JPS6230548B2

JPS6230548B2 -

Info

Publication number: JPS6230548B2
Application number: JP55054607A
Authority: JP
Inventors: Juji Oohara
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1980-04-24
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1987-07-02
Also published as: JPS56152372A; US4375064A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は写真などの中間調を有する画像を高品
質に再現できる半導体レーザを用いた記録装置に
関する。

中間調画像記録をするためにレーザー光を強度
変調する方法としては、超音波光変調器を用い
る方法、ガスレーザの放電電流を変化させる方
法及び半導体レーザの電流を変化させる方法等
がある。第一の方法は高価な超音波光変調器が必
要になり、且つブラツグ角に合わせるための変調
器の微動機構等もさらに必要となり、全体として
高価且つ複雑になる欠点がある。

第二の方法のガスレーザの放電電流変調は、変
調周波数が数百ヘルツと低い周波数域しかとれ
ず、且つ放電電流を変化させるとレーザ管の寿命
が短かくなる等の欠点がある。第三の方法の半導
体レーザの電流を変化させる方法は、半導体レー
ザが第１図に示すような光出力−電流特性である
ので、電流を少しかえるだけで光出力が大きく変
化し、電流を変化させて光出力をアナログ的に制
御し中間調の記録を行なうのは、非常に難しいと
いう欠点があつた。

本発明の目的は、中間調を高精度に再生できる
レーザ記録装置を提供することである。

本出願人は先に昭和54年12月25日付で出願した
特願昭54−168565号明細書において、サンプリン
グパルスにより入力信号をサンプリングし、該サ
ンプリングパルスより少なくとも２ケタ以上の高
周波パルスを発生し、前記入力信号に応じて各サ
ンプリング期間中に出力される該高周波パルスの
数を制御して半導体レーザに印加することにより
中間調画像を記録する方法を（以下パルス数変調
と称する）開示した。

ここで言うサンプリングパルスとは入力する画
像信号を一定の時間毎にサンプリングするための
パルスであり、その周波数は適当に選ぶことがで
きるが、画像を解像度よく再現するためには画像
信号の最高画周波数よりやや高い周波数を選ぶこ
とが好ましい。高周波パルスとは前記のサンプリ
ングパルスよりも高周波のパルスであり、好まし
くは数百から数千倍程度でサンプリングパルスよ
りも高周波のパルスである。両パルスは互いに独
立に発生させてもよいが、実施例で説明するよう
に高周波パルスを分周してサンプリングパルスを
つくるのは好ましい方法である。

画像を構成する個々の画素の露光量は入力画像
信号のレベルに応じて各サンプリング期間中に半
導体レーザに印加される高周波パルスの数で定ま
り、例えば高周波パルスの１パルスに対して半導
体レーザが感光材料上に与える光エネルギーをΔ
ｅとし、成る画素に対する入力画像信号のレベル
に応じて与えられる高周波パルスの数をＮとすれ
ば、該画素に与えられるトータルの光エネルギー
即ち露光量ＥはＥ＝ＮΔｅ (1)で与えられる。

ここで高周波のパルス数Ｎは入力信号に応じて
入力信号に対してリニアに対応するばかりでな
く、対数変換された関係や記録材料の特性を考慮
した関係数あるいはあらかじめ記憶させた入出力
特性をも含むものである。また入力信号とはここ
では画像信号であり、アナログ信号であつてもデ
イジタル信号であつてもよい。

次に高周波パルスの数によつて制御される半導
体レーザによつて記録される場合のパルス数と記
録画像の濃度との関係を第２図を用いて説明す
る。

２−図は記録材料の特性曲線則ち露光量Ｅの
対数値対濃度の関係の一例であり、２−図は出
力される高周波パルスの数Ｎとそれにより与えら
れる記録材料上での露光量Ｅの対数値との関係の
一例を表わしている。第２図において各濃度レベ
ルに対して図で示した如く矢印の方向に追つてゆ
くことにより必要な高周波パルスの数Ｎが求めら
れる。第２図において低濃度部例えばＤが0.1と
0.2との間においては必要なパルスの数Ｎは９パ
ルス前後増加するだけであるが、高濃度部例えば
Ｄが1.3と1.4との間においては必要なパルスの数
Ｎは50パルス前後増加させねばならない。

上述の例からもわかるように、階調を等濃度間
隔で十分な精度で再現するにはサンプリングパル
スに比してはるかに高い周波数、例えば数百倍か
ら場合によつては数千倍の周波数の高周波パルス
を必要とする。

ここでサンプリングパルスの周波数ｓと高周
波パルスの周波数_Hと入力信号の最大レベル、
言い換えれば最も露光量を与える必要のある入力
信号のレベルに対して必要な最大パルス数Nmax
との関係は第(2)式で与えられる。

_H≧Nmax×ｓ (2) 更に最大パルス数Nmaxは階調を再現する際の
濃度間隔を十分細かくして精度を上げたい場合や
感材の有する特性、例えばγ（特性曲線における
最大勾配）や濃度Ｄの範囲によつては第２図に示
したパルス数Ｎの数値例よりも更に大きな数値と
なり、その結果(2)式により表わされる高周波パル
スの周波数_Hが非常に高くなり、前述の変調方
法を実現する回路構成に困難を来す場合も生ず
る。

一例としてサンプリング周波数ｓ＝100KHz 最大パルス数Nmax＝500 とした場合に必要な高周波パルスの周波数_H
は第(2)式より _H≧Nmax×ｓ＝50MHz となる。かかる場合においては前述の変調方法
を実現する回路に用いる素子として標準のTTL
（Trarsistor−Trarsigtor−Logic）では構成でき
ず、ECL（Emitter−Coupled Logic）等を用い
ざるを得ず、その結果回路が非常に高価になると
いう欠点を有していた。

更にもう一つの欠点として第３図に示す如く、
或る画素のサンプリング期間中において最大パル
ス数Nmax個の高周波パルスを出力した場合にお
いても、第３−図でハツチングを施した部分、
則ち各パルスの間は光が出力されていないので、
結果として光源の有する光量に対して光の利用効
率が低く装置に要求される光源の出力光量を高く
しないといけなかつた。又特願昭54−168565にも
記載されている如く、高周波パルスのパルス数Ｎ
に対応したパルス巾で出力する場合（第３−
図、以下パルス巾変調と称する）には光利用率は
ほぼ２倍に向上するが、１パルス当りに増加する
露光量Δｅ（第３−図参照）もパルス数変調の
場合（第３−図）に比してほぼ２倍となり、結
果として各画素に対する露光量レベルの分解能、
言い換えると再生濃度分解能を低下せざるを得な
かつた。

本発明はかかる点に鑑み、再生濃度分解能を低
下させることなしに高周波パルスの周波数_Hを
従来の方法に対して1/2にすることができ、その
結果回路構成に要する費用を低減するとともに、
光源の光利用率もほぼ２倍に増加させることを可
能ならしめるために、前述のように半導体レーザ
等のレーザから射出された光ビームを感光材料上
に走査させるとともに、前記レーザにパルス変調
信号を印加して該レーザをON−OFF制御するこ
とにより光ビームを変調して、上記感光材料に連
続調画像を記録するレーザ記録装置において、正パルスと負パルスを生成する手段と、このパルス生成手段に接続され、画像信号が示
す必要露光量が所定量以下のとき上記正パルス
を、該必要露光量が上記所定量を超えるとき上記
負パルスをレーザに印加するようにこれらのパル
スの出力を切り換えるスイツチ回路と、このスイツチ回路から出力されるパルスの数
を、上記画像信号が示す必要露光量に応じて制御
するパルス数制御手段とを設けたことを特徴とす
るものである。

ここでいう正パルスとは第４−図に表わした
ものをいい、負パルスとは第４−図に表わした
ものをいい、それぞれ“Ｈ”の状態において変調
される光ビームの強度が“ON”の状態にあり、
“Ｌ”の状態において変調される光ビームの強度
が“OFF”の状態にある。またこれらの図から
明らかなように、正パルスは常時“Ｌ”のレベル
から立ち上がる形で出力され、一方負パルスは常
時“Ｈ”のレベルから立ち下がる形で出力され
る。つまり負パルスの出力経路の信号レベルは、
該負パルスの出力が停止されると“Ｈ”レベルに
保たれる。

以下本発明を用いて構成されるレーザ記録装置
の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。

第５図が本発明の一実施例のブロツク図であ
り、１が半導体レーザ、２がビーム整形レンズ、
３が偏向器、４が収束レンズ、５が記録紙であ
る。記録紙５は中間調の出るたとえば銀塩写真、
電子写真等で半導体レーザ光の波長（赤または赤
外）に感度があるものが望ましい。電流パルス変
調された半導体レーザ光６はビーム整形レンズ２
によりコリメートされ、偏向器３により偏向さ
れ、収束レンズ４により所定のスポツトサイズに
結像され、記録紙５上を主走査し、走査線７を描
く。副走査は記録紙５を矢印８の向きに送ること
によりなされる。本実施例では偏向器３として、
カルバノメータを用いた。

次に本発明の特徴である半導体レーザの変調方
法について述べる。

半導体レーザの特徴は数百メガヘルツまで高周
波のパルス変調ができることであり、この高周波
のパルス変調を利用して、そのパルス数により光
量を制御しうる。そして、これにより精密な中間
調記録もできる。このようなパルス変調の一実施
例を第５図を用いて説明する。入力した画像信号
９は波形整形増幅器１０により所定のレベルまで
増幅される。ここで画像信号９は例えばフアクシ
ミリ受信信号で原画の濃度を表わしているもので
ある。

波形整形された入力信号はAD変換器１１に入
力され一例として５ビツトで量子化されたデジタ
ル信号１２に変換されるが、このAD変換器１１
の動作はタイミング処理回路１３よりのサンプリ
ングパルス１４により制御されており、次のサン
プリングパルスが入力されるまでデジタル信号を
保持する。量子化されたデジタル信号１２はデジ
タル値対照回路１５に入力される。ここでデジタ
ル値対照回路１５は第２図で説明した如く、入力
信号のレベル、即ち原画の濃度レベルＤに対して
必要とされる高周波パルスの数Ｎを出力するもの
であり、例えばPROM（プログラマブル・リード
オンリーメモリ）で構成されており、量子化され
た入力信号１２の各ビツトがアドレス信号として
入力され、そのアドレスの所に予め記憶させてお
いた必要とされる高周波パルスの数Ｎをデータと
して出力するものである。

本例ではフアクシミリ送信器からの信号を濃度
に対応する信号として表現して、対数変換された
信号としているが、対数変換していない信号の場
合は、この対数変換も計算によりデジタル値対照
回路に含ませることが出来る。

本実施例においてはデジタル値対称回路１５の
１ビツトから５ビツト目までのアドレス入力には
量子化された入力信号１２の各ビツトが対応して
入力されている。又デジタル値対称回路１５のデ
ータ出力は８ビツトで構成されており、々ち１ビ
ツトから７ビツト目までのデータは入力信号１２
の各レベルに対して与えられるべきパルス数Ｎを
表わしており、８ビツト目のデータは半導体レー
ザ１に印加されるパルス信号が正パルスの数を制
御して出力されるべきであるか、或いは負パルス
の数を制御して出力されるべきであるかを指示す
るためのものであり、これらのデータはタイミン
グ処理回路１３よりのタイミングパルス１６によ
りラツチ回路１７にラツチされる。ラツチ回路１
７にラツチされているデータのうちパルス数Ｎを
表わすデータ１８は比較回路１９の一方の入力端
子に入力される。比較回路１９の他方の入力端子
には高周波パルス発生器２０で発生された高周波
パルス２１の数を計数するためのカウンタ回路２
２より出力された計数値２３が接続されている。
一方カウンタ回路２２より出力された計数値２３
はタイミング処理回路１３にも入力されており、
タイミング処理回路１３においては計数値２３の
各値に従つて前述のサンプリングパルス１４及び
タイミングパルス１６を発生する。このようなタ
イミング処理回路は一般的な論理素子で容易に構
成される。又、タイミング処理回路１３で発生さ
れたタイミングパルス１６はカウンタ回路２２の
クリアー端子に入力されており、カウンタ回路２
２をクリアーするのに用いられるとともにフリツ
プフロツプ２４のセツト端子にも入力されてお
り、フリツプフロツプ２４をセツトするのに用い
られる。

さて、比較回路１９においては一方の入力端子
に入力されているパルス数Ｎに関するデータ１８
とカウンタ回路２２の計数値２３とが一致したと
きに一致信号２５を出力し、フリツプフロツプ２
４をリセツトする。フリツプフロツプ２４より出
力されたゲート信号２６はAND回路２７の一方
の入力端子に入力されており、他方の入力端子に
は高周波パルス発生器２０で発生された高周波パ
ルス２１が入力されている。そしてAND回路２
７からはゲート信号が“Ｈ”のとき、言い換えれ
ば、カウンタ回路２２がクリアーされたのち、カ
ウンタ回路２２からの計数値２３がパルス数Ｎを
表わすデータ１８と一致するまでのあいだに高周
波パルス２１が出力される。第６図〜はこれ
らの関係を更に判り易くするためタイムチヤート
したものである。AND回路２７より出力された
正のパルス数変調信号２８（第６−図）はスイ
ツチ回路２９の一方の入力端子に入力されるとと
もにインバータ回路３０にも入力されている。イ
ンバータ回路３０は正のパルス数変調信号２８を
反転することにより負のパルス数変調信号３１
（第６図図）を発生し、スイツチ回路２９の他
方の入力端子に入力する。スイツチ回路２９には
デイジタル値変換回路１５で発生され、ラツチ回
路１７にてラツチされていた８ビツト目のデータ
信号、則ち正負切換信号３２が入力されており、
正負切換信号３２が“Ｈ”であるか“Ｌ”である
かにより、正のパルス数変調信号２８を出力する
か負のパルス数変調信号３１を出力するかを選択
する。スイツチ回路２９にて選択された正、負い
づれか一方のパルス数変調信号は半導体レーザ駆
動回路３３に入力され、半導体レーザ１を２値変
調する。

以上で第５図に示した実施例の各部分の働きは
十分理解できるが更に入力信号のレベルと正及び
負のパルス数変調信号との関係を詳細に説明す
る。

本実施例において入力信号９のレベルが低いと
き、則ち、第２図において低濃度部分に対しては
正のパルス数変調信号２８が用いられるが、入力
信号９のレベルが高いとき、則ち、第２図におい
て高濃度部分に対しては負のパルス数変調信号３
１が用いられる。具体的な数値で説明すると、第
２図の場合、最小濃度〜1.4の濃度に対して必要
な露光量を与えるパルス数Ｎは０〜254である。
そこで最小パルス数（この例ではゼロ）から最大
パルス数Nmax（この例では254）の半分までの
パルス数（この例では254÷２＝127）が必要な入
力信号９のレベルに対しては正のパルス数変調信
号２８が用いられ、このためにはデジタル値対照
回路１５には各入力信号レベルに対する正のパル
ス数を記憶させておくとともに８ビツト目のデー
タである正負切換信号３２を与えるデータを
“Ｈ”にしておけばよい。一方最大パルス数の半
分（Ｎ＝127）から最大パルス数Nmax（Nmax＝
254）が必要な入力信号９のレベルに対しては負
のパルス数変調信号３１が用いられ、このために
はデジタル値対照回路１５には各入力信号レベル
に対する負のパルス数を記憶させておくとともに
８ビツト目のデータである正負切換信号３２を与
えるデータを“Ｌ”にしておけばよい。なお前述
の第４図，および第６図の，から明らか
なように、タイミングパルス１６の周期内におい
てスイツチ回路２９から出力される正のパルス数
変調信号２８、負のパルス数変調信号３１のパル
ス数が互いに等しくても、半導体レーザ１の駆動
時間合計すなわち露光量は異なる。つまり前述し
たように、正のパルス数変調信号２８のパルス出
力が打ち切られれば半導体レーザ１の駆動は停止
するが、一方負のパルス数変調信号３１のパルス
出力が打ち切られれば反対に半導体レーザ１は連
続的に駆動するからである。したがつてデジタル
値対照回路１５が規定してデータ１８として比較
回路１９に送るパルス数Ｎは、必要パルス数０〜
127の間では入力信号９のレベル増大に応じて増
加するように定められ、反対に必要パルス数128
〜254の間では、入力信号９のレベル増大に応じ
て減少するように定められる。このことをさらに
分かりやすく第７図に示す。この第７図のはタ
イミングパルス１６の周期内において、パルス数
127の正のパルス数変調信号２８を示し、第７図
はそれよりも少ないパルス数の該信号２８を示
している。この両者を比較すれば、勿論の信号
２８よりもの信号２８が半導体レーザ駆動回路
３３に入力された場合の方が、露光量は高くな
る。そして必要パルス数（勿論信号波形のパルス
数では無く、最低露光量を決める単位パルスが何
個分必要であるか、ということ）が128〜254の間
では、入力信号９のレベル増大に応じて、つまり
上記必要パルス数の増大に応じて、負のパルス数
変調信号３１は第７図→第７図→第７図の
ように制御される。この第７図はデジタル値対
照回路１５が定めたパルス数Ｎが０の場合のパル
ス数変調信号３１を示しており、この信号３１に
よれば単位パルス数254個分の露光量が得られ
る。

又本例においては、サンプリングパルスの周波
数ｓと高周波パルスの周波数′_H及び最大数
Nmaxとの関係は ′_H≧Ｎｍａｘ／２×ｓ (3) となり、第(2)式で定まる高周波パルスの周波数
_Hの1/2でよい。

以上詳細に述べてきたように、本発明を用いる
ことにより、従来の正のパルスのみを用いるパル
ス数変調法に比べて実質的にほぼ２倍の変調比
（１パルス当りの露光量対最大露光量の比）がと
れるので、同じ変調比を得るためには第(3)式で定
まる如く高周波パルスの周波数を従来の２分の１
にすることができ、回路を構成するのに用いる素
子を標準のTTLのような安価なものにできると
ともに、光源の有する光量に対して光の利用効率
を各画素に対する露光量レベルの分解能、言い換
えると再生濃度分解能を低下させることなしにほ
ぼ２倍にすることができるので光源に対して要求
される出力光量を低くできるという利点をも有す
ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体レーザの電流対光出力の特性を
説明するためのものであり、第２図及び第３図は
従来のパルス数変調及びパルス巾変調を説明する
ためのものであり、第４図は正のパルスと負のパ
ルスを説明するためのものであり、第５図は本発
明の一実施例を説明するためのブロツク図であ
り、第６図は第５図のブロツクを説明するための
タイムチヤートであり、第７図は本発明装置にお
けるパルス数変調を説明する説明図である。図において、１は半導体レーザ、５は記録紙、
９は入力画像信号、１２はデジタル信号、１４は
サンプリングパルス、１５はデジタル値対照回
路、１８はデータ、１９は比較回路、２１は高周
波パルス、２８は正のパルス数変調信号、２９は
スイツチ回路、３１は負のパルス数変調信号、３
２は正負切換信号。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体レーザ等のレーザから射出された光ビ
ームを感光材料上に走査させるとともに、前記レ
ーザにパルス変調信号を印加して該レーザをON
−OFF制御することにより前記光ビームを変調
して、前記感光材料に連続調画像を記録するレー
ザ記録装置において、正パルスと負パルスを生成する手段と、このパルス生成手段に接続され、画像信号が示
す必要露光量が所定量以下のとき前記正パルス
を、該必要露光量が前記所定量を超えるとき前記
負パルスを前記レーザに印加するようにこれらの
パルスの出力を切り換えるスイツチ回路と、このスイツチ回路から出力されるパルスの数
を、前記画像信号が示す必要露光量に応じて制御
するパルス数制御手段とが設けられたことを特徴
とするレーザ記録装置。