JPH0618421B2 - レ−ザ記録装置 - Google Patents

レ−ザ記録装置

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JPH0618421B2
JPH0618421B2 JP62036587A JP3658787A JPH0618421B2 JP H0618421 B2 JPH0618421 B2 JP H0618421B2 JP 62036587 A JP62036587 A JP 62036587A JP 3658787 A JP3658787 A JP 3658787A JP H0618421 B2 JPH0618421 B2 JP H0618421B2
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英夫 渡辺
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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って直接変調が
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、
光出力のダイナミッ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ックレンジ
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56−1
52372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O
N−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、例えば画素クロック周波数が1M
Hz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、結局は画素クロッ
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。従って装置の記録速度を大幅に下げざるをえない。
さらに上記の方法にあっては、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
チッ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諧調
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ップの
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
亘って光強度変調を行なって、光出力のダイナミックレ
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ィードバック
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ォトダイオード6によって
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
較関係にある。該光ビーム5の強度、すなわち光ビーム
4の強度を示すフォトダイオード6の出力電流は、電流
/電圧変換アンプ7によって帰還信号(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V
ref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は前述電圧−電流変換アンプ3に
よって電流に変換され、半導体レーザ1を駆動する。
(発明が解決しようとする問題点) 上述のような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。
上記APC回路のループゲインは、そこに含まれるアン
プのゲインや、光検出器、そして半導体レーザ自身のゲ
イン等によって決まるが、半導体レーザのゲインつまり
微分量子効率は、第5図図示のように光出力に応じて変
動する。このように半導体レーザの微分量子効率が変動
しても、APC回路のループゲインが十分に大きく確保
されていれば、発光レベル指令信号対半導体レーザ光出
力の関係は線形に維持できるが、その一方で新たな問題
が発生する。
すなわち半導体レーザの微分量子効率が大きい場合に
は、APC回路のゲインが高くなって半導体レーザの発
光応答性が良くなるので画像の鮮鋭度が高まるが、微分
量子効率が小さい場合には発光応答性が悪化して画像の
鮮鋭度が低くなるばかりでなく、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維持できなくなる。
前述のように半導体レーザの発光強度を変調して連続調
画像を記録する場合には、当然1枚の画像中に強度大の
光ビームで照射される部分(ポジタイプの感光材料にお
いては光濃度部分)強度小の光ビームで照射される部分
(同様に低濃度部分)が存在するから、上述のように半
導体レーザの微分量子効率が光出力に応じて変動する
と、画像の高濃度部分、低濃度部分で鮮鋭度が変わり、
画質が損なわれることになる。
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、半導体レーザの微分量子効率変動による記録画像の
鮮鋭度バラツキを防止し、また発光レベル指令信号対半
導体レーザ光出力関係を線形に維持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有するレーザ記録装置において、 前述したAPC回路を設けるとともに、このAPC回路
内にゲイン調節手段を設け、そして半導体レーザの微分
量子効率変動を補償するように、上記ゲイン調節手段を
発光レベル指令信号に基づいて制御して、APC回路の
ゲインを略一定に維持させるゲイン制御手段を設けたこ
とを特徴とするものである。
(作 用) 上記のようにしてAPC回路のゲインが略一定に保たれ
ると、半導体レーザの発光応答性はその光出力によらず
略一定となるので、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に維持され、また記録画像の線鋭度
は画像濃度に係りなく略一定となる。
(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
ロックS2に基づいて1主走査ライン分の信号を切り換
え、また画像クロック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ック周波数は
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50、半導体レーザ1、フォトダイオード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、フォトダイオード6、電流−電圧変換アンプ7と同
様に作動するものであり、したがって半導体レーザ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。
なお本発明の特徴部分の一つとして、上記電圧−電流変
換アンプ50は乗算型D/A変換器を用いてプログラマブ
ル・ゲイン・アンプとして形成されており、そのゲイン
が変えられるようになっているが、この点は後に詳述す
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、次に例えば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ットに集束し、
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、それによって光ビーム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
よって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
って検出され、該光検出器21が出力する始点検出信号S
6がクロックジェネレータ36に入力される。クロックジ
ェネレータ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、前述のランクロックS2および画素クロ
ック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)14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12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の階調特性がロット毎に変化したり、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はマツリプレクサ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S4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S4に基づいて前述のように駆動
され、したがって光ビーム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個のステップウェッジ(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、上記ステップウェッジが現像される。現像後この感
光材料20は濃度計23にセットされ、上記ステップウェッ
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、各ステップウェッ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
ップウェッ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37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S
1の値によっ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階段(=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S
1が、この階調補正テーブル12によって信号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S1″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。フォ
トダイオード6と電流−電圧変換アンプ7とからなるA
PC回路8を設けて、帰還信号Vpdを加算点2にフィー
ドバックさせても、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70d
B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
て難かしい。上記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6図にaで示す直線とし、実際の関
係を同じく第6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であったと仮定
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であったとすると、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
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。
このようになっていれば、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6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に亘
っ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ッ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によって線形に補正すれば、APC回路8の加算
点2、電圧−電流変換アンプ50、半導体レーザ1、フォ
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、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確保されてい
ればよい。具体的には、例えば画素クロック周波数が1
MHz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っている。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からレベル各変
のデシタルテスト信号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6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S
10の値をラッチする。このラッチされたテスト信号S10
が示す電圧値は、第6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X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階段の
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。
次に前記電圧−電流変換アンプ50のゲイン制御について
説明する。V−P特性補正テーブル14を通された発光レ
ベル指令信号S5は、ゲイン補正テーブル51に入力され
る。このゲイン補正テーブル51は、発光レベル指令信号
S5を受け、該信号S5が示す半導体レーザ1の光出力
に対応する微分量子効率(第5図参照)の逆数値を示す
信号S10を出力するように形成されている。この逆数値
を示す信号S10はプログラマブル・ゲイン・アンプであ
る電圧−電流変換アンプ50に入力される。電圧−電流変
換アンプ50はこの逆数値信号S11を受け、その逆数値に
比例した値にゲインを設定する。第5図に示されるよう
に半導体レーザ1の微分量子効率すなわちゲインはその
光出力に応じて変動するが、上記のように電圧−電流変
換アンプ50のゲインが制御されることにより、APC回
路8を含むレーザ動作制御回路のトータルのゲインは、
半導体レーザ1の光出力によらず略一定に保たれること
になる。そうなれば、半導体レーザ1の発光応答性はそ
の光出力に係りなく略一定となるので、該半導体レーザ
1の光出力が比較的高い場合(感光材料20がネガタイプ
のときは高濃度部分を記録する場合)でも、また反対に
半導体レーザ1の高出力が低い場合(同様に低濃度部分
を記録する場合)でも、感光材料20に記録される画像の
鮮鋭度は略一定に保たれる。
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補正テーブル14
が設けられているが、APC回路8のループゲインを例
えば70dB程度と十分に大きく確保できれば、このAP
C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
フィルタや干渉フィルタ、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。
また上記実施例においては、電圧−電流変換アンプ50が
プログラマブル・ゲイン・アンプとして形成されている
が、このアンプ50はゲイン一定のアンプとし、該アンプ
50に入力される前の電圧信号を増幅するアンプを設け
て、このアンプをプログラマブル・ゲイン・アンプとす
る等して半導体レーザ1の微分量子効率変動を補償する
ようにしても構わない。
(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、連続調画像記録のために半導体レーザの光出力が
変えられてその微分量子効率が変動しても、半導体レー
ザの発光応答性は略一定に保たれるようになっている。
したがって本発明装置によれば、記録画像の鮮鋭度を画
像濃度に係りなく略一定に保ち、また発光レベル指令信
号対半導体レーザ光出力の関係も線形に維持して、高画
質の連続調画質を記録可能となる。
【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
ロック図、 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図は半導体レーザの光出力と微分量子効率との関係
を示すグラフ、 第6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である。 1……半導体レーザ、2……加算点 3、50……電圧−電流変換アンプ 4、5……光ビーム、6……フォトダイオード 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 40……補正テーブル、51……ゲイン補正テーブル S1……画像信号 S5、Vref……発光レベル指令信号 S11……逆数値信号、Vpd……帰還信号 Ve……偏差信号

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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ィード
    バックさせる光出力安定化回路と、 この光出力安定化回路内に配されたゲイン調節手段と、 前記半導体レーザの微分量子効率変動を補償するよう
    に、前記ゲイン調節手段を前記発光レベル指令信号に基
    づいて制御して、前記光出力安定化回路のゲインを略一
    定に維持させるゲイン制御手段とが設けられていること
    を特徴とするレーザ記録装置。
JP62036587A 1987-02-19 1987-02-19 レ−ザ記録装置 Expired - Lifetime JPH0618421B2 (ja)

Priority Applications (2)

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JP62036587A JPH0618421B2 (ja) 1987-02-19 1987-02-19 レ−ザ記録装置
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