JPH1067141A

JPH1067141A - 半導体レーザ制御装置

Info

Publication number: JPH1067141A
Application number: JP13820197A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Ema; 秀利江間; Masaaki Ishida; 雅章石田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】集積度が高くて小型・省電力化を図れる構成
で多階調な高品位画像とか、階調は低いが高密度な高品
位画像といったような要求される画像出力形態に任意に
対応できるようにする。【解決手段】入力データに基づいて、入力データに対
しパルス幅変調と強度変調とを同時に行う発光指令信号
を生成するパルス幅変調・強度変調信号生成部１３、半
導体レーザ３と受光素子４とともに光・電気負帰還ルー
プ５を形成する誤差増幅部９、電流駆動部１１ととも
に、周波数選択信号Ｍに応じてクロック周波数の異なる
出力モードを選択する出力モード切換手段を１チップの
集積回路１２で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザプリンタ、
デジタル複写機、光ディスク装置、光通信装置等におけ
る光源として用いられる半導体レーザを駆動制御するた
めの半導体レーザ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザは極めて小型であって、か
つ、駆動電流により高速に直接変調を行うことができる
ので、近年、レーザプリンタ等の光源として広く使用さ
れている。

【０００３】しかし、半導体レーザの駆動電流と光出力
との関係は、温度により著しく変化するので、半導体レ
ーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合に問題
となる。この問題を解決して半導体レーザの利点を活か
すために、ＡＰＣ（Ａutomatic Ｐower Ｃontrol）方式
の一つとして、半導体レーザの光出力を受光素子により
モニタし、この受光素子に発生する半導体レーザの光出
力に比例する受光電流に比例する信号と、発光レベル指
令信号とが等しくなるように、常時、半導体レーザの順
方向電流を制御する光・電気負帰還ループにより半導体
レーザの光出力を所望の値に制御する方式が知られてい
る。この場合、受光素子の動作速度や、光・電気負帰還
ループを構成している増幅素子の動作速度等の限界によ
り制御速度に限界が生じる。

【０００４】この点を考慮した改良方式が、例えば、特
開平２−２０５０８６号公報により提案されている。同
公報によれば、半導体レーザの光出力を受光素子により
モニタし、その出力と発光レベル指令信号とが等しくな
るように、常時、半導体レーザの順方向電流を制御する
光・電気負帰還ループと、発光レベル指令信号を半導体
レーザの順方向電流に変換する変換手段とを有し、光・
電気負帰還ループの制御電流と変換手段により生成され
た電流の和又は差の電流によって半導体レーザの光出力
を制御する方式が開示されている。ここに、光・電気負
帰還ループは例えば半導体レーザと受光素子と定電流源
と誤差増幅器とにより構成される。また、変換手段は例
えば定電流源により構成される。

【０００５】これによれば、半導体レーザを変換手段に
よって直接駆動する電流に相当する光出力をＰ_Sとした
場合、半導体レーザの光出力のステップ応答特性は、Ｐ_out＝Ｐ₀ ＋（Ｐ_S −Ｐ₀ )｛１−exp(−２πｆ₀ｔ
)｝Ｐ_out；半導体レーザの光出力Ｐ₀ ；半導体レーザの設定された光強度ｔ；時間ｆ₀ ；光・電気負帰還ループの開ループでの交叉周波
数で近似される。Ｐ_S≒Ｐ₀ であれば、瞬時に半導体レー
ザの光出力がＰ₀ に等しくなるので、ｆ₀ の値は光・電
気負帰還ループのみの場合に比べて小さくてよいことが
分かる。現実的には、ｆ₀ ＝４０ＭＨｚ程度であればよ
く、この程度の交叉周波数であれば容易に実現できる。

【０００６】また、特開平５−６７８３３号公報におい
ては、上述した特開平２−２０５０８６号公報に示され
るような構成要素に関して、バイポーラトランジスタを
用いたＩＣ化によリ光・電気負帰還ループの設計を容易
にした点が記載されている。

【０００７】次に、レーザプリンタを例に採り、１ドッ
ト多値化技術の経緯について説明する。レーザプリンタ
は、当初、ラインプリンタに代わるノンインパクトプリ
ンタとして開発されたが、レーザプリンタの高速高解像
性からイメージプリンタとしての適用が早くから検討さ
れ、ディザ法をベースとした様々な記録方法が実用化さ
れている。また、近年の半導体技術の急速な進展によ
り、処理可能な情報量が急速に増大し、レーザプリンタ
においては、１ドット多値化技術が実用化され、より確
実にイメージプリンタとしての地位を固めつつある。し
かしながら、現行の多値化レベルはハイエンド機におい
ては８ビット相当の出力レベルを備えているが、ローエ
ンド機では高々数値程度に抑えられている。これは、一
因としては情報量の多さもあるが、主として、１ドット
多値化出力を実現する半導体レーザ制御変調部の回路規
模が大きく高価であることによる。

【０００８】現在、１ドット多値化出力を行う半導体レ
ーザ制御変調方式としては、Ａ．光強度変調方式Ｂ．パルス幅変調方式Ｃ．パルス幅強度混合変調方式が提案されている。

【０００９】Ａ．光強度変調方式（ＰＭ＝Ｐower Ｍodu
lation）光出力自身を変化させて記録する方式であり、中間露光
領域を利用して中間調記録を実現するため、印字プロセ
スの安定化が重要な要件であり、印字プロセスに対する
要求が厳しくなる。しかしながら、半導体レーザの制御
変調は容易となる。

【００１０】Ｂ．パルス幅変調方式（ＰＷＭ＝Ｐulse
Ｗidth Ｍodulation）光出力レベルとしては２値であるが、その発光時間（つ
まり、パルス幅）を変化させて記録する方式であるの
で、ＰＭ方式と比較すると、中間露光領域の利用度が少
なく、さらに、隣接ドットを結合させることにより中間
露光領域を一層低減させることが可能となる（印字プロ
セス安定性に対する要求が低減する）。しかし、パルス
幅設定を８ビット、かつ、隣接ドット結合を実現する場
合には半導体レーザ制御変調部の構成は複雑となる。

【００１１】Ｃ．パルス幅・強度混合変調方式（ＰＷＭ
＋ＰＭ方式）ＰＭ方式では印字プロセスの安定化への要求が厳しくな
り、ＰＷＭ方式では半導体レーザ制御変調部が複雑とな
る問題を有することから、これらのＰＭ方式とＰＷＭ方
式とを組み合わせた方式であり、例えば、特開平６−３
４７８５２号公報中に開示されている。

【００１２】この変調方式は、基本的には２値記録方式
であり、印字プロセスに対して安定であるＰＷＭ方式を
基調とし、そのパルス間の移り変わり部をＰＭ方式によ
り補う方式である。この変調方式は、同じ階調数を実現
する場合、各々単独の変調方式に比較して、必要となる
パルス幅数、パワー値数が組み合わせることにより少な
くなるので、各々の方式分の構成を容易に達成でき、印
字プロセスに対して安定であると同時に集積化に適して
おり、小型化・低コスト化を図ることができる。このよ
うな変調方式を実現するため、半導体レーザ制御装置に
は、画像データと画素クロックとを入力とするパルス幅
生成部及びデータ変調部が設けられ、このパルス幅生成
部及びデータ変調部が半導体レーザ制御部及び半導体レ
ーザ駆動部に対する発光レベル指令信号を出力するよう
に構成されている。即ち、入力される画像データに従っ
てパルス幅生成部及びデータ変調部によりＰＷＭ方式を
基調とし、その移り変わり部をＰＭ方式により補う。

【００１３】この場合、この１ドット内でのパルス幅強
度混合変調方式をより具体的に実現するため、Ｃ‐ＭＯ
Ｓデバイスを用いたＩＣ化によりパルス幅生成部を簡便
に形成し、バイポーラトランジスタを用いたＩＣ化によ
り光・電気負帰還ループ部の設計を容易にする提案が、
上記の特開平６−３４７８５２号公報によりなされてい
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−３４７８５
２号公報等に示されるパルス幅・強度混合変調方式によ
れば、階調度の高い画像形成が可能となる。しかしなが
ら、レーザプリンタや複写機において画像を形成する場
合、常に１ドット当たり多くの階調を必要とするわけで
はなく（例えば、文字画像部等では基本的に２値出力で
よい）、階調数よりも書込み密度或いは書込み速度が優
先される場合もある。しかし、上記の特開平６−３４７
８５２号公報等ではこのような事情が考慮されておら
ず、目的にかなった出力形態を得るには不十分である。

【００１５】この点をさらに考察すると、例えば、レー
ザプリンタ等において主走査方向の書込み開始位置を規
制するための主走査同期信号を得るためのディテクトパ
ルスを得たり、主走査方向に連続する直線或いは主走査
方向に連続する空白を得る場合であっても、１ドット多
値出力状態のパルス信号を与えて半導体レーザを駆動制
御しなければならず、適切な駆動制御から逸脱してしま
う。

【００１６】また、この特開平６−３４７８５２号公報
に示される方式によっても、光・電気負帰還ループによ
る制御量を少なくする電流加算方式と、１ドット内での
パルス幅強度混合変調方式とを、より小型で省電力化を
達成し得るように集積度を高めた構成で実現し、より高
速かつ高精度に機能させる上では、まだ、改良の余地が
ある。

【００１７】そこで、本発明は、より小型で省電力化を
達成し得るように集積度を高めて、より高速かつ高精度
に機能させ得るとともに要求される画像形態にあった出
力を任意に得ることができる半導体レーザ制御装置を得
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
入力データに基づいて、前記入力データに対してパルス
幅変調と強度変調とを同時に行う発光指令信号を生成す
るパルス幅変調・強度変調信号生成部と、半導体レーザ
と、前記半導体レーザの光出力をモニタする受光素子と
ともに光・電気負帰還ループを形成して前記受光素子か
ら得られる前記半導体レーザの光出力に比例した受光信
号と前記パルス幅変調・強度変調信号生成部から与えら
れる発光指令信号とが等しくなるように前記半導体レー
ザの順方向電流を制御する誤差増幅部と、前記光・電気
負帰還ループの制御電流との和又は差の電流により前記
半導体レーザの駆動を制御するように前記パルス幅変調
・強度変調信号生成部により生成出力される発光指令信
号に応じた駆動電流を前記半導体レーザに順方向電流を
流す電流駆動部と、周波数選択信号に応じてクロック周
波数の異なる出力モードを選択する出力モード切換手段
とが１チップの集積回路で構成されている。

【００１９】従って、周波数選択信号に応じて出力モー
ド切換手段によりクロック周波数の異なる出力モードが
選択される。そこで、階調数が多く要求される画像の場
合には１ドット内でのパルス幅・強度混合変調方式を活
かすことにより多階調の高品位画像を得ることができ、
階調数がそれほど要求されない画像の場合には階調数を
下げてクロック周波数を高くすることで主走査方向の書
込み密度を高くした高品位な画像が得られる。さらに
は、パルス幅変調・強度変調信号生成部なるデジタル制
御系から、誤差増幅部や電流駆動部のようなアナログ駆
動系、及び、出力モード切換手段まで含めて、全てが１
チップの集積回路として構成されているので、小型で省
電力化を図ることができ、より高速かつ高精度に動作さ
せることができる。

【００２０】この場合、請求項２記載の発明では、パル
ス幅変調・強度変調信号生成部が、クロック周波数の異
なる出力モード分だけ複数個設けられており、出力モー
ド切換手段は、周波数選択信号に応じて前記パルス幅変
調・強度変調信号生成部中から何れか一つのパルス幅変
調・強度変調信号生成部を選択するように構成している
ので、異なるクロック周波数の出力モードを任意に設定
し、任意に選択することができる。

【００２１】また、請求項３記載の発明では、パルス幅
変調・強度変調信号生成部が、入力データに対してパル
ス幅変調データと強度変調データとを生成するクロック
周波数の異なる出力モード分の複数個の変調部とこの変
調部から与えられるパルス変調データと強度変調データ
とに基づきパルス幅変調と強度変調とを同時に行う発光
指令信号を生成する一つの出力部とを有し、出力モード
切換手段は周波数選択信号に応じて前記変調部中から何
れか一つの変調部を前記出力部に対して選択するように
構成しているので、異なるクロック周波数の出力モード
を任意に設定し、任意に選択することができ、かつ、発
光指令信号生成手段が１つだけでよいので、必要とする
素子数を減らし、小型化及び集積化を図る上でも有利と
なる。

【００２２】さらに、請求項４記載の発明では、パルス
幅変調・強度変調信号生成部は、入力クロックと同一周
波数で位相が一定量ずつ異なる複数個のパルスを生成す
るパルス生成手段と、入力された画像データをパルス幅
変調データと強度変調データとに変換するデータ変換手
段と、前記パルス生成手段により生成されたパルスより
前記パルス幅変調データに基づきパルス幅変調した複数
個のパルスを生成するパルス幅変調手段とを有し、出力
モード切換手段は、前記データ変換手段が周波数選択信
号に応じた変調データを生成して前記パルス幅変調手段
に出力する構成としている。従って、異なるクロック周
波数の出力モードを任意に設定し、任意に選択すること
ができる上に、画像データの入力端子がデータ変換手段
用だけで済むので少なくてよく、パルス幅変調手段及び
発光指令信号生成手段も１つでよく、必要とする素子数
を減らし、小型化及び集積化を図る上でも有利となる。

【００２３】特に、請求項５記載の発明では、請求項４
記載の発明に関して、出力モードのクロック周波数が、
入力クロックに対して等倍と２倍とで選択自在としてい
るので、典型的な出力モード形態として、階調数が多く
要求される画像の場合には１ドット内でのパルス幅・強
度混合変調方式を活かすことにより多階調の高品位画像
を得ることができ、階調数がそれほど要求されない画像
の場合には階調数を下げてクロック周波数を２倍とした
主走査方向の書込み密度が２倍の高品位な画像が得られ
る。

【００２４】請求項６記載の発明では、クロック周波数
の異なる出力モードの一つが、周波数選択信号となる強
制発光指令信号に基づき選択される出力モードとしてい
るので、画像データを全て０として強制発光指令信号を
加えることにより、画像データのクロックとは相関のな
いその強制発光指令信号の周波数にて書込みを行わせる
ことができ、例えば、ディテクトパルス等に有効に活用
できる。

【００２５】請求項７記載の発明では、クロック周波数
の異なる出力モードの一つが、周波数選択信号となる強
制消灯指令信号に基づき選択される出力モードとしてい
るので、連続的に書込みを必要としない個所では画像デ
ータを全て０にすることなく、強制消灯指令信号を利用
するだけで簡単に実現できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図面に基
づいて説明する。

【００２７】＜前提となる構成及び作用＞本実施の形態
の半導体レーザ制御装置は、例えば、レーザプリンタ等
における光書込みに用いられる半導体レーザの光出力を
制御するための光・電気負帰還ループを含む制御装置と
して適用されている。図１は本実施の形態における半導
体レーザ制御装置１の前提となる基本ブロック図構成を
示し、半導体レーザ制御装置１には画像データと入力ク
ロックとを入力として発光指令信号を生成するパルス幅
生成・データ変調部２が設けられている。また、半導体
レーザ３に対してはその光出力をモニタする受光素子４
が設けられ、これらの半導体レーザ３及び受光素子４は
半導体レーザ制御部及び半導体レーザ駆動部（以下、略
して半導体レーザ制御・駆動部という）５に接続されて
いる。前記パルス幅生成・データ変調部２により生成さ
れた発光指令信号がこの半導体レーザ制御・駆動部５に
与えられている。

【００２８】ここに、この半導体レーザ制御装置１は少
なくとも１ドット内で多階調を得る手法として、パルス
幅・強度混合変調方式が採用されている。即ち、入力さ
れる画像データに従ってパルス幅生成・データ変調部２
によりＰＷＭ方式を基調とし、その移り変わり部をＰＭ
方式により補う。

【００２９】その半導体レーザ３の光出力波形の基本概
念図を図２に示す。図２には説明を簡単にするため、パ
ルス幅３値、パワー６値の合計１８階調を出力する場合
における半導体レーザ３の光出力波形を模式的に示すも
のである。この変調方式は、図示のように基本的にはＰ
ＷＭ方式であるので、中間露光領域を利用する強度変調
部は最小パルス幅で出力する必要がある。このような光
出力を得るためには、例えば、図３に示すようにパルス
幅をＴとすると、パルス１に示すＴとパルス２に示す
（Ｔ＋ΔＴ）との２パルス、又は、パルス３に示すＴと
パルス４に示すΔＴ（ΔＴは最小パルス幅）との２パル
スを生成すればよい。Ｔのパルスにおいて全ビットをＨ
レベルにし、ΔＴのパルスにおいてデータに従って各ビ
ットをオン・オフさせれば、図２や図３に示すような光
出力の波形を得ることができる。図３（ａ）は左寄せの
光波形、図３（ｂ）は右寄せの光波形を示す。

【００３０】次に、半導体レーザ制御・駆動部５の前提
的な構成例を図４により説明する。半導体レーザ３の光
出力を受光素子４によりモニタし、その出力と既にパル
ス幅変調を受けた発光レベル指令信号（DATA）とが等し
くなるように、常時、半導体レーザ３の順方向電流を制
御する光・電気負帰還ループ６と、発光レベル指令信号
（DATA）を半導体レーザ３の順方向電流に変換する電流
駆動部７とを有し、光・電気負帰還ループ６の制御電流
と電流駆動部７により生成された駆動電流の和（又は、
差）の電流によって半導体レーザ３の光出力を制御する
構成である。ここでは、前記光・電気負帰還ループ６は
半導体レーザ３と受光素子４とＩ_DA1なる電流源８と誤
差増幅器９とにより構成され、この誤差増幅器９の出力
により、抵抗Ｒ_eとともに半導体レーザ３に直列に接続
された駆動トランジスタ１０を駆動制御するように構成
されている。また、電流駆動部７はＩ_DA2なる電流源１
１により構成されている。

【００３１】これによれば、半導体レーザ３を電流駆動
部７によって直接駆動する電流に相当する光出力をＰ_S
とした場合、半導体レーザ３の光出力のステップ応答特
性は、前述した通り、Ｐ_out＝Ｐ₀ ＋（Ｐ_S −Ｐ₀ )｛１−exp(−２πｆ₀ｔ
)｝で近似される。Ｐ_S≒Ｐ₀ であれば、瞬時に半導体レー
ザ３の光出力がＰ₀ に等しくなるので、ｆ₀ の値は光・
電気負帰還ループ６のみの場合に比べて小さくてよい。
図５（ａ）が光・電気負帰還ループ６のみによる場合の
光出力の変化の様子を示すのに対し、図５（ｂ）は電流
駆動部７による電流分Ｉ_DA2が付加された場合の光出力
の変化の様子を示す。現実的には、ｆ₀ ＝４０ＭＨｚ程
度であればよく、この程度の交叉周波数であれば容易に
実現できる。

【００３２】＜基本構成及び作用＞次に、本実施の形態
の基本をなす半導体レーザ制御装置１のより具体的なブ
ロック図構成について図６により説明する。まず、半導
体レーザ制御・駆動部５側は前述したように光・電気負
帰還ループ６と、電流駆動部７を形成する電流源１１と
により構成されている。前記光・電気負帰還ループ６
は、半導体レーザ３、受光素子４とともに、これらの半
導体レーザ３と受光素子４とにループ状に接続されて誤
差増幅部を構成する誤差増幅器９と駆動トランジスタ１
０とを含んで形成されている。ここに、本実施の形態で
は、半導体レーザ制御装置１に関して、パルス幅生成・
データ変調部２と半導体レーザ制御・駆動部５とがバイ
ポーラトランジスタにより１チップの集積回路１２とし
て集積化されている。ここに、誤差増幅器９を含む光・
電気負帰還ループ６部分に関しては、特に図示しない
が、例えば特開平５−６７８３３号公報中の図２に示さ
れるような周知のバイポーラトランジスタ回路を用いる
ことにより集積化できる。また、電流源１１部分に関し
ても、特に図示しないが、例えば特開平５−６７８３３
号公報中の図１３及び図１７に示されるような周知のバ
イポーラトランジスタ回路を用いることにより集積化で
きる。

【００３３】一方、パルス幅生成・データ変調部２側の
より具体的な構成及び作用について、以下に説明する。
いま、本実施の形態では、パルス幅変調を３ビット（即
ち、８値）、強度変調を５ビット（即ち、３２値）組合
せ、合計で１ドット当たり８ビット階調（２５６値）を
出力し得る構成例とする。このパルス幅生成・データ変
調部２は、大別すると、パルス幅変調・強度変調信号生
成部１３と、発光指令信号生成部１４とにより構成され
ている。

【００３４】まず、発光指令信号生成部１４は図７
（ａ）に示すように強度変調データＰＭDATAに従って電
流Ｉ_DA，／Ｉ_DA（信号に関して“／”は反転を示す；以
下、同様とする）に変換するＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）１
５と、パルス１に応じて電流Ｉ_DAを流すか否かをスイッ
チングする差動スイッチ１６ａと、パルス２に応じて電
流Ｉ_DAを流すか否かをスイッチングする差動スイッチ１
６ｂと、差動スイッチ１６ａ，１６ｂのスイッチングに
従い流れる電流／Ｉ_DA，Ｉ_DAを各々電圧／Ｖ_DA，Ｖ_DAに
変換する電流‐電圧変換器（Ｉ‐Ｖ）１７ａ，１７ｂと
により構成されている。ここに、／Ｉ_DA＋Ｉ_DA＝Ｉ_full
なる関係がある。電流値Ｉ_fullは強度変調データＰＭDA
TAを全てオンにした場合の電流Ｉ_DAの値であり、発光指
令信号の最大電流値である。差動スイッチ１６ａ，１６
ｂはパルス１，２がともにＨレベルの場合にはＩ_DA1＝
Ｉ_fullとなるように機能する。パルス１がＬレベルでパ
ルス２がＨレベルの場合にはＩ_DA1＝Ｉ_DAとなる。パル
ス１，２がともにＬレベルの場合にはＩ_DA1＝０とな
る。つまり、パルス１，２がともにＨレベルの場合には
Ｉ_DAの値（即ち、強度変調データＰＭDATA）によらず、
Ｉ_DA1＝Ｉ_fullとなる。よって、強度変調データＰＭDA
TAは１画素クロックの間、一定でよい。この結果、半導
体レーザ制御装置の高速化を図る点で有利となる。この
ような差動スイッチ１６ａ，１６ｂは例えば各々一対ず
つのバイポーラトランジスタを差動接続することにより
構成される。よって、発光指令信号生成部１４自体もバ
イポーラトランジスタ構成として容易に集積化されて形
成される。

【００３５】ちなみに、１ドット当たり８ビット（＝２
５６値）の階調数を出力し、強度変調を５ビット（＝３
２値）とする場合、５ビットのＤ／Ａ変換器１５に流れ
る最大電流値は３１Ｉ₀ （Ｉ₀ は最下位ビットに流れる
電流値）であり、これを所望の最大電流値Ｉ_fullに設定
すると、図７（ａ）に示す構成においては、３１／２５
６と３２／２５６とが同じ出力となる。同様に、６３／
２５６と６４／２５６、〜、２２３／２５６と２２４／
２５６が各々同一となり、１ドット当たりの階調数が実
質的に２４９値階調となってしまう。この点を考慮した
場合には、図７（ｂ）に示すように、差動スイッチ１６
ａ，１６ｂに対して常に電流Ｉ₀ を流す定電流源１８を
付加し、Ｉ_full＝３２Ｉ₀ となるように設定すれば、０
／２５６〜２５５／２５６なる２５６値階調を実現で
き、階調数が増加する。もっとも、画像データが全てＨ
レベルとなっても半導体レーザ３はフル点灯（＝２５６
／２５６）しない（図７（ａ）では、２５５／２５６と
２５６／２５６とが同一であるためフル点灯する）。こ
の点をも考慮した場合には、図７（ｃ）に示すように、
フルオン信号（画像データが全てＨレベルの場合のみＨ
レベルとなる信号）により電流Ｉ₀ を差動スイッチ１６
ａ，１６ｂに流す差動スイッチ１９を付加すればよい。
これによれば、フルオン信号生成のための素子数は増加
するものの、０／２５６〜２５４／２５６、２５６／２
５６の２５６値階調が実現できる。よって、発光指令信
号生成部１４に関しては、目的に応じて、図７（ａ）〜
（ｃ）の何れかの構成を用いればよい。

【００３６】一方、パルス幅生成・データ変調部２中の
パルス幅変調・強度変調信号生成部１３は、例えば、デ
ータ変換手段となるデータ変換部２１と、パルス幅変調
手段となるパルス幅変調部２２と、ＰＬＬ構成でパルス
生成手段となるパルス生成発振器２３とにより構成され
ている。前記パルス生成発振器２３は図８に示すように
入力クロックに同期した内部クロックＸ₀ と、このＸ₀
と同一周波数（即ち、入力クロックとも同一周波数）で
一定量ずつの位相差を持つパルスＸ₁ ，Ｘ₂ ，〜，Ｘ_k
の位相差が異なる複数個のパルスを生成するもので、位
相周波数比較器（ＰＤ）２４と電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）２５とローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６とにより構
成されている。パルス幅変調を８値とした場合、ｋ＝７
であり、各々のパルスの位相差は１／８・Ｔ_CK（Ｔ_CKは
入力クロックの周期）である。また、Ｘ₄ ，Ｘ₅ ，Ｘ
₆ ，Ｘ₇ は、各々Ｘ₀ ，Ｘ₁ ，Ｘ₂ ，Ｘ₃ の反転信号で
ある。ここに、入力クロックに同期させるパルスは何れ
であってもよく、図８ではパルスＸ₆ を同期させてお
り、入力クロックから１／４周期遅れたＸ₀ を内部クロ
ックとしている。

【００３７】前記データ変換部２１は入力された画像デ
ータをパルス幅変調データＰＷＭDATAと強度変調データ
ＰＭDATAとに変換する機能を持つ。前記パルス幅変調部
２２は前記データ変換部２１から得られるパルス幅変調
データＰＷＭDATAに従ってパルス生成発振器２３の出力
Ｘ_k 中から２つのパルスＰＷ_on，ＰＷ_daを生成する機能
を持つ。

【００３８】例えば、図３（ａ）等に準じて、左寄せの
光出力波形を得るための論理を記述すると、（１）式の
ようになる。

【００３９】

【数１】

【００４０】ここで、（１）式中、Ｘ_n ，Ｘ_m ，Ｘ_n′
，Ｘ_m′ は（２）式で示される。

【００４１】

【数２】

【００４２】また、Ｄ_n1，Ｄ_n2，Ｄ_m1，Ｄ_m2，Ｄ_n1′，
Ｄ_n2′，Ｄ_m1′，Ｄ_m2′はパルス幅変調データＰＷＭDA
TAであり、画像データＤ₇ （ＭＳＢ）〜Ｄ₀ （ＬＳＢ）
のうち、上位３ビット、即ち、Ｄ₇ ，Ｄ₆ ，Ｄ₅ をパル
ス幅変調のためのデータとすると、（３）式で表され
る。

【００４３】

【数３】

【００４４】このような論理を実現するため、データ変
換部２１及びパルス幅変調部２２は例えば図９に示すよ
うに構成されている。まず、データ変換部２１中には各
々画像データＤ₀ 〜Ｄ₇ を（３）式に従いパルス幅変調
データＤ_ni，Ｄ_ni′，Ｄ_mj，Ｄ_mj′に変換する論理部２
７〜３０が設けられている。３１は画像データＤ₀ 〜Ｄ
₇ 中の下位５ビット分のデータを強度変調データＤ
_pk（ＰＭDATA）としてそのまま出力する論理部である。
これらの論理部２７〜３１は変調データを保持する手段
（例えば、フリップフロップやラッチ等）を有する。一
方、パルス幅変調部２２中には各々パルス幅変調データ
Ｄ_ni，Ｄ_ni′，Ｄ_mj，Ｄ_mj′に従ってパルスＸk の内の
一つを選択するマルチプレクサ３２〜３５が設けられて
いる。さらに、これらのマルチプレクサ３２〜３５の出
力Ｘ_n ，Ｘ_n′ ，Ｘ_m ，Ｘ_m′ に関して（１）式の論理
を実行するＡＮＤゲート３６ａ〜３６ｄ及びＯＲゲート
３６ｅ，３６ｆが設けられている。ＯＲゲート３６ｅの
出力がパルスＰＷda、ＯＲゲート３６ｆの出力がパルス
ＰＷonとなる。このように主として論理を実行するデー
タ変換部２１及びパルス幅変調部２２についても、バイ
ポーラトランジスタで集積化して構成することができ
る。

【００４５】なお、以降の説明においては、式を簡略化
するため、（２）式中の第１式をＸ_n＝Ｘ_i Ｄ_ni …………………………（４）のように記述する。ここで、太字で記したＸ_i ，Ｄ
_niは各々（５）式に示す通りである。

【００４６】

【数４】

【００４７】また、Ｄ_niを省略して示す場合もある。

【００４８】さらには、（２）式によるＸ_n等の生成
は、次の（６）式Ｘ_n＝Ｘ_i Ｄ_ni Ｘ_i＝（Ｘ₅，Ｘ₆，Ｘ₇，Ｘ_H）Ｘ_m＝Ｘ_j Ｄ_mj Ｘ_j＝（Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ_H）Ｘ_n′＝Ｘ_i′ Ｄ_ni′ Ｘ_i′＝（Ｘ_L，Ｘ₅，Ｘ₆，Ｘ₇，Ｘ_H）Ｘ_m′＝Ｘ_j′ Ｄ_mj′ Ｘ_j′＝（Ｘ_L，Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃） …………………………（６）のようにしてもよい。ここで、Ｘ_H及びＸ_Lは各々常に
Ｈレベル、Ｌレベルの信号であり、（２）式においてＸ
₀ ，Ｘ₄ をＸ_H或いはＸ_Lに代えることで、リニアリテ
ィが向上する。これは、例えば、Ｘ_nにＸ₀ が選択され
た場合、Ｘ₀・Ｘ₀となり、立上り、立下りが重なり合う
ため、他の場合に比べて立上り、立下り時間が若干遅く
なる。このため、クロックが特に高周波の場合には、生
成されるパルス幅のリニアリティが悪くなる。

【００４９】また、（１）〜（３）式は、図３（ａ）に
例示するような左寄せの波形を得るための論理式を示す
が、パルス幅変調部２２及びデータ変換部２１を、
（７）〜（９）式の論理記述を実行する構成とすれば、
入力された位置制御データＰにより、任意に左寄せの波
形か右寄せの波形かを選択することができる。これによ
り、ドット毎にドット位置の制御が可能となり、さら
に、右寄せ波形と左寄せ波形とを交互に繰り返すことに
よりドット集中型のパルス幅変調も可能となる。また、
本実施の形態によれば、パルスＰＷ_onはパルスＰＷ_daよ
り常に最小パルス分だけ短いパルスである、という相関
関係を有しているので、変調データの一部を共通化でき
る。即ち、Ｄ_ni＝Ｄ_ni′，Ｄ_mj＝Ｄ_mj′となる。よっ
て、例えば図９において、論理部２８，３０を省略で
き、データ変換部２１の素子数を減らし、パルス幅変調
部２２に対するデータ線の本数を減らすこともできる。

【００５０】即ち、以下の論理式に示すようにすればよ
い。

【００５１】

【数５】

【００５２】＜第一の実施の形態＞本発明の第一の実施
の形態では、前述したような前提となる構成、基本構成
を踏まえた上で、さらに、書込み周波数を異ならせた出
力モードを選択し得るように構成されている。即ち、写
真画像等のように１ドット当たり多階調を必要とする画
像データに関しては前述した通りの１ドット内でのパル
ス幅・強度混合変調方式により入力クロックと等倍速度
で書込みを行うようにするが（“等倍モード”とす
る）、文字画像等のように１ドット内での多階調化より
も書込み密度の高度化を必要とする画像データに関して
は入力クロックに対する書込みクロック周波数を例えば
２倍に高める書込み方式（“２倍モード”とする）が選
択されるように構成されている。このため、図９に示し
たパルス幅変調・強度変調信号生成部１３中のデータ変
換部２１に対しては出力形態を選択するための周波数選
択信号Ｍも入力されている。この周波数選択信号Ｍは、
書込みクロック周波数を入力クロックと同じ（等倍）と
する場合にはＭ＝１とされ、入力クロックの２倍とする
場合にはＭ＝０とされる。

【００５３】いま、書込みクロック周波数を変化させた
場合の光出力波形の基本概念図を図１０に示す。図１０
（ａ）は書込みクロック周波数が入力クロック（周期；
Ｔ_CK）と同じ周期の場合の光出力波形例を示している。
前述した１ドット内でのパルス幅・強度混合変調方式に
従い、パルス幅変調３ビット、強度変調５ビットの合計
８ビット階調とされている。一方、図１０（ｂ）は書込
みクロック周波数を入力クロックの１／２周期に速めた
場合の光出力波形例を示す。この２倍モードでは、１ド
ット当たり４ビット階調（パルス幅変調２ビット、強度
変調２ビット）となり階調数は減るものの、主走査方向
の画像書込み密度は２倍となる。この場合、書込みクロ
ック周波数を２倍にすると同時に半導体レーザ３から照
射されるレーザ光の走査速度、例えば、ポリゴンミラー
の回転速度を２倍にし、感光体の線速も同時に２倍にす
れば、全体として書込み速度が２倍に高速化される。

【００５４】ここに、図１０のタイムチャートに示すよ
うに、書込みクロック周波数が入力クロックと同じ等倍
モード時には１ドット当たりＮビット階調（パルス幅変
調Ｍビット、強度変調（Ｎ−Ｍ）ビット）とし、書込み
クロック周波数が入力クロックの２倍である２倍モード
時には１ドット当たりＮ／２ビット階調（パルス幅変調
（Ｍ−１）ビット、強度変調（Ｎ／２−Ｍ＋１）ビッ
ト）とすれば、画像データの入力端子数を同一にするこ
とができ（つまり、２倍モード時には２ドット分の画像
データをパラレル転送する）、データ変換部２１におい
て周波数選択信号Ｍに応じた変調データを生成するよう
にすれば、最小パルス幅も同じであるので（即ち、２倍
モード時のパルス幅変調階調数は等倍モード時の１／２
となる）、パルス幅変調部２２も共通化できる。よっ
て、このような処理は図９に示す回路構成で実現でき、
データ変換部２１に周波数選択信号Ｍを入力し、２倍モ
ード時にはＤ_ni，Ｄ_mjを各々のドット変調データとして
生成すればよいことになる。

【００５５】よって、図９におけるデータ変換部２１の
構成を以下の（10）式に示す論理記述を実行する構成と
すれば、このデータ変換部２１が本実施の形態における
出力モード切換手段３７を構成することになる。即ち、
（10）式の例では、書込みクロック周波数を２倍とする
２倍モードの場合には、入力される画像データＤ₇ 〜Ｄ
₀ のうち、上位４ビット（Ｄ₇〜Ｄ₄）に従い最初のドッ
トを、下位４ビット（Ｄ₃〜Ｄ₀）に従い次のドットを書
き込む。また、強度変調データは（11）式なる論理を実
行する構成とすればよい。

【００５６】

【数６】

【００５７】なお、パルス幅変調部２２は書込み画素ク
ロックを変化させても同一でよいので、（７)(８）式に
よる論理記述を実行する構成とすればよい。

【００５８】また、（10)(11）式を各々（12)(13）式と
すれば、書込み画素クロックを２倍とした場合にも左寄
せの波形か右寄せの波形かをドット毎に選択できる。即
ち、書込み画素クロックを２倍とする場合には、上位４
ビットのうち、１ビット（ここでは、Ｄ₇ ）を最初のド
ット位置制御データとし、残りの３ビットをパルス幅変
調（０〜４の５値出力）用のデータとしている。同様
に、下位４ビットのうち、１ビットをドット位置制御デ
ータとし、残りの３ビットをパルス幅変調用のデータと
している。また、強度変調データはＭ＝０（即ち、２倍
モード時）には全てをＬレベルとしている。

【００５９】

【数７】

【００６０】ところで、通常、入力するデータ列を画像
データＮビットのデータ列とすると、出力できる階調数
は最大２＾Ｎであり、０／２＾Ｎ〜２＾Ｎ／２＾Ｎなる
２＾Ｎ＋１個の出力ステートのうち、１つ或いは数個が
欠落している。また、入力データ列としてさらに位置制
御信号１ビットを加えると左寄せ波形、右寄せ波形各々
のモードで２＾Ｎ値階調出力となるが、何れのモードと
も、出力ステートのうち、１つが欠落している。そのた
め、完全に２＾Ｎ＋１個の階調を得るためには画像デー
タとしてＮ＋１ビットと位置制御信号１ビットとが必要
となる。しかし、フルオフ（０／２＾Ｎ）及びフルオン
（２＾Ｎ／２＾Ｎ）は左寄せ波形、右寄せ波形の何れで
も同一波形であるので、フルオフ、フルオン及び各々左
寄せ波形、右寄せ波形の中間値１／２＾Ｎ〜（２＾Ｎ−
１）／２＾Ｎ（２×（２＾Ｎ−１））個の計２＾（Ｎ＋
１）個のステートを出力するようにすれば、Ｎ＋１ビッ
トのデータ列からでも位置制御まで含めた２＾Ｎ＋１値
階調出力となる。

【００６１】例えば、データ列を４ビットとし、１ドッ
ト当たり９値階調（０／８〜８／８の９値であり、０／
８（常にオフ）、８／８（常にオン）、各々左寄せ又は
右寄せ波形の１／８〜７／８の計１６のステートを持
つ）を持たせるには、表１に示すような真理値表に従う
ようにすればよい。

【００６２】

【表１】

【００６３】入力する画像データをこのようなデータ列
とすれば、１ビット少ないデータ列で同じ階調数が得ら
れる。よって、入力データ転送レートを低減でき、入力
端子数も低減できる。さらには、データ変換部２１の前
段に通常用いられるバッファメモリも低減させることが
できる。逆にいえば、入力データ線数が決まっている場
合には、このようなデータ列とすることにより、階調数
を増加させることができる。特に、１ドット当たりのデ
ータのビット数が少ないときには効果的となる。

【００６４】具体的に、書込みクロック周波数を２倍に
する場合、上位４ビット、下位４ビットで各々１ドット
当たりドット位置制御を含めた９値階調（表１の真理値
表を参照）とするデータ列とすれば、書込みクロック周
波数を２倍にした場合において入力データ線数を増やす
ことなく階調数を増加させて、高品位な画像を得ること
ができる。

【００６５】即ち、（７)(12)(13)式を、各々、（14)(1
5)(16）式のようにすればよい。なお、（14）式でＸ
_n ，Ｘ_n′ ，Ｘ_m ，Ｘ_m′ は（８）式に従う。また、強
度変調データＤ_pkはＭ＝０のとき、Ｄ_p4のみＨレベルと
し他は全てＬレベルとする。

【００６６】

【数８】

【００６７】ここに、本実施の形態では、２倍モード時
には画像データに従ってパルスＰＷ_daをＰＷ_onと同じパ
ルス幅或いは最小パルス幅分だけ長くしたパルスとし、
強度変調データを一定にしてパルスＰＷ_daがパルスＰＷ
_onよりも最小パルス分長くなったときに強度変調するよ
うにしているので、（11）式のように入力クロックの半
クロック単位で強度変調データを変化させるステートが
減少し、高速化の点でさらに有利となる。

【００６８】＜第二の実施の形態＞本実施の形態におい
ては、図１１に示すように、パルス幅変調部２２と発光
指令信号生成部１４との間に出力モード切換手段の一部
として機能するスイッチ部４１が付加され、このスイッ
チ部４１が強制消灯指令信号Ｓ_W1や強制発光指令信号Ｓ
_W2に応じて切換え動作を実行するように構成されてい
る。即ち、本実施の形態では、パルス幅変調部２２に関
して、強制消灯指令信号Ｓ_W1や強制発光指令信号Ｓ_W2を
加味することにより、（14）式に代えて（17）式のよう
な論理式が用意されており、入力した画像データに拘ら
ず、半導体レーザ３を強制的に消灯或いは発光させるこ
とができる構成とされている。ただし、強制消灯指令信
号Ｓ_W1や強制発光指令信号Ｓ_W2が同時にＨレベルになる
ことはないものとする。

【００６９】

【数９】

【００７０】図１１に示す構成によれば、強制消灯指令
信号Ｓ_W1がオンになると（Ｈレベルになると）、全ての
パルス幅変調出力がオフとなる。これは、画像データが
全て０となるのと同等であり、画像データ自体を全て０
としなくてもよく、連続的に書込みを必要としない個所
の制御処理が容易となる。一方、画像データを全て０と
して強制発光指令信号Ｓ_W2をオンにすると、入力クロッ
クの周波数とは相関のない強制発光指令信号Ｓ_W2の周波
数にてフル点灯によるパルス幅変調方式にて任意の発光
を行わせることができる。よって、例えばディテクトパ
ルス等として有効に活用できる。

【００７１】図１２に、（17)(８)(15）式の論理記述に
従ってパルス幅変調を行うように構成されたデータ変換
部２１、パルス幅変調部２２及びスイッチ部４１のブロ
ック構成例を示す。まず、データ変換部２１には入力さ
れた画像データＤ₀ 〜Ｄ₇ 、位置制御データＰ及び周波
数選択信号Ｍに基づき（15）式の論理を行いパルス幅変
調データに変換する２つの論理部４２，４３が設けられ
ている。これらの論理部４２，４３の出力側には変換さ
れたパルス幅変調データを一時的に保持する手段、例え
ば、ラッチ回路４４，４５が設けられている。これらの
ラッチ回路４４，４５にはパルス生成発振器２３からの
出力に基づきゲート信号を生成するゲート信号生成回路
４６が接続されている。

【００７２】さらに、パルス幅変調部２２にはマルチプ
レクサ４７〜５０が設けられている。最初のマルチプレ
クサ４７は位相差の異なるパルスＸ₀ 〜Ｘ₇ のうちの４
つ（Ｘ_i）を入力とし、セレクト信号であるパルス幅変
調信号Ｄ_n1〜Ｄ_n4に従い入力信号Ｘ_iのうちの１つの正
転又は反転信号或いは常にＨレベル又はＬレベルの信号
を選択する機能を持つ。マルチプレクサ４８〜５０につ
いても同様である。さらに、これらのマルチプレクサ４
７〜５０の後段にもマルチプレクサ５１，５２が設けら
れている。マルチプレクサ５１はマルチプレクサ４７，
４８の出力であるＸ_n，Ｘ_n′ の何れかをセレクト信号
であるパルス幅変調信号Ｄ_n5，Ｄ_n6に従い選択する。マ
ルチプレクサ５２についても同様である。５３は内部ク
ロックを生成する回路であり、本実施の形態ではＸ₀ を
そのまま、或いは、バッファを介して出力するように構
成されている。そして、マルチプレクサ５１，５２の出
力と内部クロック生成回路５３による内部クロックとに
より、（17）式の論理に従いパルスＰＷ_da，ＰＷ_onを生
成するＡＮＤゲート５４ａ〜５４ｄ、ＯＲゲート５４
ｅ，５４ｆが設けられている。ＯＲゲート５４ｅ，５４
ｆの出力にはスイッチ部４１を構成するマルチプレクサ
５５，５６が介在されている。これらのマルチプレクサ
５５，５６は強制消灯指令信号Ｓ_W1又は強制発光指令信
号Ｓ_W2に従い、ＯＲゲート５４ｅ，５４ｆからの出力を
そのまま、或いは、常時Ｌレベル又は常時Ｈレベルに切
り換えて出力する機能を持つ。

【００７３】このようなデータ変換部２１、パルス幅変
調部２２及びスイッチ部４１は、容易にバイポーラトラ
ンジスタ等により集積化することができる。例えば、入
力される画像データの保持や変調データの保持に用いら
れるデータ保持手段の一例をなすラッチ回路４４の構成
例を図１３に示す。いま、入力するデータをＤ，／Ｄ
（差動入力）、保持したデータをＱ，／Ｑとすると、Ｑ
＝ＤＧ＋Ｑ（／Ｇ）のように記述できる。つまり、ラッ
チゲート信号ＧがＨレベルの時、入力信号Ｄを出力し、
ラッチゲート信号ＧがＬレベルの時、前のデータを保持
する。このラッチゲート信号Ｇは、パルス生成発振器２
３等により発生するパルス或いはその組合せに基づきゲ
ート信号生成回路４６で容易に生成できる。例えば、図
８に示したタイムチャートを参照すれば、Ｘ_nを選択す
るための変調データＤ_nを保持するためのラッチゲート
信号Ｇ₁ は、Ｇ₁ ＝Ｘ₂・Ｘ₄とすればよく、Ｘ_mを選択
するための変調データＤ_mを保持するためのラッチゲー
ト信号Ｇ₂ は、Ｇ₂＝Ｘ₆・Ｘ₀とすればよい。

【００７４】また、図１３に示すようなラッチ回路４４
を２個縦列接続し、後段のラッチゲート信号を前段のラ
ッチ回路に対するラッチゲート信号を反転させた信号、
或いは、前段のラッチゲート信号がＬレベルの期間中の
或る一定期間だけＨレベルになる信号とすれば、フリッ
プフロップ構成となる。データ保持手段をフリップフロ
ップ構成とすれば、前段のラッチゲート信号の立下り直
前のデータが１クロックの間、ずっと保持されるので
（ラッチ回路４４のみでは、ゲートトリガ信号がＨレベ
ルの間に変化すると出力も変化してしまう）、強度変調
データの保持手段としては適している。

【００７５】図１４は、論理部４２の一部をなし（15）
式のＤ_n1に関する第１式をバイポーラトランジスタによ
り構成した論理回路５７の例を示す。この論理回路５７
の出力を図１３に示すようなラッチ回路４４等により保
持すればよい。

【００７６】もっとも、図１５に示すように、パルス幅
変調データＤ_n1の生成とその保持を同時に行う論理回路
５８として構成することで、素子数を減らすこともでき
る。即ち、図１５は（18）式の論理記述を実行するよう
に構成されている。

【００７７】

【数１０】

【００７８】なお、図１５中、Ｇ₁ はラッチゲート信号
である。また、Ｖ_th1，Ｖ_th2は各々各論理レベルの閾値
電圧であり、Ｄ₅ 等の入力信号は、外部から入力される
データを、例えば、図１６に示すようなレベルシフト回
路５９を用いて内部レベルの信号に変換したものであ
る。これらは必要に応じて、エミッタフォロワ、ダイオ
ード、抵抗等により電圧シフトしている。

【００７９】また、周波数選択信号Ｍ，／Ｍは、外部か
らの周波数選択信号Ｍode から図１７に示すような選択
信号生成回路６０によって生成される。図１７におい
て、ベースに基準電位Ｖ_BBpが与えられたトランジスタ
Ｑ₁ と抵抗Ｒ₁ とは電流Ｉ₁を流す電流源６１を構成し
ている。トランジスタＱ₂ ，Ｑ₃ は差動スイッチ６２を
構成し、一方には抵抗Ｒ₂ ，Ｒ₃ により周波数選択信号
Ｍode を内部レベル信号に変換されたものが印加され、
他方にはトランジスタＱ₄ 〜Ｑ₇ 、抵抗Ｒ₄ 〜Ｒ₆ によ
り生成された閾値電圧が印加されている。いま、周波数
選択信号Ｍode がＨレベルの時、トランジスタＱ₃ がオ
ンしてそのコレクタ電流は電流源６１による電流Ｉ₁ と
なり、選択信号Ｍの電位はＩ₁・Ｒ₁＋Ｖ_BE（Ｖ_BE：トラ
ンジスタのベース・エミッタ間電圧）となりオン状態と
なる。一方、トランジスタＱ₂ のコレクタ電流はほぼ０
であるので、選択信号／Ｍはオフとなる。周波数選択信
号Ｍode がＬレベルの時にはその逆となる。これらの選
択信号Ｍ，／Ｍをトランジスタ対と抵抗とで構成された
電流スイッチ（例えば、図１５中の電流スイッチ６３）
のベースに加えると、何れか一方のトランジスタのコレ
クタに電流が流れる。

【００８０】（15）式中の他の式に関しても、同様にし
て、バイポーラトランジスタで構成できる。さらには、
他の論理式についても同様にしてバイポーラトランジス
タで集積化構成することができる。例えば、前述した
（９）式の第１式の場合であれば、図１５において電流
スイッチ６３の代わりに電流源を用い、その上段の回路
６４部分を省けばよい。

【００８１】強度変調データＤ_PKを得るためにはラッチ
回路を縦列接続すればよい。図１８は（16）式における
第１式のＤ_p4を得るためのＤ_p4生成部６６の回路構成例
を示す。２つのラッチ回路６７，６８中の後段のラッチ
回路６８にデータ保持と同時にデータ生成論理が組み込
まれている。前段のラッチ回路６７は図１３に示した構
成に関して正転出力のみを取り出すように構成したもの
で、省素子化が図られている。図中、Ｄ₄ は図１６のよ
うなレベルシフト回路を介して内部レベル信号に変換し
たものであり、Ｖ_th1は閾値電圧である。Ｍ及び／Ｍは
前述したように図１７の回路で生成でき、Ｇ₁ 及びＧ₃
は各々のラッチゲート信号であり、Ｇ₁は前述した通り
であり、Ｇ₃ はＧ₃ ＝Ｘ₀ とすればよい。また、図１８
においてトランジスタＱ₁₀のコレクタを抵抗Ｒ₇ に接続
するようにすれば（16）式におけるＤ_p3〜Ｄ_p0を生成で
きる。

【００８２】次に、図１２中に示したパルス幅変調部２
２に関しては、例えば、バイポーラトランジスタによっ
て図１９及び図２０に示すように構成できる。図１９は
（８）式の第１式の論理記述を構成した回路を示し、図
１２中のマルチプレクサ４７に相当する。図２０は（1
7）式の第１式の論理記述を構成した回路を示し、図１
２中のマルチプレクサ５１，５２，５５、ＡＮＤゲート
５４ａ，５４ｃ及びＯＲゲート５４ｅに相当する。

【００８３】まず、図１９において、基準電位Ｖ_BBがベ
ースに加わったトランジスタＱ₁₁と抵抗Ｒ₈ とは電流Ｉ
を流す電流源６９であり、７０〜７２は各々差動スイッ
チであり、パルス幅変調データＤ_n1及びＤ_n2により差動
スイッチ７０，７１のトランジスタのうちの何れかのト
ランジスタがオンとなり、各々のコレクタに接続された
何れかの差動スイッチ７３，７４，７５，７６に電流が
流れる。これらの４つの差動スイッチ７３〜７６にはパ
ルス生成発振器２３において生成された位相の異なるパ
ルスが加えられている。差動スイッチ７３〜７６の右側
のトランジスタには選択されるパルスＸ_i（左からｉ＝
１〜４）が加えられ、左側のトランジスタにはその反転
信号が加えられている（もっとも、左側のトランジスタ
のベースは、或る一定電位に固定してもよい）。しか
し、図示の如く、差動入力としたほうが、スイッチング
に必要なスイング電圧が小さくて済み、図１９のように
多くのトランジスタを多段に積み上げて構成する場合に
は差動入力のほうが好ましい。

【００８４】Ｘ_iの入力においては、さらに生成するパ
ルス幅変調のリニアリティも向上する。例えば、Ｄ_n2＝
０、Ｄ_n1＝１の場合を考える。この場合、差動スイッチ
７０の右側のトランジスタがオンとなり、差動スイッチ
７４に電流が流れ、他の３つの差動スイッチ７３，７
５，７６には流れない。つまり、パルスＸ₆ が選択され
たことになり、パルスＸ₆ がＨレベルの期間は差動スイ
ッチ７７に、Ｌレベルの期間は差動スイッチ７８に電流
が流れる。これらの差動スイッチ７７，７８には各々パ
ルス幅変調データＤ_n3及びＤ_n4が加えられ、双方ともＨ
レベルの時には抵抗Ｒ₉ の端子電圧はパルスＸ₆ と等し
い信号となり、双方ともＬレベルの時にはパルスＸ₂
（Ｘ₆ の反転）と等しい信号となり、Ｄ_n3＝０、Ｄ_n4＝
１の時にはパルスＸ₆ に拘らず常時Ｌレベルとなり、Ｄ
_n3＝１、Ｄ_n4＝０の時には常時Ｈレベルとなる。これ
が、エミッタフォロワとダイオードとを介してパルスＸ
_nとなり、同様にしてその反転信号が生成される。ま
た、Ｘ_n′ ，Ｘ_m ，Ｘ_m′ については、（８）式に従い
図１９における入力信号を適宜変更することにより構成
できる。さらには、他の式によるＸ_nの生成についても
同様にして構成できる。

【００８５】図２０も、基本的には図１９と同様に構成
されているので、簡単に説明する。ＣＫ₀ はパルスＸ₀
を電圧シフトしただけのものであり、これを内部クロッ
クとする（前述した論理式との対応上、以後の説明でも
Ｘ₀ で記述する）。Ｘ₀ がＨレベルの時、差動スイッチ
７２ａの左側のトランジスタに電流が流れ、Ｄ_n5＝０の
場合にはＸ_nと、Ｄ_n5＝１の場合にはＸ_n′ とＸ₀ とを
論理積した電流が差動スイッチ７７ａに流れ、Ｘ₀ がＬ
レベルの時にはＤ_m5に従いＸ_m又はＸ_m′ と／Ｘ₀ とを
論理積した電流が流れる。よって、これらを論理和した
電流が差動スイッチ７７ａに流れ、その反転した電流が
差動スイッチ７８ａを流れる。そこで、強制消灯指令信
号Ｓ_W1、強制発光指令信号Ｓ_W2がともにＬレベルの場合
にはこの論理和した信号が抵抗Ｒ₃′ の端子電圧とな
り、エミッタフォロワを介してＰＷ_daとなり、強制消灯
指令信号Ｓ_W1のみがＨレベルの時にはパルス幅変調デー
タに拘らず常にＬレベル、つまり、強制消灯指令信号Ｓ
_W1、強制発光指令信号Ｓ_W2はＰＷ_onも同一の信号である
ので、半導体レーザ３は強制オフとなる。強制発光指令
信号Ｓ_W2のみがＨレベルの時には常時Ｈレベル、つま
り、半導体レーザ３は強制オンとなる。ＰＷ_onの生成は
図２０の構成において入力信号を変更すればよい。

【００８６】ここで、半導体レーザ制御・駆動部５側の
概略作用については前述したが、前述したパルス幅生成
・データ変調部２の構成に基づく作用について、図４を
参照して再度簡単に説明する。まず、光・電気負帰還ル
ープ６中の電流源８は変調されたデータ（パルス幅変調
された２つのパルスＰＷ_on，ＰＷ_da及び強度変調データ
ＰＭDATA）に従って生成された電流を流し、この電流と
受光素子４にて半導体レーザ３の光出力に比例して出力
されるモニタ電流とを比較し、その誤差分を誤差増幅器
９及び駆動トランジスタ１０を介して半導体レーザ３の
順方向電流に変換することにより光・電気負帰還ループ
６を構成する。また、電流源１１もパルス幅変調された
２つのパルスＰＷ_on，ＰＷ_da及び強変調信号ＰＭDATAに
従って生成された電流（つまり、電流Ｉ_DA1に比例する
電流）を流し、直接、半導体レーザ３の順方向電流とな
っている。

【００８７】ここで、一般に半導体レーザ３の微分量子
効率や受光素子４の光・電気変換受光感度には素子ばら
つきがあるので、各々の特性に合わせて電流値を設定す
る必要がある。このような素子ばらつきに関して、Ｉ
_DA1の電流値を半導体レーザ３が所望の光出力となるよ
うに外部からの電流設定信号により設定、即ち、直流動
作的には受光素子４のモニタ電流値を設定することによ
り、個体差を吸収して半導体レーザ３が常に所望の光出
力となるように設定することが可能である。電流源８を
図７に示すような構成とする場合には、所望の最大発光
となるようにＩ_fu _llを設定することとなる。一方、半導
体レーザ３の微分量子効率や発振閾値電流に関しては、
用いる半導体レーザ３の経時変化や温度により大きく変
動するため、使用する条件における各々の値を検出し、
検出した値に応じて半導体レーザ３が所望の光量となる
順方向電流で駆動することにより、図５（ｂ）に示すよ
うな波形を得ることができる。

【００８８】電流源１１に関しても図７のように構成す
ればよく、この場合のＤ／Ａ変換器の最大電流値をＩ
_full2とすればこのＩ_full2を設定すればよい。この設
定方法について簡単に説明する。所望の最大発光時にお
ける半導体レーザ３の順方向電流をＩ_max、オフセット
発光時（光・電気負帰還ループ６を常に動作させるため
には半導体レーザ３を完全にオフにはせず、僅かに発光
させておく必要がある）の半導体レーザ３の順方向電流
をＩ_minとすると、この差分Ｉ_max−Ｉ_min とＩ_full2
とが等しくなるようにすればよい。即ち、最初にＩ_DA2
＝０（つまり、Ｉ_full2＝０）の状態で半導体レーザ３
を最大発光させる。この時、制御電流のみで半導体レー
ザ３の順方向電流を流しているので、Ｉ_max＝Ｉ_DA1と
なっている。次に、半導体レーザ３を最大発光状態を保
ちながらＩ_DA2を徐々に増やしていくと（発光指令信号
をオンにしてＩ_full2を増加していくと）、制御電流Ｉ
_DA1は徐々に減っていき、Ｉ_DA1＝Ｉ_minとなったと
き、Ｉ_full2＝Ｉ_max−Ｉ_minとなる。このような設定
動作は、電源投入時やリセット時において所定の時間だ
けイニシャル動作として実行され、通常動作時にはＩ
_full2の値は保持される。

【００８９】＜第三の実施の形態＞図２１に本発明の第
三の実施の形態を示す。本実施の形態では、パルス幅変
調・強度変調信号生成部を形成するデータ変換部とパル
ス幅変調部と発光指令信号生成部とが、書込みクロック
周波数の異なる出力モード分だけ複数個設けられてい
る。まず、入力クロックａと入力データａとが入力され
るパルス幅変調部２２ａ及びデータ変換部２１ａと、発
光指令信号生成部１４ａとが設けられている。同様に、
入力クロックｂと入力データｂとが入力されるパルス幅
変調部２２ｂ及びデータ変換部２１ｂと、発光指令信号
生成部１４ｂとが設けられている。このような構成が、
ｎ個分設けられている。発光指令信号生成部１４ａ，１
４ｂ，〜の出力側には、周波数選択信号に応じて何れか
の出力のみを選択して出力する出力モード切換手段とな
るセレクタ８１が設けられている。ここに、入力クロッ
クａ，ｂ，〜はその周波数を各々独立して設定自在とさ
れている。

【００９０】よって、周波数選択信号によって何れかの
発光指令信号生成部からの出力を選択するだけで書込み
クロック周波数の異なる光出力波形を任意に得ることが
できる。例えば、パルス幅変調部２２ａ及びデータ変換
部２１ａ側に関しては前述した基本構成に準じて構成
し、対応する発光指令信号生成部１４ａの出力を選択す
るようにすれば、多階調の高品位画像を得ることができ
る。また、パルス幅変調部２２ｂ及びデータ変換部２１
ｂ側に関しては入力クロックａの２倍の入力クロックｂ
を入力させるとともに階調数を下げるように構成し、対
応する発光指令信号生成部１４ｂの出力を選択するよう
にすれば、階調数は低めでも書込み密度が２倍の高品位
画像を得ることができる。この他、入力クロックの周波
数関係を適宜に設定することにより、任意の光出力波形
を得ることができる。

【００９１】＜第四の実施の形態＞図２２に本発明の第
四の実施の形態を示す。本実施の形態では、入力データ
に対してパルス幅変調データと強度変調データとを生成
するクロック周波数の異なる出力モード分の複数個（ｎ
個）の変調部と、１個の出力部となる発光指令信号生成
部１４とによりパルス幅変調・強度変調信号生成部が形
成されている。即ち、即ち、入力クロックａと入力デー
タａとが入力されるデータ変換部２１ａ及びパルス幅変
調部２２ａと、入力クロックｂと入力データｂとが入力
されるデータ変換部２１ｂ及びパルス幅変調部２２ｂと
が設けられている。このような構成がｎ個設けられてい
る。これらの変調部の出力側には、各々のパルス幅変調
信号ＰＷＭ_on，ＰＷＭ_da側を入力とするＰＷＭ用セレク
タ８２と、各々の強度変調信号ＰＭDATA側を入力とする
ＰＭ用セレクタ８３とが設けられている。これらのセレ
クタ８２，８３は周波数選択信号に応じて何れかのパル
ス幅変調・強度変調信号生成部１３ａ〜１３ｎに対応す
るパルス幅変調信号ＰＷＭ_on，ＰＷＭ_da、強度変調信号
ＰＭDATAのみを選択して発光指令信号生成部１４に出力
する。

【００９２】従って、本実施の形態による場合も、周波
数選択信号によって何れかの変調部からの出力を選択す
るだけで書込みクロック周波数の異なる光出力波形を任
意に得ることができる。特に、図２１に示すような構成
に比して、本実施の形態によれば、発光指令信号生成部
１４が１個で済むので、素子数が減り、集積化ないしは
小型化を図る上で有利となる。

【００９３】＜変形例・その他＞例えば図１１に示した
構成では、強制発光指令信号Ｓ_W2とともに強制消灯指令
信号Ｓ_W1も入力し得る構成とされているが、強制発光指
令信号Ｓ_W2のみを入力可能とした構成でもディテクトパ
ルス等を得るには十分有効な構成となる。

【００９４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、入力デー
タに基づいて、前記入力データに対してパルス幅変調と
強度変調とを同時に行う発光指令信号を生成するパルス
幅変調・強度変調信号生成部と、半導体レーザと、前記
半導体レーザの光出力をモニタする受光素子とともに光
・電気負帰還ループを形成して前記受光素子から得られ
る前記半導体レーザの光出力に比例した受光信号と前記
パルス幅変調・強度変調信号生成部から与えられる発光
指令信号とが等しくなるように前記半導体レーザの順方
向電流を制御する誤差増幅部と、前記光・電気負帰還ル
ープの制御電流との和又は差の電流により前記半導体レ
ーザの駆動を制御するように前記パルス幅変調・強度変
調信号生成部により生成出力される発光指令信号に応じ
た駆動電流を前記半導体レーザに順方向電流を流す電流
駆動部と、周波数選択信号に応じてクロック周波数の異
なる出力モードを選択する出力モード切換手段とを１チ
ップの集積回路で構成したので、例えば、階調数が多く
要求される画像の場合には１ドット内でのパルス幅・強
度混合変調方式を活かすことにより多階調の高品位画像
を得ることができ、階調数がそれほど要求されない画像
の場合には階調数を下げてクロック周波数を高くするこ
とで主走査方向の書込み密度を高くした高品位な画像を
得ることができ、よって、要求される画像形態にあった
出力を任意に得ることができ、また、パルス幅変調・強
度変調信号生成部なるデジタル制御系から、誤差増幅部
や電流駆動部のようなアナログ駆動系、及び、出力モー
ド切換手段まで含めて、全てが１チップの集積回路とし
て構成されているので、小型で省電力化を図ることがで
き、より高速かつ高精度に動作させることができる。

【００９５】この場合、請求項２記載の発明によれば、
パルス幅変調・強度変調信号生成部が、クロック周波数
の異なる出力モード分だけ複数個設けられており、出力
モード切換手段は、周波数選択信号に応じて前記パルス
幅変調・強度変調信号生成部中から何れか一つのパルス
幅変調・強度変調信号生成部を選択するするように構成
したので、異なるクロック周波数の出力モードを任意に
設定し、任意に選択することができる。

【００９６】また、請求項３記載の発明によれば、パル
ス幅変調・強度変調信号生成部が、入力データに対して
パルス幅変調データと強度変調データとを生成するクロ
ック周波数の異なる出力モード分の複数個の変調部とこ
の変調部から与えられるパルス変調データと強度変調デ
ータとに基づきパルス幅変調と強度変調とを同時に行う
発光指令信号を生成する一つの出力部とを有し、出力モ
ード切換手段は周波数選択信号に応じて前記変調部中か
ら何れか一つの変調部を前記出力部に対して選択するよ
うに構成したので、異なるクロック周波数の出力モード
を任意に設定し、任意に選択することができ、かつ、発
光指令信号生成手段が１つだけでよいので、必要とする
素子数を減らし、小型化及び集積化を図る上でも有利な
構成とすることができる。

【００９７】さらに、請求項４記載の発明によれば、パ
ルス幅変調・強度変調信号生成部は、入力クロックと同
一周波数で位相が一定量ずつ異なる複数個のパルスを生
成するパルス生成手段と、入力された画像データをパル
ス幅変調データと強度変調データとに変換するデータ変
換手段と、前記パルス生成手段により生成されたパルス
より前記パルス幅変調データに基づきパルス幅変調した
複数個のパルスを生成するパルス幅変調手段とを有し、
出力モード切換手段は、前記データ変換手段が周波数選
択信号に応じた変調データを生成して前記パルス幅変調
手段に出力する構成としたので、異なるクロック周波数
の出力モードを任意に設定し、任意に選択することがで
きる上に、画像データの入力端子がデータ変換手段用だ
けで済むので少なくてよく、パルス幅変調手段及び発光
指令信号生成手段も１つでよく、必要とする素子数を減
らし、小型化及び集積化を図る上でも有利な構成とする
ことができる。特に、請求項５記載の発明によれば、請
求項４記載の発明に関して、出力モードのクロック周波
数が、入力クロックに対して等倍と２倍とで選択自在と
したので、典型的な出力モード形態として、階調数が多
く要求される画像の場合には１ドット内でのパルス幅・
強度混合変調方式を活かすことにより多階調の高品位画
像を得ることができ、階調数がそれほど要求されない画
像の場合には階調数を下げてクロック周波数を２倍とし
た主走査方向の書込み密度が２倍の高品位な画像を得る
ことができる。

【００９８】請求項６記載の発明によれば、クロック周
波数の異なる出力モードの一つが、周波数選択信号とな
る強制発光指令信号に基づき選択される出力モードとし
ているので、画像データを全て０として強制発光指令信
号を加えることにより、画像データのクロックとは相関
のないその強制発光指令信号の周波数にて書込みを行わ
せることができ、例えば、ディテクトパルスの生成等に
有効に活用することができる。

【００９９】請求項７記載の発明によれば、クロック周
波数の異なる出力モードの一つが、周波数選択信号とな
る強制消灯指令信号に基づき選択される出力モードとし
ているので、連続的に書込みを必要としない個所では画
像データを全て０にすることなく、強制消灯指令信号を
利用するだけで簡単に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】前提となる半導体レーザ制御装置を示すブロッ
ク図である

【図２】半導体レーザの光出力波形を示す基本概念図で
ある。

【図３】左寄せ波形、右寄せ波形の生成例を示す説明図
である。

【図４】半導体レーザ制御・駆動部の前提的な構成例を
示す回路図である。

【図５】Ｉ_DA2の有無に応じて制御形態を示す説明図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態における基本構成を示すブ
ロック図である。

【図７】発光指令信号生成部の構成例を示すブロック図
である。

【図８】パルス幅生成方法を説明するためのタイムチャ
ートである。

【図９】本発明の第一の実施の形態を示すブロック図で
ある。

【図１０】書込みクロック周波数を切り換えた場合の出
力制御例を示すタイムチャートである。

【図１１】本発明の第二の実施の形態を示す概略ブロッ
ク図である。

【図１２】その具体的な構成例を示すブロック図であ
る。

【図１３】その一部のラッチ回路の構成例を示す回路図
である。

【図１４】その一部の論理記述を実行する構成例を示す
回路図である。

【図１５】その一部の論理記述を実行する構成例を示す
回路図である。

【図１６】レベルシフト回路を示す回路図である。

【図１７】周波数選択信号生成回路を示す回路図であ
る。

【図１８】強度変調信号を得るための構成例を示す回路
図である。

【図１９】パルス幅変調部中のマルチプレクサの構成例
を示す回路図である。

【図２０】パルス幅変調部中の他部の構成例を示す回路
図である。

【図２１】本発明の第三の実施の形態を示す概略ブロッ
ク図である。

【図２２】本発明の第四の実施の形態を示す概略ブロッ
ク図である。

【符号の説明】

３半導体レーザ４受光素子６光・電気負帰還ループ７電流駆動部９誤差増幅部１２集積回路１３パルス幅変調・強度変調信号生成部１４発光指令信号生成部２１データ変換手段２２パルス幅変調手段２３パルス生成手段３７出力モード切換手段４１出力モード切換手段８１〜８３出力モード切換手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力データに基づいて、前記入力データ
に対してパルス幅変調と強度変調とを同時に行う発光指
令信号を生成するパルス幅変調・強度変調信号生成部
と、半導体レーザと、前記半導体レーザの光出力をモニタす
る受光素子とともに光・電気負帰還ループを形成して前
記受光素子から得られる前記半導体レーザの光出力に比
例した受光信号と前記パルス幅変調・強度変調信号生成
部から与えられる発光指令信号とが等しくなるように前
記半導体レーザの順方向電流を制御する誤差増幅部と、前記光・電気負帰還ループの制御電流との和又は差の電
流により前記半導体レーザの駆動を制御するように前記
パルス幅変調・強度変調信号生成部により生成出力され
る発光指令信号に応じた駆動電流を前記半導体レーザに
順方向電流を流す電流駆動部と、周波数選択信号に応じてクロック周波数の異なる出力モ
ードを選択する出力モード切換手段と、が１チップの集
積回路で構成されていることを特徴とする半導体レーザ
制御装置。
【請求項２】パルス幅変調・強度変調信号生成部が、
クロック周波数の異なる出力モード分だけ複数個設けら
れており、出力モード切換手段は、周波数選択信号に応
じて前記パルス幅変調・強度変調信号生成部中から何れ
か一つのパルス幅変調・強度変調信号生成部を選択する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ制御装
置。
【請求項３】パルス幅変調・強度変調信号生成部が、
入力データに対してパルス幅変調データと強度変調デー
タとを生成するクロック周波数の異なる出力モード分の
複数個の変調部とこの変調部から与えられるパルス変調
データと強度変調データとに基づきパルス幅変調と強度
変調とを同時に行う発光指令信号を生成する一つの出力
部とを有し、出力モード切換手段は周波数選択信号に応
じて前記変調部中から何れか一つの変調部を前記出力部
に対して選択することを特徴とする請求項１記載の半導
体レーザ制御装置。
【請求項４】パルス幅変調・強度変調信号生成部は、
入力クロックと同一周波数で位相が一定量ずつ異なる複
数個のパルスを生成するパルス生成手段と、入力された
画像データをパルス幅変調データと強度変調データとに
変換するデータ変換手段と、前記パルス生成手段により
生成されたパルスより前記パルス幅変調データに基づき
パルス幅変調した複数個のパルスを生成するパルス幅変
調手段とを有し、出力モード切換手段は、前記データ変
換手段が周波数選択信号に応じた変調データを生成して
前記パルス幅変調手段に出力する構成であることを特徴
とする請求項１記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項５】出力モードのクロック周波数が、入力ク
ロックに対して等倍と２倍とで選択自在であることを特
徴とする請求項４記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項６】クロック周波数の異なる出力モードの一
つが、周波数選択信号となる強制発光指令信号に基づき
選択される出力モードであることを特徴とする請求項
１，２，３又は４記載の半導体レーザ制御装置。
【請求項７】クロック周波数の異なる出力モードの一
つが、周波数選択信号となる強制消灯指令信号に基づき
選択される出力モードであることを特徴とする請求項
２，３又は４記載の半導体レーザ制御装置。