JPH0771176B2 - レ−ザ記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、画像信号に基づいてアナログ的に変調された
光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、特に詳細には光ビームの出力立上り
応答性を改善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56−152372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、例えば画素クロック周波数が1MHz
のとき、濃度スケールすなわち走査光量の分解能を10bi
t（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。したがって装置
の記録速度を大幅に下げざるをえない。

さらに上記の装置にあっては、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装置も提
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定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ィードバッ
クさせるレーザ動作制御回路（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
発光レベル指定信号Vrefは、加算点は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
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Vr
ef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によっ
て電流に変換され、半導体レーザ１を駆動する。

上記のAPC回路において、理想的な線形補償がなされれ
ば、光ビーム５の強度は発光レベル指令信号Vrefに比例
する。つまり画像記録に利用される光ビーム４の強度
（半導体レーザ１の光出力）Pfが、発光レベル指令信号
Vrefに比例することになる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上述のようなAPC回路を用い、半導体レーザ
のLED領域とレーザ発振領域とに亘ってアナログ的に光
強度変調を行なうと、例えば全く発光していない状態か
らレーザ発振させるように急激な発光指令がなされたと
き、半導体レーザの光出力立上り応答が遅くなる。とい
う問題が生じる。すなわちAPC回路のループゲインを左
右する１つの因子である半導体レーザの正規化利得は例
えば第４図に示すように、半導体レーザの低出力領域に
おいて極端に低くなるので、それにともなってAPC回路
のループゲインが非常に低くなり、そのため第５図
（１）に示すようなパルス状の発光レベル指令信号に対
して半導体レーザ順電流は第５図（２）の実線のように
応答遅れを生じる。したがって上記順電流が、レーザ発
振を始めるしきい電流Isに達するのに時間がかかり、半
導体レーザの光出力立上りが第５図（３）図示のように
応答遅れを示すのである。

上述のような半導体レーザ光出力の立上り遅れがある
と、高速変調の場合パルス状の発光レベル指令信号のデ
ューティ比を例えば50％に設定し、それに基づいて各画
素の露光量を制御しても、実際に感光材料に照射される
光パルスのデューティ比は50％に達せず、記録画像の線
が細くなってしまう。さらに、予めレーザがある程度発
光している状態からあるレベルP₁まで達するまでの立上
がり時間と、レーザがOFFの状態からP₁まで達するまで
の立上がり時間とが異なるため記録開始位置がずれ、記
録画像に段差が生じてしまうこともある。

そこで本発明は、半導体レーザの光出力立上りの応答性
を高め、それにより画像再現性に優れた画像すなわち、
照射光量不足により線が細くなったり、記録開始位置ず
れにより段差が出ることのな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、画像信号に対応した発光レ
ベル指令信号に基づいて半導体レーザの駆動電流を制御
して、自然発光領域からレーザ発振領域に亘って強度変
調された光ビームを得、この光ビームにより感光材料上
を走査して連続調画像を記録するレーザ記録装置におい
て、 上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上記発光レベル指令信号にフィード
バックして光出力を安定化する光出力安定化手段が設け
られるとともに、 半導体レーザに、感光材料を感光させうる最低強度の光
ビームを発生させる駆動電流よりも小さな値のバイアス
電流を常に供給するバイアス電流供給手段が設けられた
ことを特徴とするものである。

（作用） 上記のようなバイアス電流を半導体レーザに流しておけ
ば、レーザ動作制御回路にパルス状の発光レベル指令信
号が与えられたとき、半導体レーザの順電流が所定値ま
でに達するのに要する時間が短くなり、光出力の立上り
応答が速くなる。

（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図は本発明によるレーザ記録装置の一例を示すもの
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10bi
t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、また画素ク
ロックS3に基づいて各画素毎に画像信号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の加算点２、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は、先に説明した第３図の回路におけるものと
同等のものであり、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。この光ビー
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
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S6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、
前述のラインクロック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S1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段階（＝10bi
t）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。先に
述べた通り、APC回路８において帰還信号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６図の直接ａ
で示す関係）とすることは困難である。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、
発光レベル指定信号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
レベル指定信号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P₀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。

次に上記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、AP
C回路８の電流−電圧変換アンプ７が出力する帰還信号V
pd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のS10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。

ここで、本発明による装置の特徴部分として、第１図図
示のように半導体レーザ１にはバイアス電流供給回路50
が接続され、該回路50により半導体レーザ１には、装置
作動中常時一定レベルのバイアス電流Ibが加えられるよ
うになっている。このバイアス電流Ibは、感光材料20を
感光させうる最低強度の光ビーム４を発生させる半導体
レーザ駆動電流よりも小さい値に設定されている。上記
のようなバイアス電流Ibが供給されていると、第５図
（１）に示すように、発光０（ゼロ）の状態から急激に
レーザ発振領域の光出力を指令する信号Vrefが与えられ
た場合、半導体レーザ順電流は第５図（２）の曲線ｅで
示すように立ち上がる。つまりこの第５図（２）に実線
で示すバイアス電流供給無しの場合と比べると、電流の
立上りの開始点が予めバイアス電流Ibの分だけ高くなっ
ているので、半導体レーザ順電流は、発光レベル指令信
号Vrefが示す所定レベルへの立上り応答がより速くな
る。したがって、半導体レーザ１の光出力立上り応答遅
れは、第５図（３）の曲線ｆで示すようにより低減され
る。

なお、バイアス電流を供給するには、上記実施例のよう
にバイアス電流供給回路51を設けてそれを用いる他、補
正テーブル40を半導体レーザ１に常時一定レベルのバイ
アス電流を加えるように設定してもよい。

上記のように半導体レーザ１の光出力立上り応答性が向
上すれば、１画素毎に出射されるパルス状光ビーム４の
デューティ比は、発光レベル指令信号Vrefのデューティ
比により近くなり、記録画像の線の細りや記録開始位置
ずれが小さくなり、記録画像に段差が生ずることもな
く、画像再現性が良くなる。

なお以上説明した実施例においては、Ｖ−Ｐ特性補正テ
ーブル14を設けて、発光レベル指令信号対レーザ光出力
特性の非線形性を補正しているが、本発明によるレーザ
記録装置においては、このような補正テーブル14は特に
設けられなくてもよい。

（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、発光していない状態から急激に半導体レーザに高
レベルの発光指令が与えられた際に、半導体レーザの光
出力が小さな応答遅れで素早く立ち上がるようになって
いる。したがって本発明装置によれば、画像記録用光ビ
ームのデューティ比が発光レベル指令信号のデューティ
比に近づくようになり、画像再現性の優れた記録が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ記録装置の一例を示す概略
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図は半導体レーザの光出力と正規化利得との関係を
示すグラフ、 第５図は第１図の装置におけるバイアス電流による効果
を説明する説明図、 第６図は第１図の装置における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……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 50……バイアス電流供給回路、S1……画像信号 S1″……補正前の発光レベル指令信号 Vref……発光レベル指令信号、Vpd……帰還信号 Ve……偏差信号、Ib……バイアス電流

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像信号に対応した発光レベル指令信号に
   基づいて半導体レーザの駆動電流を制御して、自然発光
   領域からレーザ発振領域に亘って強度変調された光ビー
   ムを得、該光ビームにより感光材料上を走査して連続調
   画像を記録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
   バックして光出力を安定化する光出力安定化手段が設け
   られるとともに、 前記半導体レーザに、感光材料を感光させうる最低強度
   の光ビームを発生させる駆動電流よりも小さな値のバイ
   アス電流を常に供給するバイアス電流供給手段が設けら
   れたことを特徴とするレーザ記録装置。