(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録信号により変調されたビームを形成するビーム形成手段と、
前記ビーム形成手段で形成されたビーム光量を検出する光量検出手段と、
基準ビーム光量を規定する基準レベル設定手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号とを比較し、前記ビーム形成手段に負帰還する負帰還手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号との差の絶対値を求める絶対値検出手段と、
前記絶対値検出手段で検出した絶対値に応じて、前記負帰還手段の利得を制御する利得制御手段と、
を備え、
前記負帰還手段は、ビームの光量を増減調整し、調整結果を記憶する光量制御手段を含み、
前記光量制御手段は、ビームの光量の調整結果を記憶する保持コンデンサと前記保持コンデンサを充放電する定電流源を含み、
前記利得制御手段は、前記光量制御手段で行うビーム光量調整の単位時間あたりの増減変化量を制御すると共に、前記定電流源の電流値を増減制御する
事を特徴とするレーザ記録装置。
【請求項２】
記録信号により変調されたビームを形成するビーム形成手段と、
前記ビーム形成手段で形成されたビーム光量を検出する光量検出手段と、
基準ビーム光量を規定する基準レベル設定手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号とを比較し、前記ビーム形成手段に負帰還する負帰還手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号との差の絶対値を求める絶対値検出手段と、
前記絶対値検出手段で検出した絶対値に応じて、前記負帰還手段の利得を制御する利得制御手段と、
を備え、
前記負帰還手段は、ビームの光量を増減調整し、調整結果を記憶する光量制御手段を含み、
前記光量制御手段は、ビームの光量の調整結果を記憶する縦列接続された複数アップダウンカウンタと、前記複数のアップダウンカウンタの出力が接続されたＤ／Ａコンバータを含み、
前記利得制御手段は、前記光量制御手段で行うビーム光量調整の単位時間あたりの増減変化量を制御すると共に、前記複数のアップダウンカウンタの内の１つのアップダウンカウンタにクロック信号を与える切換手段と、クロック信号を発生する発振器を含む
事を特徴とするレーザ記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザビームを記録媒体上に走査するのに先だって、レーザビームが所定光強度で記録媒体上を走査するべくレーザビームの光強度を制御するレーザ記録装置に関する。
【０００２】
また、本発明は画像信号に基づいて変調されたレーザビームを記録媒体上に走査させて連続階調画像を記録するレーザ記録装置、更に詳しくはレーザビームの光強度をアナログ的に強度変調して高階調の画像を記録できるようにしたレーザ記録装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、レーザビームを光偏向器により偏向して感光体上に走査させ、電子写真技術により、現像、転写、定着する事により、印刷物を得るレーザビームプリンタが広く実用に供されている。また、同様にレーザビームを感光材料上に直接走査させ、該感光材料に画像を記録する装置も実用化されている。
【０００４】
このようなレーザビームによって記録を行うレーザビーム記録装置は、レーザビームを発生する手段として半導体レーザを用いている。この半導体レーザは、ガスレーザ等に比べれば小型、安価で消費電力も少なく、また駆動電流を変えれば光出力が直接制御できる等の長所を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その反面この半導体レーザは、図７に示すように駆動電流Ｉに対する光出力Ｐ０特性がしきい値電流Ｉｔｈを境にして変わるので、レーザビームの光強度を強度変調し、自然画等の連続階調画像を記録するのがたいへん困難だという問題がある。例えば、図７の特性において、駆動電流対光出力特性が線形であるしきい値電流Ｉｔｈ以上の部分で強度変調を行うと、光出力のダイナミックレンジが高々２桁程度しかとれない。周知のように、この程度のダイナミックレンジでは高品位の連続階調画像を得る事は不可能である。
【０００６】
また、レーザダイオードのしきい値電流Ｉｔｈは、レーザダイオードの温度により変化（温度ドリフト）するので、レーザダイオードの温度を温度センサと発熱冷却体により制御しない限り、前記２桁のダイナミックレンジを確保するのも難しい。
【０００７】
通常のレーザビームプリンタで、半導体レーザの温度制御をするのは、コスト的に見合わない。そこで、半導体レーザの駆動電流対光出力特性の非線形性と温度ドリフトを克服する為に、半導体レーザから出力されるフロントビームを記録媒体上に走査し、バックビームを光量検出回路で検出してレーザダイオード駆動回路に負帰還して制御する。
【０００８】
一般に、負帰還回路においては、増幅回路の利得をμ、帰還回路の帰還率をβとすると、ループ利得はμβとなる。ループ利得は大きいほど負帰還回路の制御精度は高くなる。しかし、ループ利得が高すぎると負帰還回路が発振をする可能性があり、最適なループ利得の範囲は限られる。
【０００９】
半導体レーザの駆動電流対光出力特性の非線形性を考慮して、半導体レーザを含む負帰還回路を考えると図７に示すように、ループ利得はしきい値電流Ｉｔｈを境として変化する。すなわち、しきい値電流Ｉｔｈ以下ではループ利得が低く、しきい値電流Ｉｔｈ以上ではループ利得が高い。そのため半導体レーザを含む負帰還回路はしきい値電流Ｉｔｈ以下では制御精度が低く、しきい値電流Ｉｔｈ以上では発振をする可能性が高い。この傾向は、レーザ記録装置が高速化し、レーザビームのスイッチング周波数が高くなり、レーザダイオード駆動回路の周波数特性が広帯域化されるほど顕著となる。
【００１０】
この技術課題を克服すれば、自然画等の連続階調画像を高速に記録できるレーザ記録装置が提供できる。
【００１１】
そこで本発明の目的は、半導体レーザを制御する負帰還回路に注目し、ループ利得を半導体レーザの動作点に係わらず最適化して、連続階調のレーザビームを高精度で、高速に制御することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ記録装置は、
記録信号により変調されたビームを形成するビーム形成手段と、
前記ビーム形成手段で形成されたビーム光量を検出する光量検出手段と、
基準ビーム光量を規定する基準レベル設定手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号とを比較し、前記ビーム形成手段に負帰還する負帰還手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号との差の絶対値を求める絶対値検出手段と、
前記絶対値検出手段で検出した絶対値に応じて、前記負帰還手段の利得を制御する利得制御手段と、
を備え、
前記負帰還手段は、ビームの光量を増減調整し、調整結果を記憶する光量制御手段を含み、
前記光量制御手段は、ビームの光量の調整結果を記憶する保持コンデンサと前記保持コンデンサを充放電する定電流源を含み、
前記利得制御手段は、前記光量制御手段で行うビーム光量調整の単位時間あたりの増減変化量を制御すると共に、前記定電流源の電流値を増減制御する
事を特徴とするレーザ記録装置。
【００１３】
また、本発明のレーザ記録装置は、
記録信号により変調されたビームを形成するビーム形成手段と、
前記ビーム形成手段で形成されたビーム光量を検出する光量検出手段と、
基準ビーム光量を規定する基準レベル設定手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号とを比較し、前記ビーム形成手段に負帰還する負帰還手段と、
前記光量検出手段で検出した信号と、前記基準レベル設定手段で規定した信号との差の絶対値を求める絶対値検出手段と、
前記絶対値検出手段で検出した絶対値に応じて、前記負帰還手段の利得を制御する利得制御手段と、
を備え、
前記負帰還手段は、ビームの光量を増減調整し、調整結果を記憶する光量制御手段を含み、
前記光量制御手段は、ビームの光量の調整結果を記憶する縦列接続された複数アップダウンカウンタと、前記複数のアップダウンカウンタの出力が接続されたＤ／Ａコンバータを含み、
前記利得制御手段は、前記光量制御手段で行うビーム光量調整の単位時間あたりの増減変化量を制御すると共に、前記複数のアップダウンカウンタの内の１つのアップダウンカウンタにクロック信号を与える切換手段と、クロック信号を発生する発振器を含む
事を特徴とする。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
図１は本発明のレーザ記録装置の回路図である。実施例１、２においては、レーザビームを記録媒体上に走査するのに先だって、レーザビームが所定光強度で記録媒体上を走査するべくレーザビームの光強度を制御するレーザ記録装置について説明する。以下、レーザ記録装置の光量制御動作を説明し、次に記録信号による記録動作を説明する。
【００１７】
まず、光量制御動作を説明する。ＡＰＣ信号発生回路２は、頁毎の記録に先立って発生される信号、あるいは偏向されたビームが所定の位置に到来する毎に発生される信号に従って、光量制御手段の調整状態、あるいは調整結果保持状態を切り換えるＡＰＣ信号を発生する。ＡＰＣ信号はＯＲゲート１３を介してスイッチング回路１０を強制的にオン状態にし、レーザダイオード１１からはフロントビームＦＢとバックビームＢＢが出力される。また、ＡＰＣ信号はＡＮＤゲート１４を能動にし、電圧制御発振器５で発生するクロック信号をアップダウンカウンタ７に与える。このことにより、レーザダイオード１１、光量検出回路１２、コンパレータ６、アップダウンカウンタ７、Ｄ／Ａ変換回路８、電流増幅回路９、スイッチング回路１０から成る負帰還ループが能動となり、光量制御の調整状態になる。
【００１８】
調整状態では、バックビームＢＢの光量を検出する光量検出回路１２の出力電圧と、基準ビーム光量を規定する電圧を発生する基準レベル設定回路３の出力電圧を、コンパレータ６で比較し、比較結果の大小に応じて、アップダウンカウンタ７のカウントアップ動作とカウントダウン動作を切り換える。アップダウンカウンタ７のカウント出力はＤ／Ａ変換回路８に与えられ、アナログ信号に変換され、電流増幅回路９でレーザダイオードを駆動できる電流に増幅する。
【００１９】
例えば、
▲１▼バックビームＢＢの光量が基準ビーム光量より少なかった場合に、コンパレータ６はアップダウンカウンタ７をカウントアップ動作に切り換えて、レーザダイオードの駆動電流を徐々に増加する。
【００２０】
▲２▼徐々に駆動電流を増加すると、バックビームＢＢの光量が徐々に増加し、基準ビーム光量を越えると、コンパレータ６はアップダウンカウンタ７をカウントダウン動作に切り換えて、レーザダイオードの駆動電流を徐々に減少する。
【００２１】
▲３▼徐々に駆動電流を減少すると、バックビームＢＢの光量が徐々に減少し、基準ビーム光量を下回ると、コンパレータ６はアップダウンカウンタ７をカウントアップ動作に切り換えて、レーザダイオードの駆動電流を徐々に増加する。以下この繰り返しとなる。
【００２２】
要約すると、
▲１▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタ７は連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行っている。
【００２３】
▲２▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタ７のカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは基準ビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す。
【００２４】
以上が光量制御手段を含む、負帰還手段の説明である。
【００２５】
ここで、本発明の特徴である絶対値検出手段と利得制御手段を説明する。絶対値増幅回路４は、バックビームＢＢの光量を検出する光量検出回路１２の出力電圧と、基準ビーム光量を規定する電圧を発生する基準レベル設定回路３の出力電圧の差の絶対値を出力する。絶対値増幅回路４の出力は電圧制御発振器５に与えられる。図８の実線は絶対値増幅回路４の出力電圧に対する電圧制御発振器５の発振周波数の例を示している。バックビームＢＢの光量が基準ビーム光量から離れるほど発振周波数が高くなり、単位時間あたりのアップダウンカウンタ７のカウント量が多くなるのが望ましい。このことにより、バックビームＢＢの光量の単位時間あたりの制御量であるスルーレートが制御される。また、負帰還手段の利得が制御される。
【００２６】
本発明の効果をより明らかにする為に、電圧制御発振器５の発振周波数が固定されていた場合について説明する。課題は光量制御の調整精度と調整速度が両立しない事である。
【００２７】
まず、レーザダイオード１１、光量検出回路１２、コンパレータ６、アップダウンカウンタ７、Ｄ／Ａ変換回路８、電流増幅回路９、スイッチング回路１０から成る負帰還ループでは、信号伝達の遅れが生じると言う事実がある。このため、基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなり、アップダウンカウンタ７のカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは基準ビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す状態に調整が収束した際に、前記光量の振動量が大きくなり、調整結果保持状態に切り替わるタイミングによって調整結果が大きくずれ、調整精度が得られず、結局アップダウンカウンタ７のクロック信号の周波数を低くせざるを得ないと言う課題がある。
【００２８】
しかるに、クロック信号の周波数を低くすると、アップダウンカウンタ７及びＤ／Ａコンバータ８のビット数ｎを大きくして単位変化幅を細かくし、精度を向上させようとすると、次のような場合に応答時間が遅くなると言う課題がある。すなわち、基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れており、アップダウンカウンタ７が連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行っている場合は応答時間がかなり遅くなる。
【００２９】
本発明の特徴である絶対値検出手段と利得制御手段を有する構成では、前記の課題である、調整精度と調整速度を両立する。すなわち、
▲１▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタ７は連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行うが、その際のクロック信号は図８に示すように絶対値増幅回路４の出力電圧が大きいほど周波数が高く、単位時間あたりのカウント量を大きくでき、調整速度を速くできる。特に、この効果はレーザダイオードの駆動電流値がしきい値電流以下の場合に大きい。図７に示したようにしきい値電流Ｉｔｈ以下ではループ利得が小さくなるのを、クロック信号の周波数を高くする事によって結果的にループ利得を高め補う事が出来る。
【００３０】
▲２▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタ７のカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは基準ビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示すが、その際のクロック信号は図８に示すように負帰還ループの応答遅れを見込んだ最低の周波数とでき、アップダウンカウンタ７のアップダウンカウントの振動は１ビット以内に出来るので、調整精度を高くできる。また、レーザダイオードの駆動電流がしきい値電流以上の場合は図７に示したようにループ利得が高まり、負帰還ループの応答遅れによって発振する可能性があるのを、クロック信号の周波数を低くする事によって結果的にループ利得を低くし、発振の可能性をなくす事が出来る。
【００３１】
次に、記録信号による記録動作を説明する。ＡＰＣ信号はＡＮＤゲート１４を非能動にし、電圧制御発振器５で発生するクロック信号をアップダウンカウンタ７に与えない。このことにより、レーザダイオード１１、光量検出回路１２、コンパレータ６、アップダウンカウンタ７、Ｄ／Ａ変換回路８、電流増幅回路９、スイッチング回路１０から成る負帰還ループが非能動となり、光量制御の調整結果保持状態になる。調整結果はアップダウンカウンタ７に保持されており、レーザダイオード１１の駆動電流を固定する。記録信号発生回路１で発生された記録信号は、ＯＲゲート１３を介してスイッチング回路１０に与えられる。スイッチング回路１０はアップダウンカウンタ７に保持された駆動電流値に従ってレーザダイオード１１を開閉駆動する。レーザダイオード１１で発生されたフロントビームＦＢは図示しない光偏向器により偏向されて、記録媒体を走査し、記録を行う。
【００３２】
（実施例２）
図２は本発明のレーザ記録装置の回路図である。実施例１においてアップダウンカウンタ７、Ｄ／Ａ変換回路８を用いてデジタル的に行われていた光量制御をアナログ的に行うのが実施例２である。図１と同じ図番の構成要素は同じ機能を有しているので、説明を省略する。
【００３３】
まず、光量制御動作を説明する。ＡＰＣ信号発生回路２から出力されたＡＰＣ信号はＡＮＤゲート２１、２２を能動にし、コンパレータ６、インバータ２０から出力される信号で充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかをオンにする。このことにより、レーザダイオード１１、光量検出回路１２、コンパレータ６、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５、コンデンサ２７、電流増幅回路９、スイッチング回路１０から成る負帰還ループが能動となり、光量制御の調整状態になる。
【００３４】
調整状態では、バックビームＢＢの光量を検出する光量検出回路１２の出力電圧と、基準ビーム光量を規定する電圧を発生する基準レベル設定回路３の出力電圧を、コンパレータ６で比較し、比較結果の大小に応じて、充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかをオンにし、充電用定電流源２３あるいは放電用定電流源２６でコンデンサ２７を充電あるいは放電する。コンデンサ２７の端子電圧は電流増幅回路９に与えられ、電流増幅回路９でレーザダイオードを駆動できる電流に増幅する。
【００３５】
例えば、
▲１▼バックビームＢＢの光量が基準ビーム光量より少なかった場合に、コンパレータ６は充電用スイッチ２４をオンに切り換えて、充電用定電流源２３でコンデンサ２７を徐々に充電し、レーザダイオードの駆動電流を徐々に増加する。
【００３６】
▲２▼徐々に駆動電流を増加すると、バックビームＢＢの光量が徐々に増加し、基準ビーム光量を越えると、コンパレータ６は充電用スイッチ２４をオフに、放電用スイッチ２５をオンに切り換えて、放電用定電流源２６でコンデンサ２７を徐々に放電し、レーザダイオードの駆動電流を徐々に減少する。
【００３７】
▲３▼徐々に駆動電流を減少すると、バックビームＢＢの光量が徐々に減少し、基準ビーム光量を下回ると、コンパレータ６は放電用スイッチ２５をオフに、充電用スイッチ２４をオンに切り換えて、充電用定電流源２３でコンデンサ２７を徐々に充電し、レーザダイオードの駆動電流を徐々に増加する。以下この繰り返しとなる。
【００３８】
要約すると、
▲１▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかは連続的にオンであり、コンデンサ２７は充電用定電流源２３あるいは放電用定電流源２６で連続的に充電あるいは放電されている。
【００３９】
▲２▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５は交互に開閉され、コンデンサ２７は充電用定電流源２３、放電用定電流源２６で交互に充電あるいは放電され、バックビームＢＢは基準ビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す。以上が光量制御手段を含む、負帰還手段の説明である。
【００４０】
ここで、本発明の特徴である絶対値検出手段と利得制御手段を説明する。絶対値増幅回路４は、バックビームＢＢの光量を検出する光量検出回路１２の出力電圧と、基準ビーム光量を規定する電圧を発生する基準レベル設定回路３の出力電圧の差の絶対値を出力する。絶対値増幅回路４の出力は充電用定電流源２３と放電用定電流源２６に与えられる。充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値は絶対値増幅回路４の出力電圧に従う。充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値を変えるとコンデンサ２７の単位時間あたりの電圧変化量、スルーレート（Ｖ／μ秒）を変える事が出来る。図８の実線は絶対値増幅回路４の出力電圧に対する前記スルーレートの制御特性の例を示している。バックビームＢＢの光量が基準ビーム光量から離れるほど、充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値が大きくなり、スルーレートが大きくなるのが望ましい。このことにより、バックビームＢＢの光量の単位時間あたりの制御量であるスルーレートが制御される。また、負帰還手段の利得が制御される。
【００４１】
本発明の効果をより明らかにする為に、充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値が固定されていた場合について説明する。課題は光量制御の調整精度と調整速度が両立しない事である。
【００４２】
まず、レーザダイオード１１、光量検出回路１２、コンパレータ６、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５、コンデンサ２７、電流増幅回路９、スイッチング回路１０から成る負帰還ループでは、信号伝達の遅れが生じると言う事実がある。このため、基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなり、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５は交互に開閉され、コンデンサ２７は充電用定電流源２３、放電用定電流源２６で交互に充電あるいは放電され、バックビームＢＢは基準ビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す状態に調整が収束した際に、前記光量の振動量が大きくなり、調整結果保持状態に切り替わるタイミングによって調整結果が大きくずれ、調整精度が得られず、結局バックビームＢＢの光量の単位時間あたりの制御量であるスルーレートを低くせざるを得ないと言う課題がある。
【００４３】
しかるに、スルーレートを低くすると、次のような場合に応答時間が遅くなると言う課題がある。すなわち、基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れており、充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかが連続的にオンで、コンデンサ２７が充電用定電流源２３あるいは放電用定電流源２６で連続的に充電あるいは放電されている場合は、応答時間がかなり遅くなる。
【００４４】
本発明の特徴である絶対値検出手段と利得制御手段を有する構成では、前記の課題である、調整精度と調整速度を両立する。すなわち、
▲１▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかは連続的にオンであり、コンデンサ２７は充電用定電流源２３あるいは放電用定電流源２６で連続的に充電あるいは放電されているが、その際のスルーレートは図８に示すように絶対値増幅回路４の出力電圧が大きいほど充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値が大きく、スルーレートが大きくなり、調整速度を速くできる。特に、この効果はレーザダイオードの駆動電流値がしきい値電流以下の場合に大きい。図７に示したようにしきい値電流Ｉｔｈ以下ではループ利得が小さくなるのを、充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値を大きくする事によって結果的にループ利得を高め補う事が出来る。
【００４５】
▲２▼基準ビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５は交互に開閉され、コンデンサ２７は充電用定電流源２３、放電用定電流源２６で交互に充電あるいは放電され、バックビームＢＢは基準ビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示すが、その際のスルーレートは図８に示すように負帰還ループの応答遅れを見込んだ最低のスルーレートにでき、微小な光量の振動を小さく出来るので、調整精度を高くできる。また、レーザダイオードの駆動電流がしきい値電流以上の場合は図７に示したようにループ利得が高まり、負帰還ループの応答遅れによって発振する可能性があるのを、スルーレートを低くする事によって結果的にループ利得を低くし、発振の可能性をなくす事が出来る。
【００４６】
次に、記録信号による記録動作を説明する。ＡＰＣ信号はＡＮＤゲート２１、２２を非能動にし、充電用スイッチ２４と放電用スイッチ２５を両方ともオフにする。このことにより、レーザダイオード１１、光量検出回路１２、コンパレータ６、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５、コンデンサ２７、電流増幅回路９、スイッチング回路１０から成る負帰還ループが非能動となり、光量制御の調整結果保持状態になる。調整結果はコンデンサ２７に保持されており、レーザダイオード１１の駆動電流を固定する。記録信号発生回路１で発生された記録信号は、ＯＲゲート１３を介してスイッチング回路１０に与えられる。スイッチング回路１０はコンデンサ２７に保持された駆動電流値に従ってレーザダイオード１１を開閉駆動する。レーザダイオード１１で発生されたフロントビームＦＢは図示しない光偏向器により偏向されて、記録媒体を走査し、記録を行う。
【００４７】
（実施例３）
図３は本発明のレーザ記録装置の回路図である。実施例３、４、５、６においては画像信号に基づいて変調されたレーザビームを記録媒体上に走査させて連続階調画像を記録するレーザ記録装置、更に詳しくはレーザビームの光強度をアナログ的に強度変調して高階調の画像を記録できるようにしたレーザ記録装置について説明する。実施例３は実施例１と同じくアップダウンカウンタ７、Ｄ／Ａ変換回路８を用いてデジタル的に光量制御を行う。図１と同じ図番の構成要素は同じ機能を有しているので、説明を省略する。
【００４８】
記録信号発生回路１で発生された階調を有する記録信号は、Ｄ／Ａ変換回路３０を介してコンパレータ６、及び絶対値増幅回路４に与えられる。実施例３は、実施例１における基準レベル設定回路３を記録信号発生回路１とＤ／Ａコンバータ３０に置き換えた構成となっている。実施例１では、頁毎の記録に先立って発生される信号、あるいは偏向されたビームが所定の位置に到来する毎に発生される信号に従って光量制御手段の調整状態、あるいは調整結果保持状態を切り換えていたが、実施例３は記録信号の階調が切り替わる度に、実施例１と同様に、レーザダイオードの駆動電流が調整される。すなわち、実施例１における基準ビーム光量を記録信号の階調に対応したビーム光量に置き換えれば実施例３の説明になる。例えば、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタ７は連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行っている。
【００４９】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタ７のカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す。
【００５０】
また、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタ７は連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行うが、その際のクロック信号は図８に示すように絶対値増幅回路４の出力電圧が大きいほど周波数が高く、単位時間あたりのカウント量を大きくでき、調整速度を速くできる。特に、この効果はレーザダイオードの駆動電流値がしきい値電流以下の場合に大きい。また、実施例３は記録信号の階調が切り替わる度に、レーザダイオードの駆動電流が調整されるので、調整速度高速化の効果は特に大きい。図７に示したようにしきい値電流Ｉｔｈ以下ではループ利得が小さくなるのを、クロック信号の周波数を高くする事によって結果的にループ利得を高め補う事が出来る。
【００５１】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタ７のカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示すが、その際のクロック信号は図８に示すように負帰還ループの応答遅れを見込んだ最低の周波数とでき、アップダウンカウンタ７のアップダウンカウントの振動は１ビット以内に出来るので、調整精度を高くできる。また、レーザダイオードの駆動電流がしきい値電流以上の場合は図７に示したようにループ利得が高まり、負帰還ループの応答遅れによって発振する可能性があるのを、クロック信号の周波数を低くする事によって結果的にループ利得を低くし、発振の可能性をなくす事が出来る。
【００５２】
（実施例４）
図４は本発明のレーザ記録装置の回路図である。実施例３においてアップダウンカウンタ７、Ｄ／Ａ変換回路８を用いてデジタル的に行われていた光量制御をアナログ的に行うのが実施例４である。図１、２、３と同じ図番の構成要素は同じ機能を有しているので、説明を省略する。
【００５３】
記録信号発生回路１で発生された階調を有する記録信号は、Ｄ／Ａ変換回路３０を介してコンパレータ６、及び絶対値増幅回路４に与えられる。実施例４は、実施例２における基準レベル設定回路３を記録信号発生回路１とＤ／Ａコンバータ３０に置き換えた構成となっている。実施例２では、頁毎の記録に先立って発生される信号、あるいは偏向されたビームが所定の位置に到来する毎に発生される信号に従って光量制御制御手段の調整状態、あるいは調整結果保持状態を切り換えていたが、実施例４は記録信号の階調が切り替わる度に、実施例２と同様に、レーザダイオードの駆動電流が調整される。すなわち、実施例２における基準ビーム光量を記録信号の階調に対応したビーム光量に置き換えれば実施例４の説明になる。例えば、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかは連続的にオンであり、コンデンサ２７は充電用定電流源２３あるいは放電用定電流源２６で連続的に充電あるいは放電されている。
【００５４】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５は交互に開閉され、コンデンサ２７は充電用定電流源２３、放電用定電流源２６で交互に充電あるいは放電され、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す。
【００５５】
また、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、充電用スイッチ２４あるいは放電用スイッチ２５のどちらかは連続的にオンであり、コンデンサ２７は充電用定電流源２３あるいは放電用定電流源２６で連続的に充電あるいは放電されているが、その際のスルーレートは図８に示すように絶対値増幅回路４の出力電圧が大きいほど充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値が大きく、スルーレートが大きくなり、調整速度を速くできる。特に、この効果はレーザダイオードの駆動電流値がしきい値電流以下の場合に大きい。また、実施例４は記録信号の階調が切り替わる度に、レーザダイオードの駆動電流が調整されるので、調整速度高速化の効果は特に大きい。図７に示したようにしきい値電流Ｉｔｈ以下ではループ利得が小さくなるのを、充電用定電流源２３と放電用定電流源２６の電流値を大きくする事によって結果的にループ利得を高め補う事が出来る。
【００５６】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、充電用スイッチ２４、放電用スイッチ２５は交互に開閉され、コンデンサ２７は充電用定電流源２３、放電用定電流源２６で交互に充電あるいは放電され、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示すが、その際のスルーレートは図８に示すように負帰還ループの応答遅れを見込んだ最低のスルーレートにでき、微小な光量の振動を小さく出来るので、調整精度を高くできる。また、レーザダイオードの駆動電流がしきい値電流以上の場合は図７に示したようにループ利得が高まり、負帰還ループの応答遅れによって発振する可能性があるのを、スルーレートを低くする事によって結果的にループ利得を低くし、発振の可能性をなくす事が出来る。
【００５７】
（実施例５）
図５は本発明のレーザ記録装置の回路図である。実施例５は実施例３と同じくアップダウンカウンタ５３、５４、５５、５６、Ｄ／Ａ変換回路８を用いてデジタル的に光量制御を行う。図１、３と同じ図番の構成要素は同じ機能を有しているので、説明を省略する。
【００５８】
実施例１、３において電圧制御発振器５を用いていたのを、発振周波数が固定された発振器５０を用いるべく構成したのが実施例５である。すなわち、ビームの光量の調整結果を記憶する縦列接続されたアップダウンカウンタ５３、５４、５５、５６と、アップダウンカウンタ５３、５４、５５、５６の出力が接続されたＤ／Ａコンバータ８と、アップダウンカウンタ５３、５４、５５、５６の内の１つのアップダウンカウンタにクロック信号を与える切換スイッチ５３０、５４０、５５０、５６０と、クロック信号を発生する発振器５０を有する。
【００５９】
図３において電圧制御発振器５の働きを有するものとして、Ａ／Ｄ変換回路５１、デコード回路５２、発振器５０、切換スイッチ５３０、５３１、５４０、５４１、５５０、５５１、５６０、５６１を用いている。実施例５はアップダウンカウンタのクロック周波数を上下する代わりに、縦列接続されたアップダウンカウンタの、どの桁のアップダウンカウンタにクロック信号を与えるか、切換スイッチ５３０、５４０、５５０、５６０で切り換える。切換スイッチ５３０、５４０、５５０、５６０の切り換え動作は、絶対値増幅回路４の出力をＡ／Ｄ変換回路５１でＡ／Ｄ変換し、デコード回路５２でデコードして制御される。その際の制御特性を図８の点線に例示する。
【００６０】
図８の点線の制御特性によれば、
▲１▼絶対値増幅回路出力電圧がＶ１以下では、切換スイッチ５３０、５３１のみ切り換わり、アップダウンカウンタ５３（ＬＳＢ）にクロック信号が与えられ、スルーレートは最も小さい。
【００６１】
▲２▼絶対値増幅回路出力電圧がＶ１以上、Ｖ２以下では、切換スイッチ５４０、５４１のみ切り換わり、アップダウンカウンタ５４にクロック信号が与えられる。
【００６２】
▲３▼絶対値増幅回路出力電圧がＶ２以上、Ｖ３以下では、切換スイッチ５５０、５５１のみ切り換わり、アップダウンカウンタ５５にクロック信号が与えられる。
【００６３】
▲４▼絶対値増幅回路出力電圧がＶ３以上では、切換スイッチ５６０、５６１のみ切り換わり、アップダウンカウンタ５６（ＭＳＢ）にクロック信号が与えられ、スルーレートは最も大きい。
【００６４】
また、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタは連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行っている。
【００６５】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタのカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す。
【００６６】
さらに、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタは連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行うが、その際のクロック信号は図８に示すように絶対値増幅回路４の出力電圧が大きいほど上位の桁（ＭＳＢ）のアップダウンカウンタに与えられ、単位時間あたりのカウント量を大きくでき、調整速度を速くできる。特に、この効果はレーザダイオードの駆動電流値がしきい値電流以下の場合に大きい。また、実施例５は記録信号の階調が切り替わる度に、レーザダイオードの駆動電流が調整されるので、調整速度高速化の効果は特に大きい。図７に示したようにしきい値電流Ｉｔｈ以下ではループ利得が小さくなるのを、クロック信号を上位の桁（ＭＳＢ）のアップダウンカウンタに与える事によって結果的にループ利得を高め補う事が出来る。
【００６７】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタのカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示すが、その際のクロック信号は図８に示すように負帰還ループの応答遅れを見込んで下位の桁（ＬＳＢ）のアップダウンカウンタに与えられ、アップダウンカウンタのアップダウンカウントの振動は１ビット（１ＬＳＢ）以内に出来るので、調整精度を高くできる。また、レーザダイオードの駆動電流がしきい値電流以上の場合は図７に示したようにループ利得が高まり、負帰還ループの応答遅れによって発振する可能性があるのを、クロック信号を下位の桁（ＬＳＢ）のアップダウンカウンタに与える事によって結果的にループ利得を低くし、発振の可能性をなくす事が出来る。
【００６８】
（実施例６）
図６は本発明のレーザ記録装置の回路図である。実施例６は実施例３と同じくアップダウンカウンタ６１、Ｄ／Ａ変換回路８を用いてデジタル的に光量制御を行う。図１、３と同じ図番の構成要素は同じ機能を有しているので、説明を省略する。
【００６９】
階調を有する記録信号では、記録信号の階調が切り換わる度に、レーザダイオードの駆動電流を調整しなければならない。最悪、隣接する画素で最低階調（白）と最高階調（黒）であった場合には、駆動電流の調整高速化は最も大きな課題となる。実施例１から５で説明したように、絶対値増幅手段と利得制御手段による調整高速化は、かなりの効果を有するが、実施例６はさらなるレーザダイオード駆動電流の調整高速化を目的とする実施例である。
【００７０】
すなわち、
頁毎の記録に先立って発生される信号に従って、各階調の試験画像信号を光量制御手段に与え、ビームの光量を増減調整し、アップダウンカウンタ６１に記憶された調整結果を、各階調の画像信号レベルに対応して、保存する補正テーブル６０を有し、
画像信号に応じた強度でビームを変調して記録する時は、画像信号を補正テーブル６０に与え、補正テーブル６０に記憶された調整結果を、アップダウンカウンタ６１に、画像信号レベルの切換タイミングに同期して書き込み、その後ビームの光量を増減調整する事を特徴とする。
【００７１】
以下、実施例６の動作を説明する。
【００７２】
まず、頁毎の記録に先立って発生される信号、あるいは偏向されたビームが所定の位置に到来する毎に発生される信号に従って、各階調の試験画像信号を光量制御手段に与える。具体的には、記録信号発生回路１で最低階調（白）から最高階調（黒）に至る各階調の試験画像信号を順次Ｄ／Ａ変換回路３０に与える。レーザダイオード駆動電流の調整が終了すると、各階調の試験画像信号に対応するレーザダイオード駆動電流の調整結果をアップダウンカウンタ６１から補正テーブル６０に順次書き込む。補正テーブル６０には最低階調（白）から最高階調（黒）に対応したレーザダイオード駆動電流の調整結果が保存される。
【００７３】
次に、画像信号に応じた強度でビームを変調して記録するときは、記録信号発生回路１で発生された階調を有する記録信号は、Ｄ／Ａ変換回路３０を介してコンパレータ６、及び絶対値増幅回路４に与えられる。同時に、前記階調を有する記録信号は補正テーブル６０に与えられ、記録信号の階調に対応したレーザダイオードの駆動電流値に相当するデータ（ＤＡＴＡ）が、アップダウンカウンタ６１に、記録信号の階調の切換タイミングに同期して書き込み（ＬＯＡＤ）される。アップダウンカウンタ６１にデータの書き込みが終了すると、実施例３と同様にレーザダイオードの駆動電流が再調整される。
【００７４】
すなわち、
▲１▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量が離れている時は、アップダウンカウンタ６１は連続的にカウントアップ動作あるいはカウントダウン動作を行っている。
【００７５】
▲２▼記録信号の階調に対応したビーム光量とバックビームＢＢの光量がほぼ等しくなると、アップダウンカウンタ６１のカウントアップ動作とカウントダウン動作が頻繁に切り替わり、バックビームＢＢは記録信号の階調に対応したビーム光量を平均値とする微少な光量の振動を示す。
【００７６】
ただし、調整データ（ＤＡＴＡ）を書き込み（ＬＯＡＤ）するので、前記▲２▼の状態の時間は短く、速やかに前記▲１▼の状態にいたり、すみやかにレーザダイオードの駆動電流の調整が終了する。
【００７７】
実施例６に特有な効果を示す。実施例６では、階調を有する記録信号の階調が切り換わる度に、レーザダイオードの駆動電流を調整しなければならない課題に対して、頁毎の記録に先立って発生される信号に従って、レーザダイオード駆動電流の調整データを事前に作成保存し、次に、画像信号に応じた強度でビームを変調して記録するときは、前記保存した調整データを読み出し、その調整データを開始点として再調整する。このことにより、最悪、隣接する画素で最低階調（白）と最高階調（黒）であった場合にも、最低階調に対応する駆動電流データ、あるいは最高階調に対応する駆動電流データを開始点として、レーザダイオード駆動電流を再調整するので、駆動電流の調整が高速化できる。また、事前に作成した調整データをそのまま用いず、記録時に再調整するので、調整データ作成時と記録時でレーザダイオードの特性が温度あるいは経時変化により変化しても、レーザダイオードの出力ビーム光量が高精度に再調整される。加えて、レーザダイオードの駆動電流の調整結果をＲＯＭ化したり、調整データの作成頻度を頁毎ではなく、２頁に１度にするなど減らす事も可能であり、装置構成や制御プログラムの自由度が広がる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のレーザ記録装置は、ループ利得を半導体レーザの動作点に係わらず最適化する事により、連続階調のレーザビームを高精度で、高速に制御することができる。
【００７９】
請求項１、２の構成によれば、ビーム光量検出値と基準ビーム光量の差の絶対値に応じ、ループ利得を最適化する事により、レーザビームを高精度で、高速に制御可能なレーザ記録装置を提供できる。
また、請求項１、２の構成によれば、ビーム光量検出値と、基準ビーム光量の差の絶対値に応じ、ビーム光量調整の単位時間あたりの増減変化量を最適化する事により、（画像信号に基づいて変調される）レーザビームを高精度で、高速に制御可能なレーザ記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ記録装置における実施例１（デジタル光量制御）の回路図。
【図２】本発明の実施例２（アナログ光量制御）の回路図。
【図３】本発明の実施例３（強度変調、デジタル光量制御）の回路図。
【図４】本発明の実施例４（強度変調、アナログ光量制御）の回路図。
【図５】本発明の実施例５（強度変調、デジタル光量制御）の回路図。
【図６】本発明の実施例６（強度変調、デジタル光量制御）の回路図。
【図７】レーザダイオードの駆動電流に対する光出力の特性図。
【図８】本発明のレーザ記録装置の制御特性説明図。
【符号の説明】
１    記録信号発生回路
２    ＡＰＣ信号発生回路
３    基準レベル設定回路
４    絶対値増幅回路
５    電圧制御発振器
６    コンパレータ
７    アップダウンカウンタ
８    Ｄ／Ａ変換回路
９    電流増幅回路
１０  スイッチング回路
１１  レーザダイオード
１２  光量検出回路
１３  ＯＲゲート
１４  ＡＮＤゲート
ＦＢ  フロントビーム
ＢＢ  バックビーム
２０  インバータ
２１、２２  ＡＮＤゲート
２３  充電用定電流源
２４  充電用スイッチ
２５  放電用スイッチ
２６  放電用定電流源
２７  コンデンサ
３０  Ｄ／Ａ変換回路
５０  発振器
５１  Ａ／Ｄ変換回路
５２  デコード回路
５３、５４、５５、５６  アップダウンカウンタ
５３０、５３１、５４０、５４１  切換スイッチ
５５０、５５１、５６０、５６１  切換スイッチ
６０  補正テーブル
６１  アップダウンカウンタ
【図１】
0003601547.tif 000002
【図２】
0003601547.tif 000003
【図３】
0003601547.tif 000004
【図４】
0003601547.tif 000005
【図５】
0003601547.tif 000006
【図６】
0003601547.tif 000007
【図７】
0003601547.tif 000008
【図８】
0003601547.tif 000009