JPS61124921A - レ−ザ走査型画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザや気体レーザ等を光源とした、
レーザビームプリンタ等のレーザ走査型画像形成装置に
関する。

さらに詳述すると、レーザ光を入力映像信号に応じてパ
ルス状に変調するレーザ光変調手段、及び、変調された
レーザ光を感光体上に結像走査して画像を形成する光走
査装置を備えたレーザ走査型画像形成装置に関する。

〔従来の技術〕

上述したレーザビームプリンタ等のレーザ光走査技術を
用いた装置は、処理速度及び解像度を共に大幅に上げる
ことができることから、近年急速に開発されている。　
このような装置において、入力信号側の濃度階調に忠実
な、即ち、階調再現性のよい出力画像を得るために、種
々の方式が用いられている。

まず、レーザ光を強度変調する方式がある。

これは、例えば、第７図（イ）に示すように、一定時間
毎にサンプリングされてパルス変調されるレーザ光の振
幅を、人力映像信号側の濃度階調情報に応じて変化させ
るものである。　この方式は、走査時の露光時間が各ド
ツトについて一定であるから、出力画像の解像度を一定
にすることができる反面、出力の変動や変調特性の非線
形性が、直接階調再現性に影響を与えるために、階調数
が多くなるほどリニアーな再現性を得にくいという問題
がある。　また、最近では、半導体レーザが、小型、高
効率、高速、安定であり、しかも、レーザ光発振時に容
易に直接変調できる大きな利点があることから、多用さ
れる傾向にあるが、この半導体レーザの発振時に行う強
度変調は、半導体レーザに対する励起電流を変化させる
ものであり、この方式による場合には、階調比に限度が
ある。　つまり、第３図のグラフから分かるように、半
導体レーザの出力特性は、しきい値電流（ｒｔｈ）以下
の領域において大きく変化してリニアリティがなくなる
ため、階調性のある変調に用いられる領域は、しきい値
電流（Ｉい）と最大電流Ｃ１，□）との間の範囲でしか
なく、光出力とじては（Ｐい）と（Ｐ、、、）の範囲に
限られるのである。　そして、この（ｐｔｈ）と（Ｐ、
、、）との比（ｐ、ｓ、／ｐｔｈ）は、高出力の半導体
レーザにおいて３０〜５０程度であり、これは、画像と
しての階調比の１．５〜１．７程度に相当するものであ
る。

次に、レーザ光を時間変調する方式がある。

これは、例えば第７図（ＩＩ）に示すように、パルス変
調されるレーザ光のパルス巾を変化させるものである。

　この方式は、同じ出力状態での時間変調であるから、
階調再現性が出力の変動に殆ど依存せず変調特性のリニ
アリティも充分得られるので、階調再現性を一定にする
ことができる反面、走査時の露光時間が各ドツトについ
てまちまちであるから、出力画像の解像度が不安定にな
り易いという問題がある。　また、この時間変調方式に
おいては、変化するパルス巾の最小単位時間の長さが画
像記録速度を決定してしまう。　つまり、各ドツトに対
して有効に時間変調を行うためには、走査速度に対して
少なくとも数十倍ないし数百倍の速度で変調する必要が
ある。　従って、走査速度を替えずに階調再現性を高め
るには、ギガヘルツ（ＧＨｚ）オーダの変調周波数が必
要となって回路構成が複雑になったり、或いは、変調周
波数を低く設定しながら階調再現性を高く維持しようと
すると、記録速度が低下したりする虞れがある。

さらに、図示はしないが、画像処理を行う方式として、
１画素に２値状態のドツトを対応させ、記録状態のドツ
トの数の変化によって階調を変化させる面積階調法があ
る。　この方式には、例えば、１画素をさらに複数個の
ドツトのサブマトリックスに分解する濃度パターン法や
、１画素を１ドツトに対応させるディザ法などがある。

　これらの方式は、階調再現性は高いものの、何れも入
力信号に対して処理時間が必要なため、記録速度が低下
する虞れがある。　また階調段階によっては画質が変化
する虞れもある。　特に濃度パターン法においては、さ
らに高い解像度を持つ光学系が必要である。

一方、感光体は個体感で感度のバラツキがあるが、上述
した何れの方式においても、感光体ごとに異なった階調
再現性を示すものであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

つまり、−言で言えば、強度変調は階調再現性が出力変
動に大きく依存すること、また、時間変調及び画像処理
は何れも記録速度が低くなりがちなこと、さらに、何れ
の方式の場合にも感光体個体間での感度のバラツキへの
対応が困難であったこと、以上が従来方式の主なる問題
であった。

本発明の目的は、上記実情に鑑み、従来方式における問
題点を解消して階調再現性のよい画像が得られるように
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるレーザ走査型画像形成装置の特徴構成は、
レーザ光を入力映像信号に応じてパルス状に変調するレ
ーザ光変調手段が、各出力パルスの強度及び時間を共に
変調するものであることにある。

〔作　用〕

つまり、強度変調と時間変調を共に行うものであるから
、得られる画像の階調数は、両変調による階調数の積で
表される。

従って、同じ階調数を得るにあたって、各別の変調にお
ける階調数は、単独で変調する場合に比して極めて少な
くすることができる。　即ち、強度変調における問題で
あった出力変動への依存性は、時間変調によって補正す
ることとなるから充分小さくすることができ、また、時
間変調における問題であった記録時間低下の戊れは、階
調数が少なくて済むことから充分に回避することができ
るのである。

一方、個々の入力映像信号にではなく、画像全体に対し
て一律な時間変調を行うようにすることによって、これ
を１つの感度補正系として用いることもできるのである
。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第２図は、レーザ走査型画像形成装置の一例としてのレ
ーザビームプリンタにおける光走査装置（Ｓ）の概略構
成を示している。　レーザ変調手段（Ｍ）から入力映像
信号に応じたパルス波状に変調された励起電流が与えら
れ、半導体レーザ（１）からレーザ光（Ｂｏ）が発振さ
れる。　ここで、発振されるレーザ光（Ｂｏ）は、与え
られる励起電流（１）に対して、第３図に示すような電
流−出力特性を示している。　発振されたレーザ光（Ｂ
ｏ）は、コリメータレンズ（２）によって平行光にされ
、高速回転するポリゴンミラー（３）の１つの鏡面で反
射される。　このポリゴンミラー（３）の回転で、鏡面
のレーザ光（Ｂｏ）に対する傾きが変化し、それに伴っ
て、反射後のレーザ光（Ｂｌｌ）は、感光体の一例であ
る感光体ドラム（４）の長手方向に向かって走査される
。　このレーザ光（ＢＮ）は、ｆθレンズ（５）によっ
て収束され、表面が一様に帯電された感光体ドラム（４
）上に結像してその位置の帯電電位を減少させる。

そして、上記の動作の繰り返しによって感光体ドラム（
４）上に静電潜像が形成される。　その後、図示は省略
するが、着色顔料であるトナーをこの静電潜像部分に選
択付着させて現像し、出力用紙をトナー像面に接触させ
て紙面上にトナー像を転写し、この紙を加熱することに
よってトナーを融解して紙に定着させ、出力画像を得る
のである。　図中（６）は、ドラム（４）の回転方向に
対して、各走査開始位置を揃えるためのレーザ光検出用
光センサである。　このセンサ（６）にレーザ光（Ｂｌ
ｌ）が照射されると、ビットレートに対して１０倍以上
の周波数のパルス波を出力する走査先頭位置検出用クロ
ック（以後ＳＯＳクロックと称する）（７）からのパル
ス数をカウントし、予め設定したカウント数に達したと
ころで走査先頭位置であると判断するようになっている
。

第１図に示すように、レーザ光変調手段（Ｍ）において
、アナログ信号である入力映像信号（Ｘ）をアンプ（１
３）で増幅してＡＤ変換器（８）に取込む。

このＡＤ変換器（８）には、先程述べたＳＯＳクロック
（７）からの出力パルス信号（Ｃ）が入力されており、
レーザ光（ＢＮ）が走査先頭位置に達した時点から、Ａ
Ｄ変換を開始する。　ＡＤ変換後のディジタル信号を上
位ビットと下位ビットとに分割し、一方の信号（Ｄυを
ＤＡ変換器（９）に入力して再度アナログ信号（Ａ）と
して取り出すとともに、他方の信号（Ｄ２）をパルス幅
変調器（１０）に入力する。

この変調器（１０）にもＳＯＳクロック（７）からの出
力パルス信号（Ｃ）が入力されており、このパルス信号
（Ｃ）を用いて、入力信号（Ｏｔ）に応じて時間変調し
たパルス幅を持つ信号（Ｂ）を取り出す。

そして、この信号ＣＢ）とＤＡ変換器（９）からの出力
信号（Ａ）とをアンド回路（１１）に入力し、強度変調
及び時間変調した信号（りとして取り出し、アンプ（Ｉ
２）で増幅した後、励起電流として半導体レーザ（１）
に与えるようになっている。

以上の動作を具体的に説明する。　例えばＡＤ変換器（
８）が、６ビツトで構成されているとする。　入力映像
信号（Ｘ）がこのＡＤ変換器（８）でＡＤ変換された状
態で、階調数は６４（・２６）である。

この６ビツトの内の上位３ビツトをＤＡ変換器（９）に
入力して得られる信号（Ａ）は、全ての階調を８　（、
，２３）段階の階調に大きく分割したアナログ信号であ
る（第４図（イ）参照）、一方、下位３ビツトをパルス
幅変調器（１０）に入力して得られる信号（Ｂ）は、入
力信号に応じて８　（＝２’）種類のパルス幅に対応さ
せたディジタル信号である（第４図（Ｉ７）参照）、　
そして、この両信号（Ａ）。

（Ｂ）をアンド回路（１１）に入力して得られる信号（
りは、強度及び時間の変調を受けたパルス信号である（
第４図（ハ）参照）。

従って、このようにして得られたパルス信号に応じて半
導体レーザ（１）に励起電流を与えることによって、入
力映像信号（Ｘ）が持っていた６４の階調数に応じたエ
ネルギーを持つレーザ光（Ｂｏ）を発振させることがで
きるのである。　しかも、パルスの振幅に対して８段階
のみの変調であるから、出力の変動による影響を少なく
できるとともに、パルスの幅に対しても８段階のみの変
調であるから、本来Ｊビットレートに対して１０倍以上
の周波数を持つ、ＳＯＳクロック（７）からのパルス信
号（Ｃ）を用いての変調が可能であり、走査速度を低下
させることも回避できるのである。

このレーザ光変調手段（Ｍ）において、入力映像信号（
Ｘ）がディジタル信号であればＡＤ変換器（８）は省略
すればよい。　また、ディジタル化するにあたってのビ
ット数、ビットの分割割合等の具体的構成は、要求され
る階調数、或いは、走査速度等に見合って適宜変更可能
である。

第５図は、本発明を適用した別の構成を持つレーザ光変
調手段（Ｍ）を示している。　このものにおいては、強
度変調した後の入力映像信号（Ｘ′）に対して、ＳＯＳ
クロック（７）からの出力パルス信号（Ｃ）を用いて、
入力映像信号とは無関係に、スイッチング回路（１４）
によって、パルス幅の変調を行えるようになっている。

　つまり、アンド回路（１５）から強度及び時間の変調
を受けたパルス信号（−”）が得られる（第６図参照）
。

従って、例えば、感光体ドラム（４）の感度特性や半導
体レーザ（１）の出力特性に見合って、パルス幅を適宜
変更することによって、感光体ドラム（４）や半導体レ
ーザ（１）の個体間での特性のバラツキに拘らず、常に
得られる画像の階調再現性を一定にすることができるの
である。

時間変調に用いるパルス信号（Ｃ）は、ＳＯＳクロック
（７）からのものを用いる方式に替えて、別途設けたパ
ルス信号発生用クロックからのものを用いてもよい。

さらに、本発明によるレーザ走査型画像形成装置におけ
るレーザ光源として、半導体レーザ（１）に替えてＨｅ
−Ｎｅや＾ｒ等の気体レーザ等を用いてもよく、その場
合には、発振後のレーザ光に対して変調する、ＡＯ変調
器やＥＯ変調器等のレーザ変調手段（Ｍ）において、強
度及び時間の変調を行えばよい。

〔発明の効果〕

以上述べて来たように、本発明によるレーザ走査型画像
形成装置は、入力映像信号に応じて、レーザ光に対する
強度変調と時間変調とを共に行うものである。

従って、例えばレーザ光を、分割した人力映像信号各別
の階調に応じて強度変調及び時間変調するようにすれば
、各別の変調における階調数を、夫々単独で変調する場
合に比して少なくしても、それらの積として得られる実
際の画像の階調数は充分大きく確保できるから、出力変
動に対する階調依存性を小さくし、かつ、記録時間を充
分に高く維持しながら、階調再現性を高くすることがで
きるようになった。

また一方、例えば、レーザ光を入力映像信号に基づいて
強度変調するとともに、画像全体として一律な時間変調
をすれば、この時間変調により得られるパルスの幅を、
感光体等の特性に見合って適宜設定することで特性補正
系として用いることができるから、感光体等の個体間で
の特性のバラツキに拘らず常に一定な階調再現性を得ら
れるようになった。

特に、先に述べた実施例のように、本来走査速度に対し
て１０倍以上速いオーダの周波数を持っている、スキャ
ン開始位置検出用のパルスを用いてレーザ光を時間変調
すれば、別に専用のパルス発生回路を構成する必要がな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明に係るレーザ走査型画像形
成装置の実施例を示し、第１図はレーザ光変調手段のブ
ロック図、第２図は光走査装置の概略図、第３図は半導
体レーザの電流−出力特性を示すグラフ、第４図（イ）
〜（ハ）は信号処理の説明図、第５図は別の実施例を示
す第１図に相当するブロック図、第６図は別の実施例に
おける信号処理の説明図である。　第７図（イ）及び（
ｒＩ）は従来例を示す信号処理の説明図である。 ＣＭ）・・・・・・レーザ光変調手段、（Ｓ）・・・・
・・光走査装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光を入力映像信号に応じてパルス状に変調するレ
   ーザ光変調手段、及び、変調されたレーザ光を感光体上
   に結像走査して画像を形成する光走査装置を備えたレー
   ザ走査型画像形成装置であって、前記レーザ光変調手段
   が、各出力パルスの強度及び時間を共に変調するもので
   あるレーザ走査型画像形成装置。