JPH01316762A - 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〕 本発明はレーザプリンタ、ディジタル複写機等に用いら
れる半導体レーザ変調装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、電荷結合素子からなるラインセンサ等により原稿
を読み取り、その画像データをレーザプリンタに出力す
るディジタル複写機が普及しつつある。このディジタル
複写機において、対象とする原稿は写真、絵等の階調を
持つものが含まれ、またレーザプリンタは特開昭６１−
１８９５７４号公報、特開昭６１−１８９５７５号公報
、特開昭６１−１８９５７７号公報などにより知られて
いる。

このような階調を持つ画像データによりレーザプリンタ
で画像記録を行う場合は従来、ティザマトリクス法を用
いて階調表現を行う階調表現方式が採られている。この
階調表現方式は例えば１画素を４Ｘ４のマトリクスによ
り構成し、４×４＝１６の階調を表現する。更に多階調
を得たい場合にはマトリクスのサイズを大きくすること
により実現でき、例えば６１１階調の表現では８Ｘ８の
マトリクスを用いる。

またレーザプリンタにおいてレーザビー１１の多値表現
を目的としてレーザの点灯時間を制御するパルス幅変調
方式も用いられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の階調表現方式では諧調数の増大に伴って７１〜リ
クスのサイズを大きくする必要があるので、画素が荒く
なり、解像度が劣化するという欠点があった。またパル
ス幅変調方式ではレーザビームの多値表現を実現できる
が、望まれる多値が１０値以上に多くなった場合にはそ
の最小パルス幅を小さくしていかなければならず、例え
ば画素周期が１００ｎｓで１０値の変調を行いたい場合
には一般に最小パルス幅としてＩｏｎｓ程度が要求され
る。このような短いパルスは信号伝送、スイッチ素子、
実装上の設計にも十分な配慮が必要になり、装置の複雑
化を招くことになりかねない。

本発明は上記欠点を除去し、簡単な樋成で画像の解像度
を劣化させることなく優れた階謂表現を行うことが可能
となると共に画像データに応じた書き込み階調の設定自
由度を大幅に拡げてシステムに対する柔軟性を確保する
ことが可能となる半導体レーザ変調装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は画像データを所定の変換テーブルにより変換す
るデータ変換手段と、選択信号により前記変換テーブル
を選択する制御手段と、前記データ変換手段により変換
された画像データにより半導体レーザを変調する変調手
段とを具備する。

〔作　用〕

画像データはデータ変換手段により変換テーブルで変換
され、この変換デープルは選択信号により制御手段で選
択される。データ変換手段により変換された画像データ
により変調手段が半導体レーザを変調する。

〔実施例〕

第２図は本発明を応用したディジタル複写機の一例を示
し、第３図はこの例における画像入力装置を示す。

画像入力装置では原稿１１が光源１２により照明され、
その読み取りライン１３からの反射光像がレンズ１４に
より電荷結合素子（ＣＣＤ）からなるラインセンサ１５
の受光面上に結像されて光電変換されることにより時系
列の画像データとなる。この場合原稿１１は図示矢印方
向へ副走査される。ＣＣＤ読み取り部１６はラインセン
サ１５より出力される画像データを処理してアナログ画
素信号として出力し。

この信号はアナログ・対数（ＬＯＧ）変換回路１７によ
り濃度変換がなされる。アナログ・対数変換回路１７か
らの画像データはアナログ／ディジタル変換器１８によ
り６乃至８ピツ、トのディジタル信号に変換され、シェ
ーディング補正回路１９によりシェーディング補正がな
される。シェーディング補正回路１９からの画像データ
はγ変換回路２０によりγ変換され、変調回路２１はγ
変換回路２０からの画像データによりレーザダイオード
からなる半導体レーザ２２を変調する。この半導体レー
ザ２２はレーザプリンタにおいて光源として用いられて
いる。

第４図は上記レーザプリンタの概略を示す。

レーザダイオード２２から出射された変調光はコリメー
トレンズ２３により平行光とされ、モータ２４によって
回転駆動されている偏向器２５により繰り返して偏向さ
れる。偏向器２５からの変調光は集光レンズ２６を介し
て感光体ドラム２７上を走査し、感光体ドラム２７はモ
ータにより回転駆動されて帯電器により一様に帯電され
た後に上記変調光が露光されることにより静電潜像が形
成される。この静電潜像は現像装置により現像され、転
写装置により転写紙に転写される。また集光レンズ２６
からの光が画像領域外でミラー２８により反射されて光
検知器２９により検知され、この光検知器２９の出力信
号に同期してレーザダイオード２２の変調が開始される
。

上記変調回路２１としてはレーザダイオード２２の点灯
期間を変調するパルス幅変調方式、レーザダイオード２
２の発光パワー（振幅）を変調するパワー変調方式、１
画素内でのレーザダイオード２２の発光回数を変調する
パルス数変調方式など各種のものが考えられるが、いず
れの変調方式でもよい。

この例では変調回路２１は第１図に示すようなパワー変
調方式の例である。

この変調回路２１においてγ変換回路２０から入力され
る画像データＶｉｄｅｏは多値の画像データである。こ
の例では画像データＶ　１ｄｅｏは４ビツト構成として
その最下位ビット（ＬＳＢ）をＶｉｎ、上位３ビツトを
ＰＤＡＴＡとし、最上位ピッｌ−（ＭＳＢ）をＰ２とす
る。

第１図において３０はレーザダイオード２２の電流をス
イッチングするスイッチ回路であり、電界効果トランジ
スタ３１．３２及び抵抗３３〜３５により植成される。

３６はレーザダイオード２２がオンの時の電流を設定す
るための定電流回路であり、トランジスタ３７及び抵抗
３８により構成される。３９は定電流回路３６の設定電
流を決定する電圧発生回路であってディジタル／アナロ
グ変換器４０．バッファ４１及び抵抗４２により構成さ
れ、出力信号Ｖｓが画像信号ＰＤＡＴＡだけでなく、後
述するパワー補正回路からのレーザダイオード２２の発
光量検出値に応じた補正電圧Ｃｖによっても制御される
。この補正電圧Ｃｖはバッファ４１を介してディジタル
／アナログ変換器４０の基準電圧端子ｒｅｆに印加され
る。一方、画像データＶ　１ｄｅｏは上位の３ビツトＰ
ＤＡＴＡがデータ変換回路４３に入力される。このデー
タ変換回路４３はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）で構
成されており。

このＲＯＭ４３内には第７図に示すような変換テーブル
が作られている。選択信号ＳＥＬは複数の変換テーブル
より１つの変換テーブルを選択するための信号であり、
ＲＯＭ４３の出力は８ビツトである。

画像信号ＰＤＡＴＡはＲＯＭ４３の下位３ビツトに割り
当てられ、選択信号ＳＥＬはその上位のビットに割り当
てられる。選択信号ＳＥＬによりまず変換テーブルが選
択され、画像信号ＰＤＡＴＡがその変換テーブルにより
データ変換されて電流設定のためのデータＩＤＡＴＡと
してＲＯＭ４３より出力される。このデータＩＤＡＴＡ
はディジタル／アナログ変換器４０のディジタル入力端
子に与えられ、ディジタル／アナログ変換器４０により
ディジタル／アナログ変換される。ディジタル／アナロ
グ変換ｇｇ４０は８ピッ１−であり、その出力電圧Ｖｓ
は次のように与えられる。

このようにｖｓはレーザダイオード２２の発光量検出値
に応じた補正電圧ＣＶと９画像データに応じた値ＩＤＡ
ＴＡとにより決定される電圧となり、定電流回路３６に
与えられる。定電流回路３６におけるトランジスタ３７
のコレクタ電流はほぼディジタル／アナログ変換器４０
の出力電圧Ｖｓに比例した電流となり、スイッチ回路３
０の電流負荷となる。またγ変換回路２０から入力され
る画像データＶ　１ｄｅｏの最下位ビット（ＬＳＢ）　
Ｖ　ｉｎはインバータ４４．４５を介してスイッチ回路
３０にお、ける電界効果トランジスタ３１のゲートに与
えられる。スイッチ回路３０は差動形式のスイッチ回路
で、入力電圧Ｖｉｎの２１＃。

ＯＰに応じて電界効果トランジスタ３１．３２の一方が
オンするように動作する。例えば入力電圧Ｖｉｎが１′
の時にはレーザダイオード２２側の電界効果トランジス
タ３１がオンしてレーザダイオード２２をオンさせ、し
かもそのオン電流値は定電流回路３６及び電圧発生回路
３９で設定された電流値となる。つまりレーザダイオー
ド２２の発光量検出値に応じた補正電圧Ｃｖと９画像デ
ータＰＤＡＴＡとにより決定された定電流回路３６によ
る電流値が画像データＶｉｎのＪＩＪ％Ｑ′に応じてオ
ン／オフされることになり、レーザダイオード２２の駆
動電流が多値化されることになる。

このような多値化に対してＰＤＡＴＡとＩＤＡＴＡとの
関係は単なる比例関係ではなく、システム（発光源系と
か９作像系など）全体の特性に合せて最適な関係を持た
せることが多くの場合必要となる。そのためのデータ変
換はＲＯＭ４：ｌで行っているが、その際ＰＤＡＴＡが
３ビツトでＩＤＡＴＡも３ビットとすると。

望まれるデータ変換特性に対する誤差が大きくなり、十
分な効果を発揮しない。そこでこの例ではＲＯＭ４３の
出力を８ビツトとして第７図に示すようにＩＤＡＴＡの
表現可能な範囲を十分に広くとった。

さらに選択信号ＳＥＬをＲＯＭ４３の上位アドレスＡＭ
に割り当てているために、変換テーブルを状況に応じて
選択することができる。この例ではレーザダイオード２
２の温度を検出して選択信号ＳＥＬを得ている。一般に
レーザダイオード２２は温度特性を有し、第５図に示す
ように駆動電流に対して発光パワーが実線カーブから温
度に応じて破線カーブのように変化してしまう。第５図
において■ｔｈはしきい値電流であり、レーザダイオー
ド２２はこのしきい値電流ｒｔｈ以上の電流で始めて発
光する。しきい値電流Ｉｔｈは特に強い温度依存性を持
ち、さらにカーブの傾きも温度により変化する。

このような変化を検出してアナログ的にレーザダィオー
ド２２の駆動電流を制御することは至難のわざであり、
回路の複雑化を招く。この例ではサーミスタからなる温
度検出素子４６をレーザダイオード２２の近くに配置し
てその温度を検出し、この温度検出素子４６と抵抗５６
とで電源電圧を分圧して得た出力Ｖｔを４ビツトのアナ
ログ／ディジタル変換器４７によりアナログ／ディジタ
ル変換して選択信号ＳＥＬとしてＲＯＭ４３に与える。

温度が上がると、サーミスタ４６の抵抗値が下がるから
、Ｖｔが上昇してＳＥＬが大きくなる。逆に温度が下が
ると、５ＩＥＬが小さくなる。アナログ／ディジタル変
換器４７は専用である必要はなく、マイクロコンピユー
・夕を含む全体制御系で用いているものを利用してもよ
い。この場合レーザダイオード２２の温度変化は比較的
緩やかであるから、一定の時間間隔を持って全体制御系
からＲＯＭ４３への選択信号ＳＥＬを更新するようにす
ればよい。第６図に示すようにＰＤＡＴＡとＩＤＡＴＡ
との関係を選択信号ＳＥＬにより温度検出値に応じてａ
、ｂ、ｃのように変化させることができる。またＲＯＭ
４３を用いているが、その代りにランダムアクセスメモ
リを用い、温度等の検出結果に応じてその度に変換テー
ブルの内容を書き換えるようにしてもよい。この場合は
選択信号ＳＥＬを省略することもできる。

上記パワー補正回路は例えば第８図に示すような半導体
レーザ出力制御回路が用いられる。

光検出器４８はレーザダイオード２２から後方へ出射さ
れた光ビームが入射してその強度に比例した電流が流れ
、この電流が増幅器４９により電圧に変換されて比較器
５０により基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。この比較器
５０の出力信号は増幅器４９の出力信号と基準電圧Ｖ　
ｒｅｆとの大小関係により高レベルまたは低レベルとな
り、アップダウンカウンタ５１にアップダウン信号とし
て与えられる。例えばレーザダイオード２２の出力光の
強度が基準値より弱い時には比較器５０の出力信号が低
レベルとなり、アップダウンカウンタ５１がアップカウ
ントモードになる。またエツジ検出回路５２がタイミン
グ信号Ｔによりアップダウンカウンタ５１にイネーブル
信号を加えると、アップダウンカウンタ５１がイネーブ
ル状態になって発振器５３からのクロックをカウントし
てそのカウント値がディジタル／アナログ変換器５４に
よりディジタル／アナログ変換されて補正電圧Ｃｖとし
てバッファ４１を介してディジタル／アナログ変換器４
０の基Ｉｌ！電圧端子ｒｅｆに印加される。エツジ検出
回路５２は比較器５０の出力信号の立上り、立ち下がり
を検出してアップダウンカウンタ５１をディスイネーブ
ル状態に戻す。

ところでレーザダイオード２２の光射ｆｆ１ｆｆｌ特性
は第５図に示すようになるが、温度、経時変化等により
実線カーブから破線のカーブのように変化する。従って
レーザダイオード２２が電流■。で点灯してＰ。のパワ
ーで発光していても上記のような変化によりパワーが変
動してしまう。これを防ぐにはレーザダイオード２２の
環境変化に応じて電流を１゜からＩ工ｌ　Ｉ２に変化さ
せればよく、これを行うのが上記パワー補正回路である
。一般に上記のような変化は非常にゆっくりした変化で
あるため、パワー補正回路は応答が非常に遅くてもよい
。

レーザダイオード２２の発光パワーはパワー補正回路で
決定された（安定化された）レベルＰ。を基準として画
像信号により変調されることになる。例えばレーザダイ
オード２２の電流についてＯから■。まで４値の変調を
行う場合６値の設定値を１．に比例するようにしておけ
ばパワー補正回路によるパワー補正で■。を工、〜工２
と制御しても６値の設定値もそれに応じて設定され、４
値の階調を安定に維持できる。

この例ではレーザダイオード２２の発光量検出値に応じ
た補正電圧Ｃ■をバッファ４１を介してディジタル／ア
ナログ変換器４０の基準電圧端子ｒｅｆに印加したが、
補正電圧Ｃｖを上記アナログ／ディジタル変換器４７の
出力信号と同様に選択信号Ｓ［ＥＬとしてＲＯＭ４３に
与えてもよい。この場合はレーザダイオード２２の発光
量検出値に応じて選択信号ＳＥＬを発生し、ＲＯＭ４３
にはその選択信号５ＩＥＬに対してレーザダイオード２
２の発光量を一定にすべく必要なＩＤＡＴＡを書き込ん
でおく。そしてレーザダイオード２２の発光量検出値に
応じた選択信号５ＩＥＬとアナログ／ディジタル変換器
４７からの選択信号ＳＥＬの組合せによりＲＯＭ４３内
の最適な変換テーブルを選択する。

またこの例はレーザダイオード２２の駆動電流を変調す
るパワー変調方式を採用したが、他の変調方式を採用し
てもよい。例えばパルス幅変調方式を採用した場合には
ＩＤＡＴＡをパルス幅の設定に用いてその出力をＶｉｎ
とし、定電流源３６は固定の電流又はＣｖに応じた電流
値を設定するようにすればよい。

上述の例ではレーザダイオード２２のバイアス電流（第
５図のＩｔｈに相当）のための回路は特に必要ではなく
、変換テーブルにｒｔｈを考慮した値を盛り込んでおけ
ばよい。こうすることにより従来、レーザダイオードに
常時バイアス電流を流していたことによるレーザダイオ
ードの発熱、寺命低下を防ぐ効果がある。またＶｉｎは
単なるオン／オフ信号としたが、これに代えて画像デー
タに応じたパルス幅変調信号を与えてもよい。

上述の例ではパワー変調により多値のレーザ変調を行う
例であるが、多値のレベル数を多くとる程、各レベルの
安定性が要求されて回路としてシビアなものになってく
る。そこでこの点を改善した変調回路２１の例を第９図
に示す。この例ではγ変換回路２０から入力される画像
データＶｉｄｅｏは５ビット表わされる画像データであ
る。この画像データＶｉｄｅｏは下位２ビツトＰｗがパ
ルス幅変調回路５５に入力されて２ビツトのデータＰｗ
に応じたパルス幅を持つ信号Ｖｉｎに変換され、スイッ
チ回路３０に入力される。画像データＶｉｄｅｏの上位
３ビツトは前述の例と同様にパワー変調を行うへくデー
タ変換回路４３に入力される。こうすることにより、３
通りのパルス幅を持つＶｉｎに対してＰＤＡＴＡにより
それぞれ８通りのパワー（レーザダイオード２２の駆動
電流）が設定されるから、レーザダイオード２２の発光
エネルギーとしては２４通りに変調することができる。

このようにパルス幅変調を併用することにより、多くの
階調を簡単な構成で得ることができる。

上述の例では１ドツト毎にレーザビームのパルス幅と振
幅を独立に設定でき、その設定に応じてレーザビームの
多値化を行うことができる。これにより従来の面積階調
による階調表現のように画像の解像度を劣化させ・るこ
となく中間調表現ができる。また画像データとレーザビ
ームの多値レベルの関係を自由に設定できるから、シス
テム全体の特性又はレーザの特性等に柔軟に対応でき、
最適な階調特性を得ることができる。

〔効　果〕

以上のように本発明によれば画像データを所定の変換テ
ーブルにより変換するデータ変換手段と、選択信号によ
り前記変換テーブルを選択する制御手段と、前記データ
変換手段により変換された画像データにより半導体レー
ザを変調する変調手段とを具備するので、簡単な構成で
画像の解像度を劣化させることなく優れた階調表現を行
うことが可能となると共に画像データに応じた書き込み
階調の設定自由度を大幅に拡げてシステムに対する柔軟
性を確保することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を応用したディジタル複写機の一例にお
ける変調回路を示すブロック図、第２図は同例を示すブ
ロック図、第３図は同例の画像入力装置を示す斜視図、
第４図は同例のレーザプリンタを示す斜視図、第５図は
レーザダイオードの光射電流特性を示す特性図、第６図
は上記例を説明するための特性図、第７図は上記例にお
けるＲＯＭに作られている変換テーブルを示す図、第８
図は上記例のパワー補正回路を示すブロック図、第９図
は本発明を応用したディジタル複写機の他の例における
変調回路を示すブロック図である。 ２２・・・レーザダイオード、３０・・・スイッチ回路
。 ３６・・・定電流回路、３９・・・電圧発生回路、４３
・・・ＲＯＭ、４６・・・温度検出素子、４７・・・ア
ナログ／ディジタル変換器。 序ｂ　図 ％４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像データを所定の変換テーブルにより変換するデータ
   変換手段と、選択信号により前記変換テーブルを選択す
   る制御手段と、前記データ変換手段により変換された画
   像データにより半導体レーザを変調する変調手段とを具
   備する半導体レーザ変調装置。