JPH0710089B2 - 光ビーム記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザ等の光源からの光ビームを記録
媒体上に走査して画像記録を行なう光ビーム記録装置に
関する。

〔従来の技術〕

デジタルで表現されたハーフトーン画像を感光性の記録
媒体上へ記録する装置として、従来から広く用いられて
いるものに光ビーム記録装置がある。これは画像濃度に
比例して強度変調されたレーザビームを光偏向器により
偏向し主走査とし、フイルムやドラム等の記録媒体を主
走査方向と垂直に移動させて副走査として、該記録媒体
上に画像記録するものである。

上記のレーザビームを発生する手段として、半導体レー
ザは現在最も安価で小型であり、駆動電流によって直接
強度変調が行なえる特長を持つ。

半導体レーザの光出力を強度変調する方式としてはアナ
ログ変調、パルス幅変調、パルス数変調、およびアナロ
グ変調およびパルス幅／数変調を組み合わせた方式等様
々なものが考えられている。

またこれらとは別に、半導体レーザを画素内で鋸歯状も
しくは三角波状等の漸次上昇する波形の電流によって駆
動する方式が、特願平１−243771号にて提案されてい
る。これは比較的簡単な構成にて温度変動等に影響を受
けず安定したハーフトーン画像が得られる。この方式に
ついて以下簡単に説明する。

第７図のグラフ第Ｉ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る。半導体レーザチツ
プの温度がT₀、T₁、T₂（T₀＜T₁＜T₂）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。又、第IV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。図に示すよ
うに駆動電流を半導体レーザの温度T₀におけるレーザ発
振をはじめる最低の電流i₀まで急速に上昇させ、それ以
降は比較的ゆっくりと直線状に上昇させる。又、第II象
限は横軸に時間をとったもので、第IV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i₀以下に低減させる。このと
き温度T₀の時は第II象限でT₀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（T₁、T₂＞T₀）の
ときは第Ｉ象限のグラフで示されるようにレーザ発振を
開始する電流はi₀より大きいため、第II象限の三角波状
の光出力のグラフは図に示すように時間的には遅れたも
のになる。しかし前述のよう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じ形状になり、ただ時間
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P₁を変化させて行なう。

光出力がP₁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としても良いし、又、
直線状に徐々に低減させ三角波状としても良く、これに
よって露光量は温度変動に依存しなくなる。

以上の動作を光ビーム記録装置の１画素を記録する期間
内で行なう。この場合温度変動により１画素内の露光位
置は変化する記録中に大幅に変動することはなく、レー
ザビームのスポツト径の広がりによりカバーされ肉眼で
は画素内の移動は認められない。

また半導体レーザの種類によっては温度変動によりスロ
ープ効率ηも変化するものがあるが、温度変動が小さい
場合はほぼ平行に特性が推移するため、その範囲内で用
いれば問題はない。

〔発明が解決しようとしている課題〕 さて、かかる方式で半導体レーザを駆動する場合、以下
の課題を有する。

光ビーム記録装置で描画する場合、描画開始位置を正確
に検出する必要がある。通常はレーザビームの主走査線
の延長線上の感光材料の外部にフオトダイオードもしく
はフオトトランジスタ等の光電変換素子を配置し、かか
る点をレーザビームが通過した時点を検知することによ
り行なわれる。

ところが前述の鋸歯状波や三角波のように常に光出力が
変動するものを検出して位置検知を行なうと、光出力の
変動により検出時点が微妙にずれてしまい、これによっ
て得られる画像の精度が劣化してしまう可能性がある。

本発明は上記駆動方式を用いた光ビーム記録装置におい
て、走査光ビームの基準位置を正確に検知することがで
き高精度が画像な得られる装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

上記課題を解決する本発明の光ビーム記録装置は、光ビ
ームを発生する光源と、複数の画素を順に露光するため
に前記光ビームを走査する走査手段と、前記光ビームの
走査基準位置を検知するために前記光ビームを検出する
検出手段と、各画像ごとに各画素の露光量を設定する設
定手段と、各画素内で前記光源の光出力を徐々に上昇さ
せながら各画素の露光量が前記設定手段で設定された露
光量となるように前記光源の光出力を制御し、前記光ビ
ームが前記検出手段を通過する際には前記光源の光出力
が一定となるように前記光源の光出力を制御する制御手
段を有することを特徴とするものである。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例の光ビーム記録装置の全体構成
を示したものであり、47はハーフトーンを出すための半
導体レーザ駆動回路である。15は半導体レーザ、16はPI
Nフオトダイオードであり、フオトダイオード16は、ハ
ーフミラー54で分光されたレーザビームをモニタしてい
る。46はコリメータレンズ等の光学系を表わし、半導体
レーザ15からの光を平行光にしている。54はビームスプ
リツタ、40は主走査を行なう回転多面鏡であり、41は光
ビームを感光材料に垂直な方向に折り曲げる折り返し鏡
である。53は主走査毎の同期をとるために主走査の始ま
りを検知（ビーム検知）するフオトダイオードである。
44はフイルム等の未感光の感光材料を収納するサプライ
マガジン、45は感光済の感光材料を収納するレシーブマ
ガジンであり、42は副走査を済うためのモータである。
52は感光材料モータ42に接続され感光材料の副走査を行
なうためのローラであり、43はフイルム等のシート状感
光材料である。又、48は光ビーム記録装置による描画全
体をコントロールするコントローラであり、フオトダイ
オード53の出力によって同期をとりながら、画像データ
が記憶される画像メモリ49の内容に基づいて半導体レー
ザ駆動回路47に信号を送り半導体レーザ15のコントロー
ルを行なう。

感光材料43は不図示の搬送手段でローラ52まで送られ、
ローラ52によって低速で副走査しながら光ビームで感光
記録を行ない、感光済の感光材料はレシーブマガジン45
に収納される。

次に、第２図において１つのブロツクとして表わした半
導体レーザ駆動回路47の詳細なブロツク図を第１図に示
し説明する。

第１図において15、16は前述の半導体レーザおよびフオ
トダイオードであり、フオトダイオード16の出力は電流
／電圧変換器７にて電圧に変換され、その出力は比較器
11に接続される。13は発光量を制御する設定値であり、
記録画素の濃度に応じて設定されるデイジタルデータで
ある。12は画素データ13をアナログ値に変換するデイジ
タル／アナログ変換器である。11は検出された光出力と
アナログ変換された画素データを比較する比較器、９は
セツト／リセツトを入力の立ち上がりエツジで行なうフ
リツプフロツプである。１は画素データの変化に同期し
た画素クロツクであり、フリツプフロツプ９は画素クロ
ツク１の立ち上がりエツジでセツトされ、比較器11の出
力の立ち上がりエツジでリセツトされる。２は画素クロ
ツクに同期した鋸歯状波を出力する鋸歯状波発生回路で
ある。８は半導体レーザを連続発振させるための定電圧
設定値V_Aを表わす。３は鋸歯状波もしくは８の定電圧設
定値V_Aを切り換えるマルチプレクサ、４はマルチプレク
サ３で選択された鋸歯状波もしくは定電圧を半導体レー
ザ15の駆動電流Idに変換する電圧／電流変換器である。
５は駆動電流Idを遮断するためのスイツチ手段を表わ
す。フリツプフロツプ９の出力Ｑはスイツチ５オンもし
くはオフするために用いられるが、連続発振時には強制
的にオン状態にしなければならず。マルチプレクサ10は
フリツプフロツプ９の出力とON状態を切り換えるために
用いられる。７はフオトダイオード光電流Imを電圧値に
切り換えるための電圧／電圧変換器である。６はレーザ
発振をを強制的に停止させるためのスイツチ手段であ
り、外部からの入力18によって制御され、ハイレベルな
らオン、ローレベルならオフを行なう。17は鋸歯状波に
よる発振か又は連続発振かの切り換えを制御するための
信号で、ハイレベルで連続発振、ローレベルで鋸歯状波
による発振を行う。

まず、通常のハーフトーン画像を形成する時の動作を第
４図のタイミグチヤートに従って説明する。画像を形成
する時は第１図の外部からの制御信号17はローレベルで
マルチプレクサ３では鋸歯状波、マルチプレクサ10はフ
リツプフロツプの出力を選択している。そして18はハイ
レベルであり、スイツチ６をオン状態に設定している。
第４図においてｃは画素クロツクを表わす。ｅは画素ク
ロツクに同期して入力される画素データをデジタル／ア
ナログ変換器12で変換したアナログ値を示す。Ｑはフリ
ツプフロツプ９の出力であり、スイツチ５のオンオフを
制御する。Vdは鋸波発生器２の出力であり、電圧／電流
変換器４の入力で、V₀は半導体レーザ15をレーザ発振さ
せるための最小電流に対応するオフセツトである。Idは
半導体レーザ15の駆動電流であり、Ｑがオンの時にはVd
に従った電流が流れ、オフの時は電流が流れない。Ｌは
半導体レーザ15の光出力である。Rsは比較器11の出力で
あり、アナログ／デジタル変換器12の出力ｅが光出力の
検出値である電流／電圧変換器７の出力よりも大きい時
はハイレベルになり、逆に小さい時はローレベルにな
る。Rsの立ち上がりエツジでフリツプフロツプ９の出力
Ｑがリセツトされる。

第４図において29の立ち上がりエツジによってフリツプ
フロツプ９の出力Ｑがハイレベルになりスイツチ５がオ
ンになる。半導体レーザ15はスイツチ５がオンとなると
同時にレーザ発振を始める。光出力Ｌがアナログ／デジ
タル変換器の出力より大きくなるとRsがハイレベルにな
り、その立ち上がりエツジ30でフリツプフロツプ９がリ
セツトされ光出力を遮断する。

以上の操作により、温度変動に依存しないハーフトーン
画像の描画が行なわれる。

なお、この回路構成では光出力が設定値を越えた時点で
駆動電流を遮断する方式であるが、その時点から電流を
低速度で徐々に下降させ三角波状の電流駆動にしても良
く、容易に構成できる。又、駆動電流は必ずしも零にす
る必要はなく、レーザ発振を行う最低の電流以下にすれ
ば良い。

さて以上は画像描画のみについて説明したものである
が、第２図のコントローラ48はそれ以外の制御も行なう
ようになっている。第５図は１ラインの画像を描くため
のコントローラ48の制御する制御信号17、18を図示した
ものである。上から半導体レーザの駆動電流、次が連続
発振制御信号17、下が発振停止制御信号18である。同図
において60の区間が画像１行分の期間である。61の期間
はビーム検知手段であるフオトダイオード53（第２図）
へ光を入力するための発光期間であり、信号17、18は共
にハイレベルにする。この期間、半導体レーザは連続発
振を行なう。62の期間はビームが感光材料へ到達するま
での期間であり、ローラ等でビームが乱反射し、感光材
料が露光するのを防ぐためにレーザ発振を強制的に停止
させるために18の信号をローレベルにする。63は画像描
画期間であり前述の鋸歯状波もしくは三角波状の光でハ
ーフトーンの画像を描いている。64は画像描画終了後か
ら次の行までの期間であり、ローラもしくは回転多面鏡
の角部等でのレーザビームの乱反射を防ぐためにレーザ
発振を強制的に停止させるために、この期間内、18の信
号をローレベルにする。

次にかかるタイミングのコントロールを行なう第２図で
のコントローラ48内の詳細なブロツク図を第３図に示
す。同図において73は画素クロツクのｎ倍（通常ｎ≧
８）の発振周波数をもつ発信器、74は73の発振周波数を
ｎ分周するための分周器としてのカウンタである。77は
比較器であり53のフオトダイオードの出力電流がある一
定値以上なった瞬間にハイレベルを出力する。

76は比較器77の出力を受けて各カウンタのリセツトパル
スを作り出す単安定マルチバイブレータ（ワンシヨツト
マルチバイブレータ）である。74のカウンタはこのリセ
ツトパルスでクリアされ、その時点からｎ倍周波数のク
ロツクを分周しはじめる。従ってカウンタ74の出力を画
素クロツクとして用いると少なくとも１画素の1/nの精
度で画素クロツク位相とビームの位置の同期がとれるこ
とになる。

75は画素クロツクを計数するカウンタでありこのカウン
ト値によりレーザビームの位置を読みとれる。

70、71、72はそれぞれ第５図のタイミングチヤートで、
69の位置から計数して70、71、72で示した時点での値で
あり、あらかじめ設定しておく。第３図にもどって、7
8、79、80はデジタル値の比較器であり、それぞれ２本
の入力が等しい時にパルスを出力する。81、82は双安定
マルチバイブレータ（トグルフリツプフロツプ）であ
り、Ｔ入力にパルスが入る毎に出力Ｑを反転させ76の出
力によりクリアされるものである。そして双安定マルチ
バイブレータ81の出力は第１図のレーザ発振強制停止信
号18として用いられ、双安定マルチバイブレータ82の出
力は連続発振制御信号17として用いられる。83は画像メ
モリから画像データを読み出し、画素クロツク１に同期
して半導体レーザ駆動回路へ出力する回路ユニツトであ
り、比較器78の出力からはじまり、１ライン分の画像デ
ータを画素クロツクに従って出力する。

次に動作を説明する。フオトダイオード53へ光が入る
と、比較器77および単安定マルチバイブレータ76の働き
により双安定マルチバイブレータ81、82の出力が共にロ
ーレベルにクリアされる。すなわち第５図の62の期間が
作られる。次にカウンタ75のカウント値が進み70で示さ
れる値と等しくなった時点で、比較器78はパルスを出力
し双安定マルチバイブレータ81の出力が反転し、第５図
の63の期間が作られる。この期間では83で示した回路ユ
ニツトが画像データを画素クロツクに従って出力する。
さらにカウンタ75のカウント値が進み71で示される値と
等しくなった時点で画像の描画は終了し、比較器79はパ
ルスを出力し、双安定マルチバイブレータ81の出力が再
び反転し第５図の64の期間が作られ、レーザ発振は停止
する。さらにカウンタ75のカウント値が進み、72で示さ
れる値と等しくなった時点で比較器80がパルスを出力
し、双安定マルチバイブレータ81、82の出力が共に反転
し両者がハイレベルを出力するようになり、第５図の61
の期間が作られ、半導体レーザ15は連続発振して次のビ
ーム位置検知のタイミングを待つ。連続発振による光出
力は常に一定であると考えられ、フオトダイオード53上
を通過した時点は正確に検知できるようになる。

〔他の実施例〕

次に本発明のより好ましい他の実施例のブロツク図を第
６図に示すが、先の第１図と同一の符号は同一又は同等
の部材を表わす。全体の動作は上記実施例と同様である
ため説明は省略する。

第６図は半導体レーザコントローラのブロツク図である
第１図の一部を修正したものである。第１図と異なる点
は、差動アンプ80が付加され、連続発振のための定電圧
設定値８と、フオトダイオード16の出力電流を電流−電
圧変換器７により電圧に換算した値とを差動アンプ80で
比較し、フイードバツクループを形成していることであ
る。この構成により連続発振時には所謂APC（Auto Powe
r Control）がかけられた状態になりビーム位置検知の
際の半導体レーザの出力は外気温等の外部環境の変動に
かかわらず一定値に制御される。

位置検知をフオトダイオード53上のビーム強度により行
なう場合、半導体レーザの連続発振光出力が安定してい
ることが望ましい。本実施例によれば、半導体レーザの
光出力は常に一定になるようフイードバツク制御される
ため、先の実施例に対し更に安定した位置検知が行なえ
る。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、各画素内で光源の
光出力を徐々に上昇させながら各画素の露光量が設定手
段で設定された露光量となるように光源の光出力を制御
し、光ビームが検出手段を通過する際には光源の光出力
が一定となるように光源の光出力を制御する制御手段を
設けたことにより、安定したハーフトーン画像が得られ
ながら同時に正確な位置検出ができ、より高精度な画像
が得られる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の半導体レーザ制御回路のブロツク図、 第２図は本発明に係る光ビーム記録装置の全体構成図、 第３図は第２図でのコントローラのブロツク図 第４図は描画時のタイミングチヤート図、 第５図は１ライン記録時のタイミングチヤート図、 第６図は他の実施例による半導体レーザ制御装置のブロ
ツク図、 第７図は描画時の半導体レーザ駆動を説明するための
図、 であり、図中の主な符号は、 ３、10……マルチプレクサ、 ４……電圧／電流変換器、 ７……電流／電圧変換器、 11……比較器、 15……半導体レーザ、 16……フオトダイオード、 53……フオトダイオード、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを発生する光源と、複数の画素を
   順に露光するために前記光ビームを走査する走査手段
   と、前記光ビームの走査基準位置を検知するために前記
   光ビームを検出する検出手段と、各画素ごとに各画素の
   露光量を設定する設定手段と、各画素内で前記光源の光
   出力を徐々に上昇させながら各画素の露光量が前記設定
   手段で設定された露光量となるように前記光源の光出力
   を制御し、前記光ビームが前記検出手段を通過する際に
   は前記光源の光出力が一定となるように前記光源の光出
   力を制御する制御手段を有することを特徴とする光ビー
   ム記録装置。
2. 【請求項２】前記制御手段は各画素の露光時と前記走査
   基準位置の検知時以外は前記光源からの光ビームの発生
   を停止させる請求項１に記載の光ビーム記録装置。