで反射偏向さ
れる。こうして偏向された光ビーム４は、通常fθ
レンズからなる集束レンズ１９に通されて感光材
料２０上において微小なスポツトに集束し、該感
光材料２０上をＸ方向に走査（主走査）する。感
光材料２０は図示しない移送手段により、上記主
走査方向Ｘと略直角なＹ方向に移送され、それに
よつて光ビーム４の副走査がなされる。こうして
感光材料２０は光ビーム４によつて２次元的に走
査され、感光する。前述したように光ビーム４は
画像信号Ｓ１に基づいて強度変調されているの
で、この感光材料２０上には、画像信号Ｓ１が担
持する連続調画像が写真潜像として記録される。
なお上記のように光ビーム４が感光材料２０上を
走査するとき、主走査の始点を該ビーム４が通過
したことが光検出器２１によつて検出され、該光
検出器２１が出力する始点検出信号Ｓ６がクロツ
クジエネレータ３６に入力される。クロツクジエ
ネレータ３６はこの始点検出信号Ｓ６の入力タイ
ミングに同期させて、前述のラインクロツクＳ２
および画素クロツクＳを出力する。

次に感光材料２０は現像機２２に通されて、そ
こで現像処理を受ける。それにより感光材料２０
上には、上記連続調画像が可視像として記録され
る。

ここで、前述の補正テーブル４０における画像
信号Ｓ１の補正について説明する。該補正テーブ
ル４０は階調補正テーブル１２、逆log変換テー
ブル１３、および半導体レーザ１の発光レベル指
令信号対光出力特性を線形に補正する補正テーブ
ル（以下、Ｖ−Ｐ特性補正テーブルと称する）１
４からなる。上記階調補正テーブル１２は、感光
材料２０およびその現像処理系の階調特性を補正
する公知のものである。この階調補正テーブル１
２は、補正特性が固定のものが用いられてもよい
が、本実施例においては、感光材料２０の階調特
性がロツト毎に変化したり、あるいは現像機２２
中の現像液特性が経時変化すること等を考慮し
て、実際の階調特性に対応して補正特性を適宜修
正可能に構成されている。すなわちテストパター
ン発生回路２６からは、感光材料２０上における
何段階か（例えば16段階）の画像濃度を担持する
テストパターン信号Ｓ４が出力され、該信号Ｓ４
はマルチプレクサ１１に入力される。この際マル
チプレクサ１１は、前述のように画像信号Ｓ１を
補正テーブル４０に入力させる画像記録時の状態
から切り換えられて、上記テストパターン信号Ｓ
４を補正テーブル４０に入力させる状態とされ
る。半導体レーザ１はこのテストパターン信号Ｓ
４に基づいて前述のように駆動され、したがつて
光ビーム４が強度変調される。それにより感光材
料２０上には、段階的に濃度が変化する例えば16
個のステツプウエツジ（テストパターン）が写真
潜像として記録される。この感光材料２０は現像
機２２に送られ、上記ステツプウエツジが現像さ
れる。現像後この感光材料２０は濃度計２３にセ
ツトされ、上記ステツプウエツジの各々の光学濃
度が測定される。こうして測定された光学濃度
は、各ステツプウエツジと対応付けて濃度値入力
手段２４に入力され、該濃度値入力手段２４から
は各ステツプウエツジの光学濃度を示す濃度信号
Ｓ７が出力される。この濃度信号Ｓ７はテーブル
作成手段３７に入力され、該テーブル作成手段３
７はこの濃度信号Ｓ７と前記テストパターン信号
Ｓ４とに基づいて、所定の画像信号Ｓ１の値によ
つて所定の画像濃度が得られる階調補正テーブル
を作成する。この階調補正テーブルは前述のよう
に16段階程度の画像信号値をそれぞれ所定の画像
濃度値に対応させるものである。この階調補正テ
ーブルを示すデータＳ８はデータ補間手段３８に
入力され、ここで補間処理がなされて、1024段階
（＝10bit）の画像信号Ｓ１に対応できる階調補正
テーブルが得られる。この階調補正テーブルを示
すデータＳ９に基づいて、前述の階調補正テーブ
ル１２が形成される。

画像信号Ｓ１に基づく画像記録時には、マルチ
プレクサ１１を介して階調補正テーブル１２に入
力された画像信号Ｓ１が、この階調補正テーブル
１２によつて信号Ｓ１′に変換され、次いで逆log
変換テーブル１３により発光レベル指令信号Ｓ
１″に変換される。

次にＶ−Ｐ特性補正テーブル１４について説明
する。APC回路８において、帰還信号Vpdを加
算点２にフイードバツクさせても、発光レベル指
令信号と光ビーム４の強度との関係を理想的なも
の（第４図の実線表示の関係）とすることは困難
である。すなわちこの理想的な関係を得るために
は、APC回路８のループゲインを70dB程度と極
めて高く設定することが必要であるが、現状では
このような高いループゲインを実現することは極
めて難しい。Ｖ−Ｐ特性補正テーブル１４は、上
記の理想的な関係を得るために設けられている。
すなわち、発光レベル指令信号Vrefと半導体レ
ーザ１の光出力との理想的な関係を第５図にａで
示す直線とし、実際の関係を同じく第５図にｂで
示す曲線とすると、Ｖ−Ｐ特性補正テーブル１４
は、発光レベル指令信号Ｓ１″がそのままＤ／Ａ
変換された場合の電圧値がVinであつたと仮定す
ると、この電圧値VinをＶなる値に変換するよう
に形成されている。つまり発光レベル指令信号
Vrefの値がVinであつたとすると、P′の光強度し
か得られないが、上記の変換がなされていれば、
電圧値Vinに対してPoの光強度が得られる。すな
わち発光レベル指令信号Ｓ１″に対応する電圧値
Vinと光出力Pfとの関係は、線形なものとなる。

このようになつていれば、画像信号Ｓ１を所定
量変化させることにより、感光材料２０における
濃度を等間隔で制御できる。また第５図の特性曲
線ｂは、前述したように半導体レーザ１をその
LED領域とレーザ発振領域とに亘つて駆動させ
た場合のものであり、このようにすれば３桁程度
の光出力ダイナミツクレンジが確保されるから、
前述のように1024段階程度の高階調画像を、容易
にかつ高精度で記録できるようになる。

以上述べたように、半導体レーザ１の駆動電流
対光出力特性が非線形であることに起因する発光
レベル指令信号対レーザ光出力特性の非線形性
を、Ｖ−Ｐ特性補正テーブル１４によつて線形に
補正すれば、電圧−電流変換アンプ３、半導体レ
ーザ１、フオトダイオード６、電流−電圧変換ア
ンプ７から加算点２に戻る系で構成されるAPC
回路８のループゲインには、上記非線形性を補正
するのに必要なゲインを含まなくて済むようにな
る。すなわちこのループゲインは、半導体レーザ
１の動作中に生じる過渡的温度変化、あるいは半
導体レーザ１のケース温度一定化制御の誤差やハ
ンチングによる半導体レーザ１の駆動電流対光出
力特性からのズレを補正するために、さらにはア
ンプ等のドリフトを補正するために必要なだけに
確保されていればよい。具体的には、例えば画素
クロツク周波数が1MHzで、半導体レーザ１が光
出力3mWで作動している状態において、上記ル
ープゲインは30dB程度確保されていれば十分で
ある。この程度のループゲインは、現在の技術水
準で容易に確保可能である。

ここで上記Ｖ−Ｐ特性補正テーブル１４の作成
について説明する。第１図の装置には、テーブル
作成装置３５が適宜接続されうるようになつてい
る。このテーブル作成装置３５は、テスト信号発
生回路２７、テーブル作成回路２８およびメモリ
２９からなる。Ｖ−Ｐ特性補正テーブル１４を作
成する際には、上記テスト信号発生回路２７から
レベル可変のデジタルテスト信号Ｓ１０が出力さ
れ、マルチプレクサ１５に入力される。この際該
マルチプレクサ１５は、前述のように発光レベル
指令信号Ｓ５をＤ／Ａ変換器１６に送る画像記録
時の状態から切り換えて、テスト信号Ｓ１０を
Ｄ／Ａ変換器１６に送る状態とされる。またテー
ブル作成回路２８は、APC回路８の電流−電圧
変換アンプ７が出力する帰還信号Vpdが入力され
るように接続される。テスト信号Ｓ１０は、段階
的にレベルが増大あるいは減小するように出力さ
れる。そしてこのときテーブル作成回路２８は、
内蔵するレベル可変信号発生器から、まず最低の
光出力に対応する基準信号を発生させ、該基準信
号と帰還信号Vpdとを比較する。この基準信号
は、第５図における電圧値Vinを有するものであ
る。そしてテーブル作成回路２８は、これら両信
号が一致したときのテスト信号Ｓ１０の値をラツ
チする。このラツチされたテスト信号Ｓ１０が示
す電圧値は、第５図における電圧値Ｖに相当する
ものであるから、上記電圧値VinとＶとの関係が
分かる。テーブル作成回路２８は上記基準信号の
値を1024通りに変えて、それぞれの場合の電圧値
VinとＶとの関係を求める。それにより、先に述
べたように1024段階の電圧値VinをＶに変換する
補正テーブルが作成される。こうして作成された
補正テーブルはメモリ２９に一たん記憶された
後、Ｖ−Ｐ特性補正テーブル１４として設定され
る。こうしてＶ−Ｐ特性補正テーブル１４を作成
した後、テーブル作成装置３５はAPC回路８か
ら切り離される。

次に、前記リードラグフイルタ５０の作用につ
いて説明する。このリードラグフイルタ５０は具
体的には、例えば第６図に回路を示すバツシブフ
イルタから構成されている。このリードラグフイ
ルタ５０のゲインは、第７図ｂで示すように、周
波数₁まではフラツトで、該周波数₁を超えると
次第に増大し、周波数₂を超えると再びフラツト
になるように設定されている。なお第６図の回路
構成においては、 ₁＝１／2πR₁Ｃ ₂＝１／2π｛R₁R₂／（R₁＋R₂）｝Ｃ である。一方APC回路８のゲインは第７図ａに
示すようになつている。すなわち前述した理由に
より、高域側で帯域が制限されている。このよう
に形成されたAPC回路８のカツトオフ周波数を
cとすると、上記リードラグフイルタ５０はほぼ
₁＝cとなるように構成されている。なおAPC
回路８のカツトオフ周波数cは、半導体レーザ１
のゲインとなる微分量子効率がその光出力によつ
て変動することにより変動するが、上記周波数₁
は、最も低いカツトオフ周波数、つまり半導体レ
ーザ１の光出力が最低のときのカツトオフ周波数
cとほぼ等しくなるように設定されている。

APC回路８の前段に上記のようなリードラグ
フイルタ５０が設けられていることにより、該リ
ードラグフイルタ５０からAPC回路８までの系
のゲインは第７図ｃに示すようなものとなる。つ
まりこの系のカツトオフ周波数はc′（＝₂）とな
つて、APC回路８のカツトオフ周波数cよりも
高域側にシフトし、その帯域がAPC回路８の帯
域よりも広がることになる。したがつて半導体レ
ーザ１の発光応答性は、リードラグフイルタ５０
が設けられない場合と比べると、上記のようにし
て帯域が広がつた分だけ向上する。こうして半導
体レーザ１の発光応答性が高くなると、前述のよ
うにして感光材料２０に記録される画像の鮮鋭度
が向上する。

なお上記実施例においては、発光レベル指令信
号Ｓ１″対光出力Pfの関係を線形にするＶ−Ｐ特
性補正テーブル１４が設けられているが、APC
回路８のゲインを例えば70dB程度と十分に大き
く確保できれば、このAPC回路８のみにより第
４図の実線で示す理想的な関係が得られるから、
特に上記のようなＶ−Ｐ補正テーブル１４を設け
る必要はない。

また、光ビーム４を走査させるビーム走査系に
は、入射光強度対光透過率特性が非線形な光学素
子、例えば偏光フイルタや干渉フイルタ、あるい
は開口制限板等が設けられることがあるが、この
ような場合にはＶ−Ｐ補正テーブル１４を、上記
非線形性も補償するように形成するのが好まし
い。

（発明の効果） 以上詳細に説明した通り本発明のレーザ記録装
置においては、半導体レーザの発光応答性を高め
ることができるので、鮮鋭度の高い良質の連続調
画像を記録可能となる。しかも上記発光応答性を
改善する効果は、APC回路の前段に配したフイ
ルタ回路によつて得られるものであり、この効果
を得るためにAPC回路のループゲインが低下す
ることがない。したがつて本発明装置によれば、
半導体レーザの発光レベル指令信号対光出力の関
係を線形に保ち、濃度分解能の優れた精細な連続
調画像を記録可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるレーザ記録装
置を示す概略図、第２図は半導体レーザの駆動電
流対光出力特性を示すグラフ、第３図は半導体レ
ーザ光出力安定化回路の一例を示すブロツク図、
第４図は発光レベル指令信号と半導体レーザ光出
力との関係を示すグラフ、第５図は上記実施例装
置におけるＶ−Ｐ特性補正テーブルの作用を説明
するグラフ、第６図は上記実施例装置に用いられ
たリードラグフイルタの回路図、第７図は上記リ
ードラグフイルタの作用を説明する利得線図であ
る。 １……半導体レーザ、２……加算点、３……電
圧−電流変換アンプ、４，５……光ビーム、６…
…フオトダイオード、７……電流−電圧変換アン
プ、８……APC回路、１０……画像信号発生器、
１４……Ｖ−Ｐ特性補正テーブル、１６……Ｄ／
Ａ変換器、１７……コリメータレンズ、１８……
光偏向器、１９……集束レンズ、２０……感光材
料、３５……テーブル作成装置、５０……リード
ラグフイルタ、Ｓ１……画像信号、Ｓ５，Vref
……発光レベル指令信号、Vpd……帰還信号、
Ve……偏差信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光ビームを発する半導体レーザと、 前記光ビームを感光材料上に走査させるビーム
   走査系と、 画像信号に対応した発光レベル指令信号を生成
   し、該信号に基づいて前記半導体レーザの駆動電
   流を制御して前記光ビームの強度を変調するレー
   ザ動作制御回路とを有するレーザ記録装置におい
   て、 前記レーザ動作制御回路に、前記光ビームの強
   度を検出し、この検出された光強度に対応する帰
   還信号を前記発光レベル指令信号にフイードバツ
   クさせる光出力安定化回路と、 この光出力安定化回路の前段において前記発光
   レベル指令信号を通過させるように配され、前記
   光出力安定化回路のカツトオフ周波数近辺から高
   域側に向かつてゲインが次第に高くなるように形
   成されたフイルタ回路とが設けられていることを
   特徴とするレーザ記録装置。