JPS63216748A - 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】 車重よ立■里分■ 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。

皿米■茨玉 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ポツ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、光パワーは同一口７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
光がモードポツ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タにおいて
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５００ＭＨｚ〜ＩＧＨｚ（典型的には
７００　ＭＨ２）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５９−１
７１０３７号公報、同６０−３５３４４号公報、同６０
−１７００４１号公報、同６０−１９２３７７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出力の
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号において筒便で実用
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Ｍ）ｌｚ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はビームスプリンタ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２０ＭＩＩｚ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１００
ＨｚからＩ　ＫＨｚ、　　１０　ＫＨｚ、　　Ｉ　ＭＨ
ｚ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１００Ｈｚ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ＩＭＨｚ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、Ｃａ）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Ｍ）１２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
ビクセル単位で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、■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７８０　ｎｍ、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３．３ＭＨｚ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３．３Ｍｔｌｚ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３．３ＭＨｚ
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１７２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７ンしようとする間”占 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。即ち、カラーレーザビームプリンタで使用する窓材
は３つ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、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、最も一般的な構成は、
第５図に示したＬＤ駆動部とその前後にパルシングのた
めの回路を備えたものを各波長毎に設けるという構成で
あるが、これでは非常に構成部品が多くなり、回路の複
雑化を招く。

本発明は上記問題に鑑み、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有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。

ユ　占を”するための 上記目的を達成するため本発明は、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、　前記レーザダイオードの出力ビー
ムの一部をモニタし入力側にフィードバックする光電変
換回路を設けると共に、この回路の出力側にプリンタの
画像クロックパルスをレベル調整して加えモニタ信号に
重畳することを特徴としている。

犬−立一五 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
リンタに適用した例を示している。このプリンタは異な
る３台のＬＤ駆動部３０，４０゜５０を有している。各
駆動部は異なった発振波長λ１．λ２．λ３をもったＬ
Ｄ３１．４１．５１と、レーザビームＢ　ｌ”　Ｂ　３
を作像ビームＢ　Ｉ　Ｉ　＋Ｂａ１ｌ　Ｂ３１とモニタ
光ＢＩ２＋　Ｂ２Ｚ＊　Ｂ１１に分離するためのビーム
スプリッタ３２，４２．５２と、モニタ光Ｂ１２＋　８
２２＋　　Ｂ３ｚを受光する光センサ３３．４３．５３
と、光センサ３３，４３．５３の信号を処理しフィード
バックするための光電変換回路３４，４４．５４と、Ｌ
Ｄを駆動するための増幅回路３５，４５．５５とから成
っている。

各ＬＤ３１，４１．５１は発振波長はλ１．λ２、λ、
と異なっているが、発振出力は例えば２０ｍＷと揃った
ものが用いられ、通常、活性層を水平にして設置される
。

光電変換回路３４．４４．５４は光センサの受光信号を
波形整形し、増幅する既知の回路で、その出力側にはプ
リンタの画像クロックパルスｃｌｋ（画像の１ピクセル
に対応する信号である。）がレベル調整回路６１，６２
．６３を通じて加えられている。レベル調整回路６１，
６２．６３はインピーダンス整合、クロックパルスの振
幅調整、クロックパルスのＤＣバイアス調整を含む回路
であり、この回路６１，６２．６３によって第８図のパ
ルシング駆動のところで説明したＬＤ安定化条件を満す
るようモニタ信号に重畳するクロックパルスレベルが設
定される。

増幅回路３５．４５．５５はこの実施例では第２図に示
すように比較増幅回路７１、電流増幅回路７２、ＤＣ電
流源７３とから成っている。比較増幅回路７１は高利得
増幅器を内有し、その反転入力端子にアナログ信号Ｓａ
が入力され、非反転入力端子に光電変換回路３４，４４
．５４の出力信号が入力される。電流増幅回路７２は、
比較増幅回路７１から出力されるアナログ入力信号Ｓａ
に応じた出力電流をＬＤ３１，４１．５１を駆動するの
に必要な電流まで増幅するための回路である。ＤＣ電流
源７３はＬＤ３１，４１．５１の発光の立上がり特性を
良くする目的でＬＤにＤＣ電流を供給する。この電流源
７３からの電流はＬＤ個々のしきい電流を一応の目安と
しているが、ＬＤの経年変化によるしきい電流の増大、
レーザプリンタの用途等により可変できる。

上記構成において、例えばデユーティ１／２のクロック
パルスをレベル調整回路６１に入力した場合について説
明する。デユーティ１／２の場合、パルシング駆動条件
からはＬＤ発光低減レベルがモニタ信号レベルの５０％
以下という要請がある。

今、レベル調整回路６１によってクロックパルスの振幅
をモニタ信号の最大値に合わせてモニタ信号に重畳した
場合について第３図（ａ）〜（Ｃ）にしたがって説明す
る。図中、Ｓａはクロックパルスが重畳されていないモ
ニタ信号であり、ｃｌｋはレベル調整されたクロックパ
ルスである。

Ｓａ信号にｃｌｋを重畳することにより光電変換回路３
３．４３．５３の出力には原理的にｓｂで示す信号があ
られれる。この信号ｓｂのレベルは２つの信号が重畳さ
れているためパワー調整されたレベルを越える。従って
、この信号ｓｂはフィードバックされてアナログ信号Ｓ
ａと比較され、超過した分のレベルを下げる。この結果
、光センサ３２，４２．５２から受光されるモニタ信号
はＳｂ′のようになる。このモニタ信号Ｓｂ′はＬＤ３
１，４１．５１の出力ビームの一部をモニタしたもので
あるから、ＬＤの出力ビームもＳｂ′のようにパルシン
グされたビームとなる。

ここで、ＬＤの出力ビームのデユーティはクロックパル
スｃｌｋのデユーティと相補的である。

即ち、例えばクロックパルスｃｌｋのデユーティが３０
％のとき出力ビームのデユーティは７０％となり、逆に
クロックパルスのデユーティが７０％なら出力ビームの
デユーティは３０％となる。

クロックパルスのデユーティが変わる場合には、第４図
（ａ）に示すように作像面で感材が受ける光パワー平均
値を変えることができるが、デユーティが固定の場合に
も図（ｂ）に示すようにレベル調整回路６１，６２．６
３のバイアス調整（若しくは振幅調整）により光パワー
平均値を変えることができる。従って、これらの組合わ
せにより感材感度に応じた所望の光パワーを得ることが
できる。

発訓Ｉと九果 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
におけるレーザダイオードの駆動装置によれば、レーザ
ダイオードの出力ビームをモニタし、そのモニタ信号に
プリンタのクロックパルスを重畳させてフィードバック
しレーザダイオードをパルシング駆動するものであるか
ら、レーザダイオードのパルシング回路としてレーザダ
イオード駆動部とは別個の回路を設ける必要がなく、レ
ーザダイオード駆動部のフィードバック回路中に含ませ
ることができ、回路構成が簡単化し、殊にカラーレーザ
ビームプリンタのように複数のレーザダイオードを備え
たプリンタにおいて利益が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのカラーレーザビーム
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
図はクロックパルスのデユーティ又はバイアスをパラメ
ータとしアナログ入力信号と作像面の平均光パワーとの
関係を表す図、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１００
）１ｚの矩形波信号を加えたときの窓材上の画像を観測
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・・・光電変換回路、３
５，４５．５５・・・増幅回路、６１．６２゜６３・・
・レベル調整回路。 第１図 第６図 〔毛〕　　　　　　　　　〔毛〕 Ｊ嫡ｍビン−〔毛〕 ｆ榊２）−〔毛〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、前記レー
   ザダイオードの出力ビームの一部をモニタし入力側にフ
   ィードバックする光電変換回路と、この回路の出力側に
   プリンタの画像クロックパルスを加えモニタ信号に重畳
   する手段とを備えてい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。