JPS63215260A - レ−ザビ−ムプリンタにおけるレ−ザダイオ−ドの駆動装置 - 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】 庄ｍ肘Ｗ土肛 本発明は、アナログ信号でレーザダイオードを直接駆動
するタイプのレーザビームプリンタ、殊にカラーレーザ
ビームプリンタに好適したレーザダイオードの駆動装置
に関する。

ｌ米坐及歪 シングルモードで発振するレーザダイオード（以下、Ｌ
Ｄと略す。）は微小な温度変動で発振波長のジャンプが
生じ、それに起因してモードホッピング雑音と称される
雑音を生じることが多い。

この雑音を生じる温度、光パワーは同一ロットのＬＤ間
でもまちまちである。さらに、ＬＤをプリンタの光源と
して使う場合などでは、光路中に設けた光学部品からの
反射光がＬＤ内部に逆もどりし、もどり光誘起雑音と称
される周期性雑音を生ずることもある。そして、もどり
光がモードホッピング雑音を増巾する傾向にあることも
良く知られている。

アナログ信号でＬＤを直接駆動し、しきい値付近から定
格パワーまで使う方式のレーザビームプリンクにおいて
前記モードホッピング雑音やもどり光誘起雑音の発生は
、プリンタの画質を著しく劣化させる。

従来、シングルモード発振ＬＤに特有なこれらの雑音に
対する技術として５００　ＭＨｚ〜ＩＧＩｌｚ（典型的
には７００　Ｍｌｌｚ）の高周波電流をＬＤに重畳する
という装置が、特公昭５９−９０８６号公報、特開昭５
９−１７１０３７号公報、同６０−３５３４４号公報、
同６０−１７００４１号公報、同６０１９２３７７号公
報、同５６−８３０８９号公報において提案されている
。

この技術は高周波の周期でＬＤのしきい値を必ず下まわ
るように駆動してレーザ発振直前の過渡的マルチモード
状態を常に持続させるものである。

モードホッピング雑音やもどり光雑音は、ＬＤが単一波
長（シングルモード）で発振する故に生じる現象である
から、これを高周波変調により光スペクトルについてマ
ルチモード化すれば解消できるというのが、上記従来技
術の根拠となっている。この技術によれば、ＬＤ比出力
安定化の点では、極めて信頼性が高いが、使用するＬＤ
の構造によってはマツチングを慎重に行わないと効果が
半減することがあり、又、高周波発振器やＬＤ光源部の
シールド処理を充分に行わないと電磁輻射ノイズを発生
することにもなりかねない。

このような高周波発振器の取扱上のむずかしさから、本
出願人は特願昭６１−９１１４０号において簡便で実用
的な技術を提案した（以下、この技術をパルシング駆動
法という。）。このパルシング駆動法は、レーザビーム
プリンタの画像上１ピクセルに相当する周波数でアナロ
グ信号レベルを短時間低減することを特徴としている。

ここで、アナログ信号レベルの低減には、信号レベルが
ゼロ（オフ状態）も含まれる。

また、１ピクセルは画像を表現する最低単位である１ド
ツトに対応している。１ピクセルに相当する周波数は、
レーザビームの走査速度、感材の感度等と関係するので
一律に定めることができないが、例えば数ＭＨｚ程度に
設定される。

上記のように１ピクセルに相当する周波数を数ＭＨｚ程
度に定めると、モードホッピング雑音が防止される理由
につき以下、説明する。第５図はモードホッピング雑音
が防止できる理由を確認するための試験に供したレーザ
ビームプリンタの概略構成を示し、１はＬＤ駆動回路２
に入力されるアナログ信号、３はＬＤである。ＬＤから
発したレーザビーム４はビームスプリッタ５で透過光６
と反射光７とに分けられる。透過光６は光学系８を通り
、感材９上に結像する。一方、反射光７は光センサ１０
で光−電変換され、ＬＤ駆動回路２に負帰還される。１
１は前記感材９上の濃淡を検出する光センサで、その検
出信号は増幅器１２を経てオシロスコープ１３で観測さ
れる。

このプリンタにおいて、アナログ信号１に変えて第６図
＜ａ＞に示す１００Ｈｚの矩形波信号を加え、そのとき
の感材９上の画像をオシロスコープ１３で観測した。観
測結果を図（ｂ）に示す。但し、このデータはＬＤの最
低発光パワーをゼロミリワット、最大発光パワーを最大
定格の７０％とし、ＬＤの周囲温度を人為的に変動させ
たときのデータである。図（ｂ）から光パワーがフラッ
トでなく、ランダムに変調されていることがわかる。

このランダムな変調はモードホッピング雑音に起因し、
ＬＤ周囲温度の変動の他に、発光に伴なうＬＤの自己発
熱によっても誘起され、また外部光学部品からのもどり
光によって増幅される傾向がある。尚、ＬＤ駆動回路２
の負帰還回路は光パワーの変動を防止する機能をもち、
その周波数応答性は約２０ＭＨｚ程度もあるが、モード
ホッピング雑音に対しては全く無力であることがわかっ
た。

第６図（ｂ）の波形に関し、ＬＤ発光の立ち上がり部分
を時間軸上１０倍ずつ拡大すると、図（ｃ）（ｄ）（ｅ
）（ｆ）に示すようになる。これらの図（ｃ）〜（ｆ）
よりＬＤ発光の立ち上がりから０．５μｓ位まではモー
ドホッピング雑音がゼロとはいわないまでもほとんど生
じていないことがわかる。

このような雑音量の変化は、入力信号の周波数をＩＱＯ
ＨｚからＩ　ＫＨｚ、　　Ｌ　ＯＫ１１ｚ、　　Ｉ　Ｍ
Ｈｚと変化させていったときと等価であり、又、入力信
号の周波数を１００１１２一定とし、ＬＤ発光のデユー
ティを１／２から１／２０．１／２００．１／２０００
．１／２００００と変えていったときとも等価である。

事実、これらの実験で同一の変化を示している。

上の結果は、ＬＤの発光時間を１ＭＨｚ以上の周期で、
停止するよう配慮しておけばモードホッピング雑音によ
る画質の低下をかなり防げることを暗示している。この
効果の理由については、まだ良く分かっていないが１つ
の可能性としてＬＤの熱時定数から説明することもでき
る。

但し、ＬＤの発光を停止させなくても、短時間だけ最大
定格パワーの半分以下に相当するレベルまでＬＤの入力
信号レベルを低減させることによっても同様な効果があ
ることが他の実験によって確認された。

第７図はレーザビームプリンタで一様な濃度の画像をプ
リンタした時のサンプルを示している。

（ｂ）図は理想的な状態、（ａ）図は第５図の説明で示
した駆動構成の場合でモードホッピング雑音による濃淡
が見られる。第７図（ａ）及び第６図（ｂ）〜（ｆ）は
、プリントパターンが雑音と相関関係が大きいことを示
している。

以上の理由から、アナログ信号をＭＨｚオーダの周期で
短時間レベルダウンすればモードホッピング雑音が防止
できるのであるが、このＭＨｚオーダの周期は１ピクセ
ルに相当するものでなければならない。即ち、仮に２ピ
クセル単位で１回アナログ信号を短時間だけレベルダウ
ンするとしたなら、画像上の２ドツト分をレーザビーム
が照射する間に光パワーが１回低減するので、２ドツト
のうち光パワーが低減しない時間帯で照射された１ドツ
トと、光パワーが短時間低減する時間帯で照射された１
ドツトとで濃度に差が生じるという不都合がある。これ
に対して、ｌピクセル単位に１回アナログ信号を短時間
レベルダウンするなら、上記不都合はなく、光パワーの
強さが一定である限り各ドツトとも濃度が均一になる。

第８図にＬＤ出力安定に必要なＬＤ発光低減時間と低減
すべきレベルについて雑音スペクトルの点から調べた結
果を示す。この図は第５図のオシロスコープ１３に変え
てスペクトラム・アナライザを用いてプロットしたもの
である。ＬＤの低減時間は言い換えると、１ピクセル・
クロック内のＬＤ発光デユーティとなる。第８図（ａ）
は、発振波長７８０ｎｍ、最大定格２０ｍＷのＬＤにつ
いて調べた結果を示しており、最大発光レベルは、雑音
の良く生じる最大定格の７５％とした。パルシングの周
波数は約３．３ＭＩＩｚとし、１／８ずつ発光デユーテ
ィを変えた。第８図（ａ＞には、デユーティ７／８と８
／８とのデータを示すが、デユーティ７／８のデータに
はパルシング入力信号を反映して３．３ＭＨｚにするど
いピークがあられれている。デユーティ８／８は、パル
シングなしの一定パワー発光を意味している。スペクト
ルの測定範囲は、クロックパルス周波数３．３ＭＩＩｚ
をカバーするよう５ＭＨｚまでとした。縦軸は信号及び
雑音のパワーをｄＢ表示で示しリファレンスとして一８
０ｄＢラインを加えた。同図からデユーティ７／８と８
／８で明確な違いのあることがわかる。即ち、パルシン
グ有（デユーティ７／８）では各スペクトルでパワーが
フラットなのに対しパルシングなしくデユーティ８／８
）では、ＩＭＨｚ以下の低周波数帯で最大３０ｄＢ程も
高い値を示している。クロックパルス周波数までの雑音
スペクトルの最小と最大とを抜き出し、発光デユーティ
に対してプロットしたのが第８図（ｂ）である。図から
、１／８きざみではあるものの、パルシング駆動を行な
うことで雑音スペクトルに大きな効果のあることがわか
る。そのスペクトルは図（ａ）から推測されるように低
周波帯の雑音を低減し、周波数に対してフラットになる
。図（ａ）（ｂ）は、ＬＤの発光低減レベルはゼロとし
ていた（即ち発光をとめる）が、このレベルが、どれ位
まで許されるかについて調べたのが第９図（Ｃ）である
。この図は、パルシング無しのレベル■（最大定格パワ
ーとした）に対する低減のレベル［相］比で規格化し、
パルシングのデユーティを変えて、雑音スペクトルの最
大値をプロットしている。同図から、パルシングデユー
ティ１／２以下では、ＬＤ発光レベルを２５％以上、パ
ルシングデユーティ１／２以上では５０％以上低減でき
れば、１００％におとさなくとも充分に効果のあること
がわかる。

パルシング駆動はＬＤの光スペクトルをマルチモード化
するものではなく、又オシロスコープの観察からもモー
ドホッピング雑音の他、ＬＤの雑音を完全に消滅させる
ものではないが、雑音スペクトルの点で分散化されてお
り、実際の作像結果は充分、満足のいく画像を得ている
。第７図（ｂ）はこのパルシング駆動法によって一様な
濃度の画像をプリントした状態を示している。

■が解ゞ　しようとする口、声 以上のように本出願人が先に提案したパルシング駆動法
は、ＬＤの出力安定に関し、実用的効果の高いものであ
るが、これを例えば３ケのＬＤを使用するカラーレーザ
プリンタに適用するには、アナログ信号のパルシング化
について回路が複雑且つコスト高になるという問題があ
る。即ら、カラーレーザビームプリンタで使用する悪相
は３っの波長で感度を持つような多層構造をしており、
各々の波長をもつレーザ光の露光バランスと現像処理に
よって色情報を再現するものであるから、各々の波長の
ＬＤには、各色情報にもとづいてアナログ入力信号を同
時に与える必要がある。このため、各ＬＤの入力を同時
にパルシングしなければならず、これを電気的な処理で
行なう場合には回路構成が非常に複雑化するのである。

本発明は上記問題点に鑑み、カラーレーザプリンタに適
用する場合に回路の複雑化を伴わずにアナログ信号をパ
ルシングすることのできる頗るを用なレーザダイオード
の駆動装置を提供することを目的としている。

シ　占を　゛するための 上記目的を達成するため本発明は、レーザダイオード駆
動回路によってアナログ信号でレーザダイオードを直接
駆動してプリントするレーザビームプリンタにおいて、
前記プリント用レーザダイオードの出力ビームからモニ
タ光を分割する分割手段と、プリント用レーザダイオー
ドとは別個に設けられ、プリンタのクロック周波数でデ
ィジタル発光する参照用レーザダイオードと、参照用レ
ーザダイオードの光出力と前記モニタ光とを重畳させる
光学的重畳手段とを備え、該手段にて重畳された光をプ
リント用レーザダイオードの駆動回路にフィードバック
することを特徴としている。

夫−籐−Ｍ 第１図は本発明の一実施例としてカラーレーザビームプ
リンタへの適用例を示している。このプリンタは３台の
レーザダイオード駆動部３０．４０．５０を有している
。各駆動部３０，４０．５０は、ＬＤ３１，４１．５１
と、レーザビーム８１〜Ｂ３を作像ビームＢｌｌ＋　　
ＢＺＩ＋　　Ｂ３＋とモニタ光Ｂ１□＋８２□＋８３□
とに分離するための偏光ビームスプリッタ３２，４２．
５２と、モニタ光Ｂ１□。

Ｂ２□、Ｂ、２を受光する光センサ３３．４３．５３と
、ＬＤを駆動するアンプ３４，４４．５４とから成って
いる。

各ＬＤ３１．４１．５１の発振波長λ１．λ２、λ３は
異なっており、発光最大パワーＰＯは例えば２０ｍＷに
揃えである。また、各ＬＤは光活性層を水平にして設置
されている。

偏光ビームスプリンタ３２，４２．５２は第２図（但し
、図は第３の駆動部を代表的に示している。）に示すよ
うに水平から３３°傾けて設けである。ＬＤが活性層を
水平になるよう設置しであるので、作像ビームＢＩＩ＋
　ＢＺｌ＋　Ｂ３１とモニタ光Ｂ＋ｚ＋　Ｂｚｚ＋　８
３ｇの比率は偏光ビームスプリッタ３２．４２．５２の
水平に対する角度によって決まる。偏光ビームスプリッ
タを水平に設けるなら、ＬＤの全ビームを透過してしま
うし、９０°回転させたならほとんど全てのビームを反
射してしまう。実施例のように偏光ビームスプリフタを
３３０の角度傾けて設けるなら、透過７０％、反射３０
％となる。

光センサ３３．４３．５３は放射感度が波長に対して比
較的フラットなものを用いている。従って、各ＬＤ３１
．４１．５１の発振波長がλ１゜λ２．λ３と異なって
いるが、各波長λ１．λ２゜２３間では、中心波長の感
度を１００％としだ場合±１０％程度の違いにおさまる
。

アンプ３４．４４．５４は２つの入力端子をもち、一方
には画像情報を含んだアナログ信号Ｓａが入力され、他
方には光センサ３３，４３．５３で受光されたモニタ信
号が負帰還信号として入力される。

上記プリンタは各ＬＤ駆動部３０，４０．５０とは別に
１個の参照用ＬＤ６０及び、そのＬＤから発したレーザ
ビームを一部反射するための波面分割形ビームスプリッ
タ６１．６２及び全部反射するための反射ミラー６３を
有している。

参照用ＬＤ６０は、画像上の１ビクセルに相当する周波
数をもったプリンタのクロック信号ｃｌｋによって駆動
されてディジタル発光している。

また、参照用ＬＤ６０は第２図に示すように水平から３
３″傾け、即ち、ＬＤ駆動部３０，４０゜５０の偏光ビ
ームスプリッタ３２，４２．５２の回転角と同じにして
配置されている。

波面分割形ビームスプリッタ６１．６２は、そこから反
射したビームが第２．第３のＬＤ駆動部４０．５０の偏
光ビームスプリッタ４２．５２に入射するよう配置位置
及び角度（３３°）が配慮されている。又、反射ミラー
６３は反射ビームが第１のＬＤ駆動部３０の偏光ビーム
スプリンタ３２に入射するよう配置されている。

上記のように参照用ＬＤ６０を水平から３３″傾けて配
置したのは、各偏光ビームスプリッタ３２．４２．５２
で反射を生じさせないためである。

即ち、参照用ＬＤ６０の活性層の傾きが偏光ビームスプ
リッタ３２，４２．５２の傾き角と同じでないなら、参
照用ＬＤから発せられたレーザビームの一部が偏光ビー
ムスプリ・ツタ３２．４２．５２で反射され、作像ビー
ムＢ１１１　Ｂａ１ｌ　Ｂ１１に混入して、作像画面上
にノイズとなってあられれるが、実施例のように参照用
ＬＤ６０の活性層と偏光ビームスプリッタ３２，４２．
５２とが並行であるなら、参照用ＬＤ６０のレーザビー
ムが偏光ビームスブリ・ツタ３２．４２．５２内で反射
されることなく、全てモニタ光Ｂ１２．Ｂ２２．Ｂ３２
に重畳され、画面上にノイズとなってあられれなくなる
。

モニタ光Ｂ　ｌ＋　Ｂ　ｚｚ＋　Ｂ　３２は、ＬＤ３１
，４１゜５１はアナログ信号Ｓａで駆動されるので、第
３図（イ）に示すアナログ信号と同様な波形であり、こ
れに参照用ＬＤ６０からのディジタル発光（第３図（ロ
）に示す波形）を重畳するので図（ハ）に示すような信
号波形となる。そして、この信号波形がアンプ３４，４
４．５４にフィードバックされ、アナログ信号Ｓａと差
動増幅されるので、アンプ３４，４４．５４の出力、言
い換えればレーザビームＢ１．Ｂ２．Ｂ３は図（ニ）に
示すようにパルシング駆動された状態となる。

この場合、レーザビームＢ＋　、Ｂｚ　、Ｂ：ｌのデユ
ーティは参照用ＬＤ６０に加えられるクロックパルスｃ
ｌｋのデユーティと相補的である。即ち、クロックパル
スｃｌｋのデユーティが３０％のときレーザビームのデ
ユーティは７０％となる。

モニタ光Ｂ１２＋　　Ｂｚ□＋Ｂ３□に重畳する参照用
ＬＤ６０のビームパワーは第８図（Ｃ）に示したパルシ
ング駆動法の条件に基づいて決定される。例えば、参照
用ＬＤ６０のビームがデユーティ１／２（５０％）であ
るなら、モニタ光Ｂ、□ｌ　ＢＺ□、Ｂ１２の光量の２
５％以上、望ましくは５０％以上のビームパワーをもっ
ていればよい。下表は、５０％の場合の具体例を示して
いる。

〔以下、余白〕

−一一一→　媚　鴫　べ 表中、ηは定格パワーＰ０から実際の駆動時の最大パワ
ーレベルへの変換係数である。この係数ηは各波長にお
ける光学系の効率（ビームスプリッタの透過率７０％を
含む）、感材感度、パルシングのデユーティ　（１／２
）　、低減レベル（５，０％）などに依存する。この表
から、参照用ＬＤ６０のパワーは５ｍＷ程度あれば、３
個のＬＤ駆動部３０，４０．５０について低減レベル５
０％のパルシングが行なえることがわかる。５ｍＷのパ
ワーのＬＤは安価なものでよく、装置費用が安くて済み
好都合である。

尚、上記実施例では、参照用ＬＤ６Ｑ及び波面分割形ビ
ームスプリッタ６１．６２、反射ミラー６３を３３″傾
斜させて設置しているが、それが困難な場合には感材感
度を考慮して参照用ＬＤビームのうち作像面へ向かう反
射光を極力おさえる構成をとることにより、参照用ＬＤ
６０、ビームスプリンタ６１，６２、反射ミラー６３を
正立させてすることができる。その場合、各ＬＤ駆動部
３０．４０．５０のビームスプリッタ３２，４２゜５２
は少なくともＬＤの電場の振動方向（第２図中矢印ａで
示す方向）に関しては波面分割形として正立状態で設置
し、また分割比は透過８０％、反射２０％に選ぶ。更に
参照用ＬＤの発振波長は感材感度の一番手さなところ（
λ、）を選択する。

表２は、参照用ＬＤ６０等を正立して設置した場合にお
いて表１と同一の作像エネルギーを得るための仕様を表
している。

〔以下、余白〕

一一−−→　筒　略　べ この表から、参照用ＬＤのパワーは４ｍＷ以下の小さな
パワーでよいことがわかる。又、デユーティが１７２で
あるところから、参照用ＬＤの出力のうち、作像面へ向
かう総パワーは０．７２ｍＷ／２＝０．３６ｍＷとなる
。この値は、発振波長がλ３近くであることを併せれば
感材に対しかぶりを生じない値となる。

第４図は本発明の他の一実施例として、参照用ＬＤ６０
及びビームスプリッタ６１．６２を傾斜させないでも、
参照光が作像面へ向かうことのない例を示す。この実施
例では、参照用ＬＤ６０の発する光を透過光と反射光に
分割するビームスプリッタ６１をモニタ光ＢＩ！の光路
中に設けている図示はしないが他のＬＤｙＡ動部４０．
５０も同様モニタ光の光路中に参照光を分割するビーム
スプリッタを設けている。この構成によると、参照光を
分割するビームスプリンタ６１に波面分割形ビームスプ
リフタを使えばモニタ光ＢＩ２の一部が反射されるので
、光センサ３３に入射する光量が少なくなる。従って、
この構成は、ビームスプリンタ３２の反射光量が多（（
５０％程度）とれる場合、言い換えれば作像面へ向かう
光パワーが半分程度で良い場合に使用できる。

又里■四来 以上説明したように本発明に係るレーザビームプリンタ
によれば、参照用ＬＤをプリンタのクロック周波数でデ
ィジタル発光させ、その光ビームをプリント用ＬＤのモ
ニタ光に重畳してプリント用ＬＤにフィードバックする
という光学的手法によって作像ビームのパルシングを行
なうものであるから、複数のＬＤ駆動部を備えたカラー
レーザビームプリンタ等においては参照用ＬＤを各ＬＤ
。　　駆動部で共用し、１個の参照用ＬＤによって全て
、　　のＬＤ％ｌ動部を同時にパルシングすることがで
き、そのため、複雑な同期化回路や処理回路が不要で回
路構成が簡単になるし、その上、色ズレ等のない綺麗な
カラープリントが実現するといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのレーザビームプリン
タの構成を示す図、第２図は第１図の要部を詳細に示す
図、第３図は第１図の各部の波形を示す図、第４図は本
発明の他の一実施例を示すレーザビームプリンタの構成
図、第５図はモードホッピング雑音が防止できるのを確
認するための試験に供したレーザビームプリンタの概略
構成図、第６図は第５図のプリンタに１００Ｈｚの矩形
波信号を加えたときの感材上の画像を観測した結果を示
す図、第７図は一様な濃度の画像をプリントした場合の
サンプル例２つを示す図、第８図はレーザダイオードの
出力安定に必要な発光低減時間と低減すべきレベルにつ
いて雑音スペクトルの点から調べた結果を示す図である
。 ３０．４０．５０・・・レーザダイオード駆動部、３１
．４１．５１・・・レーザダイオード、３２，４２．５
２・・・偏光ビームスプリフタ、３３，４３゜５３・・
・光センサ、３４．４４．５４・・・アンプ、６０・・
・参照用レーザダイオード、６１．６２・・・波面分割
形ビームスプリンタ、６３・・・反射ミラー。 第２図 第４図 第６図 第７図 （ａ）　　　　　　　　（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザダイオード駆動回路によってアナログ信号
   でレーザダイオードを直接駆動してプリントするレーザ
   ビームプリンタにおいて、 前記プリント用レーザダイオードの出力ビームからモニ
   タ光を分割する分割手段と、 プリント用レーザダイオードとは別個に設けられ、プリ
   ンタのクロック周波数でディジタル発光する参照用レー
   ザダイオードと、 参照用レーザダイオードの光出力と前記モニタ光とを重
   畳させる光学的重畳手段とを備え、該手段にて重畳され
   た光をプリント用レーザダイオードの駆動回路にフィー
   ドバックすることを特徴とするレーザビームプリンタに
   おけるレーザダイオード駆動装置。