JPH07186452A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 解像度を低下させることなく、階調数を増し
て画質の優れた多階調画像を形成する。 【構成】 半導体レーザ１３から画像データに応じて変
調され出射されたレーザ光が感光体１６を走査して形成
された静電潜像を現像して顕画像を得る画像形成装置で
あって、レーザ変調データ出力回路１１はそれぞれ入力
するクロックＶＣＬＫに同期し、画像データに応じたＰ
ＷＭ変調データとＰＭ変調データとを合成したレーザ変
調データを出力する。高速な光・電気負帰還ループを備
えたレーザ駆動回路１２は、入力するレーザ変調データ
に応じてＰＷＭ及びＰＭ変調された駆動電流によって半
導体レーザ１３を駆動し、その光出力を正確に制御す
る。従って、階調数を大幅に増すことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザから出
射される画像データに応じて変調されたレーザ光により
感光体を走査して静電潜像を形成し、この静電潜像を現
像して顕画像を得る画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザの出力光を画像
データにより変調して、例えばポリゴンミラー等により
走査して感光体に静電潜像を形成し、これを現像して顕
画像を得る画像形成装置が知られているが、一般に半導
体レーザの出力は温度等により大幅に変動するので、周
囲温度の変化や半導体レーザ自体の発熱によって画像濃
度が変化することが多かった。

【０００３】そのため、レーザ駆動回路には半導体レー
ザの光出力を検出してその駆動電力にフィードバックす
るＡＰＣ制御(Automatic Power Control）が用いられて
いた。このＡＰＣ制御によってレーザ光の光出力が安定
し濃度変化を防止できるようになったため、２値画像の
画質が格段に向上すると共に、多階調画像の形成も行な
われるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多階調
の画像データに応じて半導体レーザの光出力を制御する
パワー変調方式、あるいは光出力を一定にしたままオン
デューティの時間を制御するパルス幅変調方式は、表現
し得る階調数が少ないため、写真のような連続階調画像
を形成しようとしても画質が低下して満足出来ないとい
う問題があった。

【０００５】また、例えばディザマトリックス処理等の
面積変調方式は、理論的にはいくらでも階調数を大きく
することが可能であるが、階調数に反比例して面積解像
度が低下する、即ち階調数の平方根に反比例して解像度
が低下するから、それによる画質の低下が避けられず、
実用上あまり階調数を増すことが出来なかった。

【０００６】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、解像度を低下させることなく階調数を増して、
画質の優れた多階調画像を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、半導体レーザから画像データに応じて変
調されて出射されるレーザ光により感光体を走査して静
電潜像を形成し、この静電潜像を現像して顕画像を得る
画像形成装置において、画像データを入力し、該データ
のレベルに応じて画素毎にパルス幅変調データとパワー
変調データとからなるレーザ変調データを出力するレー
ザ変調データ出力手段と、該レーザ変調データ出力手段
から出力されるレーザ変調データに応じて半導体レーザ
をパルス幅変調及びパワー変調する半導体レーザ駆動手
段とを設けたものである。

【０００８】また、レーザ変調データ出力手段に、画像
データのクロックの周期を細分したパルスを出力する位
相ロックループを設けるとよい。

【０００９】さらに、レーザ変調データ出力手段に、パ
ルス幅変調されたパルスの位置を示す位置情報が入力さ
れた時に該位置情報に応じてパルス幅変調されたパルス
の位相を変更させる位相変更手段を設けてもよい。

【００１０】

【作用】この発明による画像形成装置は、レーザ変調デ
ータ出力手段が入力する画像データのレベルに応じて画
素毎にパルス幅変調データとパワー変調データとからな
るレーザ変調データを出力し、該レーザ変調データに応
じて半導体レーザ駆動手段が半導体レーザをパルス幅変
調及びパワー変調する。

【００１１】したがって、半導体レーザが出力する光出
力は、パルス幅変調とパワー変調との相乗効果によりそ
の変調度すなわち階調数が大幅に増大し、しかも解像度
の低下がないから画質の優れた多階調画像が得られ、特
に低濃度部での階調再現性が高くバンディングの少ない
画質が得られる。

【００１２】また、レーザ変調データ出力手段に設けた
位相ロックループは、画像データのクロックに同期して
該クロックの周期を細分したパルスを出力するから、該
パルスによりパルス幅変調データょ形成して出力すれ
ば、ジターが少なくリニアリティのよいパルス幅変調が
得られる。

【００１３】さらに、レーザ変調データ出力手段に設け
た位相変更手段は、ホストマシン等から位置情報が入力
された時に該位置情報に応じてパルス幅変調されたパル
スの位相を変更するから、解像力の低下を伴なうことな
くディザマトリックス処理を施したような効果が得ら
れ、方向性のない滑らかな多階調画像が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
具体的に説明する。図１はこの発明の一実施例の要部を
示す構成図である。図１に示した実施例において、レー
ザ変調データ出力回路１１は、入力した画像データをそ
のレベルに応じてレーザ光をＰＭ（パワー）変調及びＰ
ＷＭ（パルス幅）変調するためのレーザ変調データに変
換する。レーザ変調データはレーザ駆動回路１２によっ
てＰＷＭ変調されたアナログ信号に変換され、半導体レ
ーザユニット１３の駆動信号となってレーザ光を変調す
る。

【００１５】なお、画像データ及び位置情報である２ビ
ットの位置コードは、それぞれ図示しない画像処理ゲー
トアレイからビデオ変調ゲートアレイに入って所定の処
理がなされた後、レーザ変調データ出力回路１１に入力
される。ビデオクロックＶＣＬＫは、ビデオ変調ゲート
アレイからレーザ変調データ出力回路１１に入力され
る。

【００１６】半導体レーザユニット１３は、レーザ駆動
回路１２から入力する駆動信号により駆動される。半導
体レーザユニット１３から出射されるレーザ光は、回転
駆動されるポリゴンミラー１４により偏向され、ｆθレ
ンズ１５によりスポットに結像されて感光体１６上を走
査し、画像データに応じた静電潜像が形成される。

【００１７】感光体１６上に形成された静電潜像は、現
像によりトナー像に変換されて可視の顕画像になった
後、別に送られて来た用紙に転写され、加熱により用紙
上に定着されて画像が形成される。

【００１８】図２は、図１に示したレーザ変調データ出
力回路１１，レーザ駆動回路１２及びレーザユニット１
３の構成の一例を示す回路図である。レーザ変調データ
出力回路１１は、位相比較器２１，ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）２２，及びアナログＶＣＯ（電圧制御発振
器）２３からなる位相ロックループであるＰＬＬ回路２
４と、パルス発生ロジック・セレクタ２５とにより構成
されている。

【００１９】位相比較器２１は、アナログＶＣＯ２３の
出力と、図示しないビデオ変調ゲートアレイから入力す
るビデオクロックＶＣＬＫとの位相を比較して、位相差
信号を出力する。その位相差信号はローパスフィルタ２
２を通って参照電圧ＶREF に変換され、その参照電圧Ｖ
REF に応じてアナログＶＣＯ２３は出力パルスの周波数
を変化させる。

【００２０】図３は、図２に示したアナログＶＣＯ２３
の構成の一例を示す回路図である。図３に示したアナロ
グＶＣＯ２３は、直列３段のインバータＩ1 ，Ｉ2 ，Ｉ
3を遅延素子として用いたリングオシレータにより構成
される。各インバータ Ｉ1〜Ｉ3 の遅延時間は、ローパ
スフィルタ２２から入力する参照電圧ＶREF （に応じて
電流値が変化する定電流源）によって制御される。

【００２１】一般に、インバータの段数をｎ、ビデオク
ロックＶＣＬＫの周期をＴとすれば、各タップ出力Ｔ1
，Ｔ2 ，Ｔ3 は図４の（Ａ）に示すように、遅延時間
τ＝Ｔ／（２ｎ）ずつ遅延し、順に位相が反転した出力
となる。このように、アナログＶＣＯ２３は、ビデオク
ロックＶＣＬＫに同期し、その周期を細分したタップ出
力Ｔ1 〜Ｔ3 を出力する。

【００２２】なお、インバータＩ1 〜Ｉ3 の遅延時間τ
は、例えばインバータが片チャネルの定電流源をもつＭ
ＯＳインバータであれば、その定電流源の出力電流を参
照電圧ＶREF で制御すればよい。また、図３では３段の
例を示したが、段数ｎは奇数であればよく、もし偶数で
あれば最終段の出力を位相反転して初段に戻す必要があ
る。

【００２３】図２に戻って、アナログＶＣＯ２３のタッ
プ出力Ｔ1 〜Ｔ3 は、パルス発生ロジック・セレクタ２
５に入力する。パルス発生ロジック・セレクタ２５は、
図示しないビデオ変調ゲートアレイからそれぞれ入力す
る画像データのレベルと位置コードとに応じてＰＷＭ変
調されたパルスを出力する。

【００２４】図４は、パルス発生ロジック・セレクタ２
５に入出力する各パルスの一例を示す波形図であり、図
４の（Ａ）はアナログＶＣＯ２３から入力するタップ出
力Ｔ1 〜Ｔ3 を示し、図４の（Ｂ）以降はパルス発生ロ
ジック・セレクタ２５がそれぞれ出力するパルスであっ
て、同図の（Ｂ）は左モードのパルス１〜５、同図の
（Ｃ）は中モードのパルス６〜１０、同図の（Ｄ）は右
モードのパルス１１〜１５をそれぞれ示している。

【００２５】すなわち、パルス発生ロジック・セレクタ
２５は、ＰＬＬ回路２４からタップ出力Ｔ1 〜Ｔ3 を入
力してそれらのノットをとった後、入力する画像データ
のレベルに応じて画素毎にそれぞれ設定したＰＷＭ変調
データとＰＭ変調データのうち、そのＰＷＭ変調データ
と２ビットの位置コードとに応じて、タップ出力Ｔ1〜
Ｔ3 及びそれらのノット出力を、アンド又はオアのロジ
ックの組み合わせによって論理演算を行なう。

【００２６】その結果、位置情報が左モードを指示すれ
ば図４の（Ｂ）に示したように、左から右にパルス幅を
増加させる左モードのパルス１〜５を、中モードを指示
すれば図４の（Ｃ）に示したように、中央から右にパル
ス幅を増加させる中モードのパルス６〜１０を、右モー
ドを指示すれば図４の（Ｄ）に示したように、右から左
にパルス幅を増加させる右モードのパルス１１〜１５を
発生する。

【００２７】なお、図４の（Ｂ）にはパルス１乃至パル
ス５のすべての波形とその論理を示しているが、同図の
（Ｃ）及び（Ｄ）では途中を省略してある。しかしなが
ら、省略したパルスの波形とその論理も同様に得られる
ことは明らかである。また、図中には示していないが１
周期すべてハイであるパルスをパルスＭとすれば、パル
スＭはタップ出力Ｔ1 とそのノットのオアで得られる。

【００２８】パルス発生ロジック・セレクタ２５は、入
力する画像データのレベルに応じて画素毎に、以上説明
したＰＷＭ変調データであるパルスＰ（Ｐ＝１〜１５，
Ｍ）と、以下説明するＰＭ変調データである（ディジタ
ル）データＤを設定し、パルスＰとデータＤとの複合信
号であるレーザ変調データを出力する。

【００２９】例えば、ＰＷＭ値が１〜６の６値、ＰＭ値
が４ビットでデータＤ（Ｄ＝０〜１５）の１６値である
とすれば、画像データのレベル値０〜９０に対応した９
１階調を表現することが出来ることを、図５及び図６を
参照して説明する。

【００３０】図５及び図６の（Ａ）はそれぞれ論理回路
の一例、同じく（Ｂ）は論理回路の左に付記したデー
タ，パルスの一例が入力した時に出力されるレーザ変調
データのディジタルレベルとタイミングを示す波形図で
ある。

【００３１】図５の（Ａ）に示したアンド回路４０から
なる論理回路において、ラインに斜線を付したデータ入
力ラインとレーザ変調データ出力ラインはそれぞれ４ビ
ットラインであり、入力データの各ビットがそれぞれパ
ルスとのアンドがとられて出力される。図６の（Ａ）も
同様である。

【００３２】付記したように、データ１５（ＰＭ値Ｄ＝
１５）と図４の（Ｂ）に示したパルス１とがアンド回路
４０に入力すると、出力されるレーザ変調データ（以下
「出力データ」ともいう）の波形は、図５の（Ｂ）に示
したように、データ１５がビデオクロックＶＣＬＫの周
期Ｔの１／６だけ出力され、残りの５／６はレベル０で
ある。これは１５×１＝１５であるから、出力データ１
５になる。

【００３３】アンド回路４０にデータ５とパルス３とが
入力しても、データ３とパルス５とが入力しても、出力
波形は変化するが、出力データ１５は変わらないから、
同じ濃度になる。すなわち、パルス発生ロジック・セレ
クタ２５が出力するレーザ変調データは、ディジタルの
ＰＭ変調データがＰＷＭ変調データによってパルス幅変
調されたものである。

【００３４】図６の（Ａ）に示したアンド回路４０ａ，
４０ｂとその出力のオアをとるオア回路４１とからなる
論理回路において、アンド回路４０ａ，４０ｂにそれぞ
れ入力するデータをデータＤａ，Ｄｂ、パルスをパルス
Ｐａ，Ｐｂとする。

【００３５】付記したように、それぞれデータＤａ，Ｄ
ｂとしてデータ１５，８が、パルスＰａ，Ｐｂとしてパ
ルス１，２が入力すれば、出力データの波形は図６の
（Ｂ）に示したように、クロックＶＣＬＫの周期Ｔの始
めの１／６はデータ１５が、次の１／６はデータ８が、
残りの２／３はレベル０である。すなわち、１５×１＋
８×１＝２３であるから、出力データ２３になる。

【００３６】この例では、パルス１とパルス２とにオー
バラップ期間があるためビットの計算が複雑で、データ
が変れば必ずしも同じようにならないが、オーバラップ
期間のない組合せ、例えばパルス１とパルス６とをパル
スＰａ，Ｐｂとして入力すれば、簡単に積の和として求
められる。

【００３７】以上説明したように、論理回路を１個のア
ンド回路４０だけで構成すれば、回路は簡単であるが画
像データのレベルが素数であると対応出来なくなる。２
個のアンド回路４０ａ，４０ｂとオア回路４１とで構成
すれば、出力データは２つの積の和になるから、いかな
るレベルにも対応出来る。

【００３８】実際上は、パルス発生ロジック・セレクタ
２５が画像データのレベルに応じてその都度計算する訳
ではなく、予めレベルに対応するＰＭ値とＰＷＭ値の組
合せを計算し、表として記憶しておくから、入力する画
像データのレベルに応じて、瞬時にＰＷＭ変調データと
ＰＭ変調データとが得られる。

【００３９】レーザ変調データ出力回路１１から上記の
ようなレーザ変調データが入力するレーザ駆動回路１２
（図２）は、入力データをアナログ値に変換する極めて
高速なＤＡコンバータ（ＤＡＣ）３１を備え、このＤＡ
コンバータ３１の出力が発光レベル指令信号となる。

【００４０】この発光レベル指令信号によってレーザユ
ニット１３内の半導体レーザＬＤを駆動する回路は、定
電流電源３４を電源とする入力段のＦＥＴ３３と、この
ＦＥＴ３３のドレイン出力が電圧シフト回路３５を介し
てベースに供給されるレーザＬＤ駆動用のバイポーラ型
トランジスタ３６とからなる電流増幅回路とにより構成
され、トランジスタ３６のエミッタに直列接続された抵
抗Ｒの端子間電圧がコンデンサＣを介してＦＥＴ３３の
ゲートに負帰還されている。

【００４１】レーザユニット１３内に設けられている半
導体レーザＬＤの光出力をモニタする受光素子ＰＤによ
り得られる光量信号は、ゲイン変換器３７を介して電流
加算点３２に帰還され、ＤＡコンバータ３１から得られ
る発光レベル指令信号から減算されて、その差分が電流
増幅される。

【００４２】このようにして、ゲイン変換された光量信
号と発光レベル指令信号とが等しくなるように半導体レ
ーザＬＤの順方向電流が制御される高速な光・電気負帰
還ループが構成されている。

【００４３】以上説明したようにこの発明による画像形
成装置は、画像データのレベルに応じて画素毎にレーザ
駆動レベル及びオンデューティを決定し、それに応じて
それぞれ高速なＤＡコンバータ３１と光・電気負帰還ル
ープを用いて半導体レーザの順方向電流とオン／オフの
タイミングを制御しているから、レーザ出力光を精度よ
く制御することができる。

【００４４】また、このように階調数の多い濃度制御を
行うことにより、特に画像の低濃度部の再現性がよく、
バンディング（帯状濃度ムラ）の少ない画像が得られ
る。更に、レーザ変調データの形成にＰＬＬ回路の出力
を用いているから、ジターが少なく、リニアリティの優
れたレーザ駆動制御が可能となっている。

【００４５】写真のように連続階調の画像を処理する写
真モードの場合、従来は特に目立ち易い中間調から明部
（低濃度部）の範囲でも階調が滑らかに表現されるよう
に、階調数の多いディザマトリックス処理による面積変
調を行なっていた。

【００４６】また、縦線や横線が連続しているような図
柄の写真であると、ドットが縦横に並んでいるとモアレ
が出る場合があるので、ディザマトリックス処理の際に
形成されたドットがほぼ４５°の方向に交叉するような
市松模様型の処理を行なうものもあった。

【００４７】この発明による画像処理装置は、解像度を
低下させることなく、従来より遙かに豊富な階調を表現
することが出来るが、さらに位置情報である位置コード
を用いることにより、ディザマトリックス処理を行なっ
たと同様な効果を得ることが出来る。

【００４８】図７は、位置コードを用いてＰＷＭ変調
（及びＰＭ変調）されたパルスによりドットの配列を変
更した一例を示す画像の部分拡大図である。図７に示し
た例は、各画素のレーザ変調データがパルス幅（ＰＷＭ
値）１／２即ち３／６である例を示し、濃度（ＰＭ値）
は問わないがデータ１５（濃度最大）で出力データ４５
（中間濃度）のドットであるとする。図７においてＲ又
はＬと付記した画素は、それぞれ位置コードが右モード
又は左モードを指示した場合を示している。

【００４９】オペレータが写真モードのうち特に面積変
調の効果を表わすモードをホストマシンに指示すると、
例えばホストマシンから（主走査）ライン１では画素毎
に交互に右モード，左モードの位置コードが、次のライ
ン２では交互に右モードの位置コードと出力データ０と
がそれぞれ出力されると、図７の（Ａ）に示したような
ドットパターンが形成される。

【００５０】また、オペレータが写真モードのうち特に
市松模様型のモードをホストマシンに指示すると、例え
ばホストマシンからライン１では画素毎に交互に右モー
ド，左モードの位置コードが、次のライン２では上段の
ライン１と逆になるように左モード，右モードの位置コ
ードがそれぞれ出力されると、図７の（Ｂ）に示したよ
うなドットパターンが形成され、モアレの発生を殆んど
抑えることが出来る。

【００５１】このように位置コードを用いることによ
り、解像度が若干低下してもディザマトリックス処理に
比べて遙かに高い解像度で、しかもディザマトリックス
処理と同等な効果が得られ、方向性のない（モアレを生
じにくい）滑らかな多階調画像が得られる。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明による画像形
成装置は、解像度を低下させることなく階調数を増し
て、画質の優れた多階調画像を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の要部を示す構成図であ
る。

【図２】図１に示したレーザ変調データ出力回路，レー
ザ駆動回路及びレーザユニットの構成の一例を示す回路
図である。

【図３】図２に示したアナログＶＣＯの構成の一例を示
す回路図である。

【図４】図２に示したパルス発生ロジック・セレクタに
入出力する各パルスの一例を示す波形図である。

【図５】パルス発生ロジック・セレクタの論理回路の構
成とその出力データの波形の一例を示す図である。

【図６】論理回路の構成とその出力データの波形の他の
例を示す図である。

【図７】位置コードが入力された時のドットパターンの
一例を示す部分拡大図である。

【符号の説明】

１１：レーザ変調データ出力回路（レーザ変調データ出
力手段） １２：レーザ駆動回路（半導体レーザ駆動手段） １３：半導体レーザユニット １４：ポリゴンミラー １６：感光体 ２４：ＰＬＬ回路（位相ロックループ） ２５：パルス発生ロジック・セレクタ（位相変更手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザから画像データに応じて変
   調されて出射されるレーザ光により感光体を走査して静
   電潜像を形成し、この静電潜像を現像して顕画像を得る
   画像形成装置において、 前記画像データを入力し、該データのレベルに応じて画
   素毎にパルス幅変調データとパワー変調データとからな
   るレーザ変調データを出力するレーザ変調データ出力手
   段と、 該レーザ変調データ出力手段から出力されるレーザ変調
   データに応じて前記半導体レーザをパルス幅変調及びパ
   ワー変調する半導体レーザ駆動手段とを設けたことを特
   徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記レーザ変調データ出力手段に、前記画像データのク
   ロックの周期を細分したパルスを出力する位相ロックル
   ープを設けたことを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の画像形成装置にお
   いて、前記レーザ変調データ出力手段に、前記パルス幅
   変調されたパルスの位置を示す位置情報が入力された時
   に該位置情報に応じて前記パルス幅変調されたパルスの
   位相を変更させる位相変更手段を設けたことを特徴とす
   る画像形成装置。