JPH03169156A - 半導体レーザ駆動装置及びこれを用いたレーザ記録装置 - Google Patents
半導体レーザ駆動装置及びこれを用いたレーザ記録装置Info
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- JPH03169156A JPH03169156A JP1309999A JP30999989A JPH03169156A JP H03169156 A JPH03169156 A JP H03169156A JP 1309999 A JP1309999 A JP 1309999A JP 30999989 A JP30999989 A JP 30999989A JP H03169156 A JPH03169156 A JP H03169156A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
- H01S5/06216—Pulse modulation or generation
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- Dot-Matrix Printers And Others (AREA)
- Laser Beam Printer (AREA)
- Exposure Or Original Feeding In Electrophotography (AREA)
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、半導体レーザを変調駆動する装置、及び半導
体レーザを用いて記録媒体上へ光ビーム記録するレーザ
記録装置に関する。
体レーザを用いて記録媒体上へ光ビーム記録するレーザ
記録装置に関する。
[従来の技術コ
デジタルで表現されたハーフトーン画像を感光性の記録
媒体上へ記録する装置として、従来から広く用いられて
いるものにレーザビームプリンタがある。これは画素濃
度に比例して強度変調されたレーザビームを光偏向器に
より偏向し主走査とし、フイルムやドラム等の記録媒体
を主走査方向と垂直に移動させて副走査として、該記録
媒体上に画像記録するものである。
媒体上へ記録する装置として、従来から広く用いられて
いるものにレーザビームプリンタがある。これは画素濃
度に比例して強度変調されたレーザビームを光偏向器に
より偏向し主走査とし、フイルムやドラム等の記録媒体
を主走査方向と垂直に移動させて副走査として、該記録
媒体上に画像記録するものである。
上記のレーザビームを発生する手段として、半導体レー
ザは現在最も安価で小型であり、駆動電流によって直接
強度変調が行える特徴を持つ。
ザは現在最も安価で小型であり、駆動電流によって直接
強度変調が行える特徴を持つ。
しかしながら半導体レーザの欠点として、駆動電流一光
出力特性が著しい温度負性特堆を持っている事が上げら
れる。第12図は半導体レーザの駆動電流一光出力特性
の一例であり、横軸に半導体レーザの駆動電流(mA)
,縦軸には光出力(mW)をとり、ケース温度をO℃,
25℃,50℃にして測定したものである。グラフから
読み取ると、約一o.tmw/℃の温度負性特性が見い
だせる。この事は外気温の変動により光出力が大きく変
動する事を意味している。また、半導体レーザチツブは
自らの発光損失により温度上昇し、そのための光出力の
低下が起こる。
出力特性が著しい温度負性特堆を持っている事が上げら
れる。第12図は半導体レーザの駆動電流一光出力特性
の一例であり、横軸に半導体レーザの駆動電流(mA)
,縦軸には光出力(mW)をとり、ケース温度をO℃,
25℃,50℃にして測定したものである。グラフから
読み取ると、約一o.tmw/℃の温度負性特性が見い
だせる。この事は外気温の変動により光出力が大きく変
動する事を意味している。また、半導体レーザチツブは
自らの発光損失により温度上昇し、そのための光出力の
低下が起こる。
レーザプリンタは主走査が1〜2msec,1ページ数
秒という速度で記録を行うため、少なくとも1主走査期
間では外気温は変化せず、その間の温度変化による光出
力変化は半導体レーザ自身の発光損失による熱上昇に起
因するもののみで与えられる。
秒という速度で記録を行うため、少なくとも1主走査期
間では外気温は変化せず、その間の温度変化による光出
力変化は半導体レーザ自身の発光損失による熱上昇に起
因するもののみで与えられる。
第8図は半導体レーザの光出力の時間的な変動の一例を
示したものであり、横軸に時間[μsec ] ,縦軸
には光出力[mW]及び駆動電流[mA]をとったグラ
フである。35は駆動電流を示し、時間0においてOか
ら90mAまで急峻に変化し、時間512μsecで9
0mAから60mAまで再び急峻に変化している。36
は35の駆動電流に対する光出力を示している。36を
見ると、発光による半導体レーザチツブの温度上昇によ
り次第に光出力が低下しているのがわかる(以下この特
性をドルーブ特性と呼ぶ)。このドルーブ特性を観察す
ると、急峻な変化の後の時定数100μsec程度の光
出力変動とその後の時定数100msec程度のゆっく
りした光出力変化が認められる。これは単純な2次系で
シミュレートでき、初めの変化は半導体レーザチップの
熱容量と熱抵抗によるもので、後の変化は半導体レーザ
のケース及びヒートシンクの熱容量と熱抵抗によるもの
と考えられる。
示したものであり、横軸に時間[μsec ] ,縦軸
には光出力[mW]及び駆動電流[mA]をとったグラ
フである。35は駆動電流を示し、時間0においてOか
ら90mAまで急峻に変化し、時間512μsecで9
0mAから60mAまで再び急峻に変化している。36
は35の駆動電流に対する光出力を示している。36を
見ると、発光による半導体レーザチツブの温度上昇によ
り次第に光出力が低下しているのがわかる(以下この特
性をドルーブ特性と呼ぶ)。このドルーブ特性を観察す
ると、急峻な変化の後の時定数100μsec程度の光
出力変動とその後の時定数100msec程度のゆっく
りした光出力変化が認められる。これは単純な2次系で
シミュレートでき、初めの変化は半導体レーザチップの
熱容量と熱抵抗によるもので、後の変化は半導体レーザ
のケース及びヒートシンクの熱容量と熱抵抗によるもの
と考えられる。
上記温度変化による光出力変動を補償する手段として、
従来より半導体レーザの発光レベルが所定レベルに一致
するか逐次フォトダイオードでモニタし駆動電流へフィ
ードバックする回路(以下APC回路という)が知られ
ている7 第9図は基本的なAPC回路の構成ブロック図であり、
1は発光量に比例させようとする設定電圧、2は電圧加
算回路、3は半導体レーザ駆動電圧Vd,4は3の駆動
電圧Vdを実際の駆動電流Idに変換する電圧/電流変
換回路、5は駆動電流1d、6は半導体レーザ、7はレ
ーザ発光量をモニタするPINフオトダイオード、8は
モニタ電流1m,9はモニタ電流lmを10のモニタ電
圧valに変換する電流/t圧変換回路である。半導体
レーザ6の光出力をPINフオトダイオード7でモニタ
するため、図では省略してあるが、PINフオトダイオ
ード7は、レーザチップの後端部で半導体レーザの後面
発光量をモニタするか、もしくはレーザチップの前面に
ビームスブリツタを設け、分光された米をモニタするよ
うに構成ざれている。第9図は典型的な単一ループフィ
ードバック制御系を成しており、1の設定電圧Vsとモ
ニタ電圧Vmの誤差分が3の駆動電圧Vdになることに
より、光出力が温度変化はより変動しても、常に1の設
定雷圧Vsに比侑1するようにfdlallされる。
従来より半導体レーザの発光レベルが所定レベルに一致
するか逐次フォトダイオードでモニタし駆動電流へフィ
ードバックする回路(以下APC回路という)が知られ
ている7 第9図は基本的なAPC回路の構成ブロック図であり、
1は発光量に比例させようとする設定電圧、2は電圧加
算回路、3は半導体レーザ駆動電圧Vd,4は3の駆動
電圧Vdを実際の駆動電流Idに変換する電圧/電流変
換回路、5は駆動電流1d、6は半導体レーザ、7はレ
ーザ発光量をモニタするPINフオトダイオード、8は
モニタ電流1m,9はモニタ電流lmを10のモニタ電
圧valに変換する電流/t圧変換回路である。半導体
レーザ6の光出力をPINフオトダイオード7でモニタ
するため、図では省略してあるが、PINフオトダイオ
ード7は、レーザチップの後端部で半導体レーザの後面
発光量をモニタするか、もしくはレーザチップの前面に
ビームスブリツタを設け、分光された米をモニタするよ
うに構成ざれている。第9図は典型的な単一ループフィ
ードバック制御系を成しており、1の設定電圧Vsとモ
ニタ電圧Vmの誤差分が3の駆動電圧Vdになることに
より、光出力が温度変化はより変動しても、常に1の設
定雷圧Vsに比侑1するようにfdlallされる。
[発明が解決しようとする課題]
一般のレーザビームプリンタの1画素当たりの記録速度
(画素クロツク周波数)は数MHzと高速であり、該A
PC回路の制御速度は少なくともその数十倍なければ1
画素毎の光出力を制御することはできない。しかし・な
からそのような高速な制御系は一般に極端にノイズに弱
く、安定性に欠け、調整が緊雑になり、コストが大幅に
上昇してしまう。逆にAPC回路を安価で安定なものに
すると、制御系の周波数特性が低下し、高速変調が行え
ないという問題点が発生する。
(画素クロツク周波数)は数MHzと高速であり、該A
PC回路の制御速度は少なくともその数十倍なければ1
画素毎の光出力を制御することはできない。しかし・な
からそのような高速な制御系は一般に極端にノイズに弱
く、安定性に欠け、調整が緊雑になり、コストが大幅に
上昇してしまう。逆にAPC回路を安価で安定なものに
すると、制御系の周波数特性が低下し、高速変調が行え
ないという問題点が発生する。
これを解決すべく特開昭63−209270では、半導
体レーザの駆動電流をドルーブ特性とほぼ等しい時定数
を有するハイバスフィルタに入力し、その出力をフィー
ドバックする事によりドループ特性を補正している。し
かしこの方法では半導体レーザのばらつき、経時変化も
しくは環境の変化によるドルーブ特性の変化に対応しず
らく、正確な補正は望めなかった。
体レーザの駆動電流をドルーブ特性とほぼ等しい時定数
を有するハイバスフィルタに入力し、その出力をフィー
ドバックする事によりドループ特性を補正している。し
かしこの方法では半導体レーザのばらつき、経時変化も
しくは環境の変化によるドルーブ特性の変化に対応しず
らく、正確な補正は望めなかった。
本発明は、半導体レーザのばらつき、経時変化に無関係
に自動的、且つ高速にドルーブ特性が補正できる半導体
レーザ制御装置及びこれを用いたレーザ記録装置の提供
を目的とする。
に自動的、且つ高速にドルーブ特性が補正できる半導体
レーザ制御装置及びこれを用いたレーザ記録装置の提供
を目的とする。
[課題を解決するための手段]
上述した課題を解決する本発明の要旨は、半導体レーザ
と、該半導体レーザの前段に設けられるパラメータ可変
なデジタルフィルタと、前記半導体レーザの光出力を検
出する手段と、前記半導体レーザの特性を補正するよう
な前記デジタルフィルタのパラメータを、前記検出され
た値に基づいて算出する手段と、該算出したパラメータ
を前記デジタルフィルタに設定する手段を有することを
特徴とする半導体レーザ駆動装置である。
と、該半導体レーザの前段に設けられるパラメータ可変
なデジタルフィルタと、前記半導体レーザの光出力を検
出する手段と、前記半導体レーザの特性を補正するよう
な前記デジタルフィルタのパラメータを、前記検出され
た値に基づいて算出する手段と、該算出したパラメータ
を前記デジタルフィルタに設定する手段を有することを
特徴とする半導体レーザ駆動装置である。
[実施例]
本発明の実施例を説明するに当たり、まず本発明の原理
について説明する。
について説明する。
前述したように、半導体レーザのドルーブ特性は線形な
2次系でほぼ記述できる。そこで、このドルーブ特性と
逆の特性を有するフィルタを補償フィルタとして半導体
レーザを駆動すれば、このドルーブ特性は補正できる事
になる。
2次系でほぼ記述できる。そこで、このドルーブ特性と
逆の特性を有するフィルタを補償フィルタとして半導体
レーザを駆動すれば、このドルーブ特性は補正できる事
になる。
本発明では、ドループ特性の逆特性を有するフィルタを
パラメータが可変であるデジタルフィルタで表わし、半
導体レーザのドルーブ特性補償フィルタとして用いる。
パラメータが可変であるデジタルフィルタで表わし、半
導体レーザのドルーブ特性補償フィルタとして用いる。
該デジタルフィルタのパラメータは、レーザビーム・プ
リンタで実際にプリントする前に、ステップ応答もしく
はインパルス応答等を測定し、該デジタルフィルタをモ
デルとしてシステム同定することにより得られる。
リンタで実際にプリントする前に、ステップ応答もしく
はインパルス応答等を測定し、該デジタルフィルタをモ
デルとしてシステム同定することにより得られる。
補償フィルタの考え方を以下に示す。第7図と第8図に
示した半導体レーザの駆動電流一光出力特性は次のよう
な式で記述できる。
示した半導体レーザの駆動電流一光出力特性は次のよう
な式で記述できる。
p(B=ηi (t)+ξΔT(t)+Po・・・(
1) ここでp (t)は光出力の時間変化、1 (1)は駆
動電流の時間変化、ηはスロープ効率、ξは温度変動に
よる光出力の変動率を表わし、通常負の値である。また
、ΔT (t)は半導体レーザチップの温度変化分を表
わし、P0は定数である。
1) ここでp (t)は光出力の時間変化、1 (1)は駆
動電流の時間変化、ηはスロープ効率、ξは温度変動に
よる光出力の変動率を表わし、通常負の値である。また
、ΔT (t)は半導体レーザチップの温度変化分を表
わし、P0は定数である。
(1)式においてΔT (t)とi (t)は独立して
いるのではなく、温度変化ΔT (t)は電流変化i
(t)によって引き起されるものである。
いるのではなく、温度変化ΔT (t)は電流変化i
(t)によって引き起されるものである。
ΔT (t) =f (t) *i (t)
・・・ (2)ここでf(−t)はドルーブ特性
のインパルス応答であり、記号*は畳み込み積分を表わ
すものである。
・・・ (2)ここでf(−t)はドルーブ特性
のインパルス応答であり、記号*は畳み込み積分を表わ
すものである。
(2)式によって(1)式を書き直すと次式になる。
P (t) = (η δ (1) +ξ f
(t))*i (t)十P。 ・・・(3) ここで6(1)はディラックのデルタ関数である。
(t))*i (t)十P。 ・・・(3) ここで6(1)はディラックのデルタ関数である。
さて、ここで駆動電流i (t)を、あるフィルタを通
して与える。このフィルタのインパルス応答をg (t
)とし、人力を新たにx (t)とおくと、駆動電流i
(t)は次式で与えられるものとなる。
して与える。このフィルタのインパルス応答をg (t
)とし、人力を新たにx (t)とおくと、駆動電流i
(t)は次式で与えられるものとなる。
i (t) =g (t) *x (t)
・・・ (4)すると(3〉式は次のように書き
換えられる。
・・・ (4)すると(3〉式は次のように書き
換えられる。
P (t) = (ηδ(1)十ξf(t))*g (
t) *x (t) +Po ・・・(5) ここで、g (t)を次のように設定する。
t) *x (t) +Po ・・・(5) ここで、g (t)を次のように設定する。
g (t) * (ηδ(1)+ξf(t))=δ(1
) ・・・(6)すると(4)式は単純に
次のようになり、光出力p (Bは人力x(t)に比例
し、ドルーブ特性f (t)の影響がなくなる。
) ・・・(6)すると(4)式は単純に
次のようになり、光出力p (Bは人力x(t)に比例
し、ドルーブ特性f (t)の影響がなくなる。
P (t) =X (t) 十Po ”” (
7)ここでインパルス応答g (t)を持つフィルタが
ドルーブ特性を補償するフィルタとなる。
7)ここでインパルス応答g (t)を持つフィルタが
ドルーブ特性を補償するフィルタとなる。
次にドルーブ特性f (t)の性質について述べる。第
8図で現れるドルーブ特性は、半導体レーザチツブの温
度変化Cよるものである。半導体レーザチツブの温度変
化は、チップ自身の熱容量及び熱抵抗による温度変化と
、半導体レーザのケースの熱容量を熱抵抗によるもので
与えられる。第10図は半導体レーザチツブの熱伝達の
様子を、簡単な電気回路でモデル化したもので、21が
チップに与えられる熱量Qcを表わし、22がチップ温
度Tcを表わす。26と25はレーザチツブの熱抵抗と
熱容量をモデル化したものであり、23と24はケース
の熱抵抗と熱容量をモデル化したものである。第10図
のモデルで数m secのドルーブ特性はほぼ記述でき
る。そこで、第10図のQcからTcまでのインパルス
応答がドルーブ特性f (t)になり、伝達関数の系F
(s)で表わすと次式の2次系で与えられる。
8図で現れるドルーブ特性は、半導体レーザチツブの温
度変化Cよるものである。半導体レーザチツブの温度変
化は、チップ自身の熱容量及び熱抵抗による温度変化と
、半導体レーザのケースの熱容量を熱抵抗によるもので
与えられる。第10図は半導体レーザチツブの熱伝達の
様子を、簡単な電気回路でモデル化したもので、21が
チップに与えられる熱量Qcを表わし、22がチップ温
度Tcを表わす。26と25はレーザチツブの熱抵抗と
熱容量をモデル化したものであり、23と24はケース
の熱抵抗と熱容量をモデル化したものである。第10図
のモデルで数m secのドルーブ特性はほぼ記述でき
る。そこで、第10図のQcからTcまでのインパルス
応答がドルーブ特性f (t)になり、伝達関数の系F
(s)で表わすと次式の2次系で与えられる。
ここで、KoNK4は定数である。
又、補償フィルタの伝達関数G(s)は(6)式より次
のようになる。
のようになる。
G(s)
=(η十ξF (s)
)
ここで、K5〜K,。は定数である。
次に、この補償フィルタG(s)を、デジタルフィルタ
で記述する。アナログフィルタからデジタルフィルタへ
の変換を双1次変換で行う。双1次変換は(9)式のS
を,遅れ要素z−1によって次のように書き換えること
で実現できる。
で記述する。アナログフィルタからデジタルフィルタへ
の変換を双1次変換で行う。双1次変換は(9)式のS
を,遅れ要素z−1によって次のように書き換えること
で実現できる。
ここで、Tはサンプリングクロツクの周期を表わす。
この双1次変換によってデジタル補償フィルタの伝達関
数G (Z)は次の式で与えられることになる。
数G (Z)は次の式で与えられることになる。
・・・ (1 1 )
ここでbo〜b2, 1,a2はデジタルフィルa
タのパラメータである。
(11)式は典型的な2次の自己回帰移動平均型デジタ
ルフィルタ(^RME Filter )であり容易に
実現可能なものである。
ルフィルタ(^RME Filter )であり容易に
実現可能なものである。
上記のデジタル補償フィルタのパラメータは、実際のド
ルーブ特性のインパルス応答もしくはステップ応答を観
測し、(11)式のインパルス応答もしくはステップ応
答に当てはめて決定可能である。
ルーブ特性のインパルス応答もしくはステップ応答を観
測し、(11)式のインパルス応答もしくはステップ応
答に当てはめて決定可能である。
一般にインパルス応答はパワーが低く、高いS/Nが得
られにくいため、ステップ応答を用いるのが実用的であ
る。
られにくいため、ステップ応答を用いるのが実用的であ
る。
本発明では、レーザプリンタで画像を記録する前に、半
導体レーザを適当な大きさのステップ状の電流で駆動し
てやり、その光出力をフォトダイオードで受け、画素ク
ロツクと同じか若しくはそれより高いクロツク周波数で
サンプルしてA/D変換し、時系列としてメモリに取り
込む。続いて該メモリ内の時系列に(11)式で表わさ
れるデジタルフィルタのステップ応答が合致するべく各
パラメータを決定し、そのデジタルフィルタを補償フィ
ルタとして用いる。
導体レーザを適当な大きさのステップ状の電流で駆動し
てやり、その光出力をフォトダイオードで受け、画素ク
ロツクと同じか若しくはそれより高いクロツク周波数で
サンプルしてA/D変換し、時系列としてメモリに取り
込む。続いて該メモリ内の時系列に(11)式で表わさ
れるデジタルフィルタのステップ応答が合致するべく各
パラメータを決定し、そのデジタルフィルタを補償フィ
ルタとして用いる。
次に以上の原理を用いた本発明の実施例を説明する。第
1図は本発明の実施例の半導体レーザ駆動回路のブロッ
ク図を示したものであり、15は半導体レーザである.
1・6は半導体レーザ15の光出力をモニタするための
PINフオトダイオードであり半導体レーザ15内部の
チップの後端部で後面発光量をモニタするか、半導体レ
ーザ15の外部にビームスプリツタを設けて前面発光量
の一部をモニタするように構成してある。半導体レーザ
15から発生されたレーザビームは、ここでは図示して
いない光学系、光偏向器等を用いて走査され、フイルム
やドラム等の感光材料上で画像を形成する。11は記録
画素濃度に応じた発光量設定値であり、8ビット以上の
デジタルデータである。12はドルーブ特性補償用のデ
ジタルフィルタであり、(11)式で示されるフィルタ
リングを表したもので、z−1はデータラッチ等を用い
た遅れ要素を示し、画素クロツクに同期して動作するも
のである。またデジタルフィルター2内の各係数al
+ 2 + bo〜b2はデータに乗ざa れる乗数であるが、外部から変更可能な構成になってい
る。13はデジタルフィルター2の出力をアナログ電圧
に変換するデジタル/アナログ変換器である。14は1
3で得られた電圧を半導体レーザー5の駆動電流に変換
する電圧/電流変−換器である。17は16で得られた
PINフォトダイオードの検出電流を電圧値に変換する
電流/電圧変換器である。18は電流/電圧変換器17
で得られた検出電圧をデジタル値に変換するアナログ/
デジタル変換器である。19はアナログ/デジタル変換
器18のデジタル出力を記憶するメモリを表わす。20
はメモリー9内のデータに基づいてデジタルフィルター
2の各係数” l * a 2 *b o −b 2を
算出する演算ユニットである。
1図は本発明の実施例の半導体レーザ駆動回路のブロッ
ク図を示したものであり、15は半導体レーザである.
1・6は半導体レーザ15の光出力をモニタするための
PINフオトダイオードであり半導体レーザ15内部の
チップの後端部で後面発光量をモニタするか、半導体レ
ーザ15の外部にビームスプリツタを設けて前面発光量
の一部をモニタするように構成してある。半導体レーザ
15から発生されたレーザビームは、ここでは図示して
いない光学系、光偏向器等を用いて走査され、フイルム
やドラム等の感光材料上で画像を形成する。11は記録
画素濃度に応じた発光量設定値であり、8ビット以上の
デジタルデータである。12はドルーブ特性補償用のデ
ジタルフィルタであり、(11)式で示されるフィルタ
リングを表したもので、z−1はデータラッチ等を用い
た遅れ要素を示し、画素クロツクに同期して動作するも
のである。またデジタルフィルター2内の各係数al
+ 2 + bo〜b2はデータに乗ざa れる乗数であるが、外部から変更可能な構成になってい
る。13はデジタルフィルター2の出力をアナログ電圧
に変換するデジタル/アナログ変換器である。14は1
3で得られた電圧を半導体レーザー5の駆動電流に変換
する電圧/電流変−換器である。17は16で得られた
PINフォトダイオードの検出電流を電圧値に変換する
電流/電圧変換器である。18は電流/電圧変換器17
で得られた検出電圧をデジタル値に変換するアナログ/
デジタル変換器である。19はアナログ/デジタル変換
器18のデジタル出力を記憶するメモリを表わす。20
はメモリー9内のデータに基づいてデジタルフィルター
2の各係数” l * a 2 *b o −b 2を
算出する演算ユニットである。
第2図は、第1図の動作順序を模式的に示したものであ
り。ステップ1〜ステップ3までの3つのステップで構
成される。
り。ステップ1〜ステップ3までの3つのステップで構
成される。
ステップ1ではまず、テストパルスとして発光量設定値
にステップ人力21を加える。この時、補償フィルタは
入力と同じ出力を出すように各係数を、bo= 1 ,
b+ =al =az =0に設定しておく。すると半
導体レーザの駆動電流も23に示すようにステップ状の
ものとなり、その発光量は25に示すようにドル,−ブ
特性を示す。
にステップ人力21を加える。この時、補償フィルタは
入力と同じ出力を出すように各係数を、bo= 1 ,
b+ =al =az =0に設定しておく。すると半
導体レーザの駆動電流も23に示すようにステップ状の
ものとなり、その発光量は25に示すようにドル,−ブ
特性を示す。
ステップ2では、ドループ特性25を画素クロツクでサ
ンプリングしアナログ/デジタル変換をしてメモリ19
に取り込む。補償フィルタのステップ応答H (z)は
次式で表わされる。
ンプリングしアナログ/デジタル変換をしてメモリ19
に取り込む。補償フィルタのステップ応答H (z)は
次式で表わされる。
・−( 1 2 )
(12)式をサンプル順に展開すると、n番めの出力h
(n)は次の漸化式で記述できる。
(n)は次の漸化式で記述できる。
h(n)=(1 a+)h(n 1) +(at
−a2)h (n−2)+ a2 b, b2 h(n−3)十 b0 δ (n)+ 6 (n−1)+ δ (n−2) ・・・ (1 3) h (n) =O ; n<0 そこで、メモリー9内の時系列が、(13)式に最小自
乗の意味で合致するように(13)式のパラメータaO
r l + bo〜b2を決定する。
−a2)h (n−2)+ a2 b, b2 h(n−3)十 b0 δ (n)+ 6 (n−1)+ δ (n−2) ・・・ (1 3) h (n) =O ; n<0 そこで、メモリー9内の時系列が、(13)式に最小自
乗の意味で合致するように(13)式のパラメータaO
r l + bo〜b2を決定する。
a
即ち、第2図のステップ2の29動作は、バラメータa
O * 1 + bo〜b2を決定する回帰計a 算の演算を行うことを示す. ステップ3は、ステップ2の29で得られたパラメータ
を、補償フィルタに設定し、ステップ人力30を加えた
状態を示す。この時、補償フィルタの出力、即ち半導体
レーザの駆動電流は32のようにドルーブ特性の逆特性
になり、光出力は発光量設定値に比例したステップ状に
なり、ドルーブ特性が補償されている。
O * 1 + bo〜b2を決定する回帰計a 算の演算を行うことを示す. ステップ3は、ステップ2の29で得られたパラメータ
を、補償フィルタに設定し、ステップ人力30を加えた
状態を示す。この時、補償フィルタの出力、即ち半導体
レーザの駆動電流は32のようにドルーブ特性の逆特性
になり、光出力は発光量設定値に比例したステップ状に
なり、ドルーブ特性が補償されている。
本実施例のレーザビームプリンタでは、上記の補償フィ
ルタのパラメータ計算を、数ページプリントする毎に行
うことにより、半導体レーザの経時的な劣化や環境の変
化に対応して常に最良のドルーブ特性の補償を行うこと
ができる。
ルタのパラメータ計算を、数ページプリントする毎に行
うことにより、半導体レーザの経時的な劣化や環境の変
化に対応して常に最良のドルーブ特性の補償を行うこと
ができる。
なおデジタル補償フイ・ルタの次数(自己回帰、移動平
均)は(11)式の次数より大きくとることも当然可能
である。
均)は(11)式の次数より大きくとることも当然可能
である。
PINフオトダイオード16からの光入力のS/N比が
低い場合には、ステップ応答を数回試行し、それらの平
均を用いる。
低い場合には、ステップ応答を数回試行し、それらの平
均を用いる。
第3図は、本発明を実施する前のドループ特性を示した
ものである。同図において35の破線は駆動電流を示し
、36の実線は半導体レーザの光出力である。図を見て
明らかなように、半導体レーザの熱上昇により光出力は
目標とする値より低下しドルーブ特性によるひずみも見
られる。
ものである。同図において35の破線は駆動電流を示し
、36の実線は半導体レーザの光出力である。図を見て
明らかなように、半導体レーザの熱上昇により光出力は
目標とする値より低下しドルーブ特性によるひずみも見
られる。
それに対して第4図は、本発明を実施した後のドルーブ
特性が補正された様子を示したものである.サンプリン
グ周期は250nsecとし、O〜1000μs e−
cまでの光出力の変化を示す。37の破線は補償フィル
タを通過した後の駆動電流であり、ドルーブ特性の逆特
性になっている。38の実線は光出力を示す。
特性が補正された様子を示したものである.サンプリン
グ周期は250nsecとし、O〜1000μs e−
cまでの光出力の変化を示す。37の破線は補償フィル
タを通過した後の駆動電流であり、ドルーブ特性の逆特
性になっている。38の実線は光出力を示す。
[他の実施例]
次に本発明をレーザビームプリンタに適用した他の実施
例を説明する。
例を説明する。
(1)式で表わされる半導体レーザの温度特性中の温度
変化率ξは、温度変化分ΔT(t)が少ない時はほぼ一
定であるが、温度変化分が大きくなると別な値になる。
変化率ξは、温度変化分ΔT(t)が少ない時はほぼ一
定であるが、温度変化分が大きくなると別な値になる。
即ち、温度の初期値によって、ξは多少異なり(11)
式の各パラメータも異なってくる。
式の各パラメータも異なってくる。
レーザビームプリンタでは、1ページプリントするのに
10秒程度の時間を要する。その間に半導体レーザの平
均温度は、数十度上昇することもある.この場合、補償
フィルタのパラメータを一定値のまま1ページプリント
すると、ページの終りの部分では、良好な補正が行われ
ない畏れがある。
10秒程度の時間を要する。その間に半導体レーザの平
均温度は、数十度上昇することもある.この場合、補償
フィルタのパラメータを一定値のまま1ページプリント
すると、ページの終りの部分では、良好な補正が行われ
ない畏れがある。
そこで本実施例は、1ラインの記録時間(1〜2mse
c)では半導体レーザの温度の変化が少なく、温度変動
率ξもほぼ一定であることを利用して、各ライン毎に補
償フィルタのパラメータを計算し直すものである。
c)では半導体レーザの温度の変化が少なく、温度変動
率ξもほぼ一定であることを利用して、各ライン毎に補
償フィルタのパラメータを計算し直すものである。
第5図は本実施例のレーザビームプリンタの構成を示し
たものであり、47は半導体レーザ駆動回路であり第1
図と同じものである。15及び16は、第1図に示した
半導体レーザ及びPINフオトダイオードであり、PI
Nフオトダイオード16は、46のハーフミラーで分光
されたレーザビームをモニタしている。46はコリメー
タレンズ等の光学系を表わし、半導体レーザからの光を
平行先にしている。40は主走査を行う回転多面鏡であ
り、41は光ビームを感光材料に垂直な方向に折り曲げ
る折り返し鏡である。53は主走査毎の同期をとるため
に主走査の始まりを検知(ビーム検知)するPINフオ
トダイオードである。44はフイルム等の未感光の感光
材料を収納する収納箱、45は感光済み感光材料を収納
する収納箱であり、42は副走査を済うためのモータで
ある。52は感光材料モータ42に接続され感光材料を
誘導するためのローラであり、43はフイルム等のシー
ト状感光材料である。
たものであり、47は半導体レーザ駆動回路であり第1
図と同じものである。15及び16は、第1図に示した
半導体レーザ及びPINフオトダイオードであり、PI
Nフオトダイオード16は、46のハーフミラーで分光
されたレーザビームをモニタしている。46はコリメー
タレンズ等の光学系を表わし、半導体レーザからの光を
平行先にしている。40は主走査を行う回転多面鏡であ
り、41は光ビームを感光材料に垂直な方向に折り曲げ
る折り返し鏡である。53は主走査毎の同期をとるため
に主走査の始まりを検知(ビーム検知)するPINフオ
トダイオードである。44はフイルム等の未感光の感光
材料を収納する収納箱、45は感光済み感光材料を収納
する収納箱であり、42は副走査を済うためのモータで
ある。52は感光材料モータ42に接続され感光材料を
誘導するためのローラであり、43はフイルム等のシー
ト状感光材料である。
第5図のおいて、感光材料43は不図示の搬送手段でロ
ーラ52まで送られ、ローラ52によって低速で送られ
副走査を行ない、感光済み感光材料収納箱45に収納さ
れる。半導体レーザ駆動回路中のデジタル補償フィルタ
のパラメータは先の実施例の要領で予め決定しておく。
ーラ52まで送られ、ローラ52によって低速で送られ
副走査を行ない、感光済み感光材料収納箱45に収納さ
れる。半導体レーザ駆動回路中のデジタル補償フィルタ
のパラメータは先の実施例の要領で予め決定しておく。
半導体レーザ15から発生したレーザビームは光学系4
6を通して平行光となり、回転多面強40によって偏向
され、折り返し鏡を通り、副走査されつつある感光材料
43上で主走査を行う。主走査の同期は不図示の手段C
よってPINフォトダイオード53の出力でとられる。
6を通して平行光となり、回転多面強40によって偏向
され、折り返し鏡を通り、副走査されつつある感光材料
43上で主走査を行う。主走査の同期は不図示の手段C
よってPINフォトダイオード53の出力でとられる。
PINフォトダイオード16の出力は先の実施例で示し
たように、ドループ特性補償フィルタのパラメータ計算
に用いられるが、本実施例では1ライン毎にパラメータ
計算をおこなう。
たように、ドループ特性補償フィルタのパラメータ計算
に用いられるが、本実施例では1ライン毎にパラメータ
計算をおこなう。
動作の様子を第6図に示す。第6図は1ライン半導体レ
ーザの光出力を示したものであり、48はPINフオト
ダイオード16に光を入力するための半導体レーザ光出
力(テストパルス)であり、約100μsecの幅を持
つステップであるが、ビーム検知用PIN・フォトダイ
オード53へ光を人力するための光出力も兼ねている。
ーザの光出力を示したものであり、48はPINフオト
ダイオード16に光を入力するための半導体レーザ光出
力(テストパルス)であり、約100μsecの幅を持
つステップであるが、ビーム検知用PIN・フォトダイ
オード53へ光を人力するための光出力も兼ねている。
49はローラのエッジ等で光の乱反射を防ぐためのビー
ムプランキング期間、50は実際の画像記録期間、51
は後端のローラエツジ等での光の乱反射を防ぐためのプ
ランキング期間である。第6図において48の期間では
PINフォトダイオード16から補正されない光出力を
得るため、デジタル補償フィルタのパラメータをb0=
1,b,=b2 =iil, =a2 =Oに設定して
おく(パラメータ初期化)。そして先の実施例の要領で
、PINフオトダイオード16の出力を画素クロツクで
サンプリングし、メモリへ取り込む。49のビームプラ
ンキング期間(約500μsec )に、デジタル補償
フィルタのパラメータao + l + bo〜a b2を計算し、フィルタに設定する。この計算は、あら
かじめ計算されたパラメータ、もしくは1ライン前のパ
ラメータに基づいて(初期値として)計算されるため、
比較的短時間は行うことができる。そして、画像記録期
間50では、ドルーブ特性が補正された画像が記録でき
る。プランキング期間51では次のラインの補正のため
のパラメータ初期化を行う。
ムプランキング期間、50は実際の画像記録期間、51
は後端のローラエツジ等での光の乱反射を防ぐためのプ
ランキング期間である。第6図において48の期間では
PINフォトダイオード16から補正されない光出力を
得るため、デジタル補償フィルタのパラメータをb0=
1,b,=b2 =iil, =a2 =Oに設定して
おく(パラメータ初期化)。そして先の実施例の要領で
、PINフオトダイオード16の出力を画素クロツクで
サンプリングし、メモリへ取り込む。49のビームプラ
ンキング期間(約500μsec )に、デジタル補償
フィルタのパラメータao + l + bo〜a b2を計算し、フィルタに設定する。この計算は、あら
かじめ計算されたパラメータ、もしくは1ライン前のパ
ラメータに基づいて(初期値として)計算されるため、
比較的短時間は行うことができる。そして、画像記録期
間50では、ドルーブ特性が補正された画像が記録でき
る。プランキング期間51では次のラインの補正のため
のパラメータ初期化を行う。
なお、パラメータの設定は1ライン毎に行なうのが望ま
しいが複数ライン毎に行なうようにしても良い。
しいが複数ライン毎に行なうようにしても良い。
以上の動作で、1又は複数ライン毎にパラメータ設定を
行ない、1ページ記録期間中の温度変化が大きくても良
好なドルーブ補償が行える。
行ない、1ページ記録期間中の温度変化が大きくても良
好なドルーブ補償が行える。
本発明は以上の実施例で示したレーザ記録装置以外にも
、レーザ読取り装置やレーザ加工機、あるいは医療用の
レーザ治療装置等、様々な分野で半導体レーザを使用し
た様々な装置に広く通用することができる。
、レーザ読取り装置やレーザ加工機、あるいは医療用の
レーザ治療装置等、様々な分野で半導体レーザを使用し
た様々な装置に広く通用することができる。
[発明の効果]
以上説明したように、半導体レーザのドルーブ特性補正
にパラメータ可変なデジタルフィルタを用いることによ
り、半導体レーザのばらつき、経時変化に無関係に自動
的にドルーブ特性が補正できる。
にパラメータ可変なデジタルフィルタを用いることによ
り、半導体レーザのばらつき、経時変化に無関係に自動
的にドルーブ特性が補正できる。
また、画像記録中にレ・−ザ光のフィードバックを用い
て、アナログ制御をしないために制御系特有の出力の歪
みがなくなり、高速な半導体レーザの駆動が行える。
て、アナログ制御をしないために制御系特有の出力の歪
みがなくなり、高速な半導体レーザの駆動が行える。
第1図は本発明を実施した半導体レーザ駆動回路のブロ
ック図、 第2図は第1図の動作を説明するための図、第3図は本
発明実施前の光出力の一例、第4図は本発明実施後の光
出力の一例、第5図は他の実施例の構成図、 第6図は第5図の動作を説明するための図、第7図は半
導体レーザの駆動電流一光出力特性の一例、 第8図は半導体レーザのドループ特性の一例、第9図は
従来のAPC回路のブロック図、第10図は半導体レー
ザの熱伝達特性を電気回路でモデル化した図、 であり、図中の主な符号は、 12・・・・デジタル補償フィルタ、 13・・・・デジタル/アナログ変換器、14・・・・
は電圧/電流変換器、 15・・・・半導体レーザ、 16・・・・PINフォトダイオード、17・・・・電
流/電圧変換器、 18・・・・アナログ/デジタル変換器、19・・・・
メモリ、 20・・・・デジタル補償フィルタ12のパラメータを
計算する手段 1ライソ ;χりライノ 光出力−1ljl電醜園弁゛l’生 ノリぢ冫電流1F(r力A) 22 2じ
ック図、 第2図は第1図の動作を説明するための図、第3図は本
発明実施前の光出力の一例、第4図は本発明実施後の光
出力の一例、第5図は他の実施例の構成図、 第6図は第5図の動作を説明するための図、第7図は半
導体レーザの駆動電流一光出力特性の一例、 第8図は半導体レーザのドループ特性の一例、第9図は
従来のAPC回路のブロック図、第10図は半導体レー
ザの熱伝達特性を電気回路でモデル化した図、 であり、図中の主な符号は、 12・・・・デジタル補償フィルタ、 13・・・・デジタル/アナログ変換器、14・・・・
は電圧/電流変換器、 15・・・・半導体レーザ、 16・・・・PINフォトダイオード、17・・・・電
流/電圧変換器、 18・・・・アナログ/デジタル変換器、19・・・・
メモリ、 20・・・・デジタル補償フィルタ12のパラメータを
計算する手段 1ライソ ;χりライノ 光出力−1ljl電醜園弁゛l’生 ノリぢ冫電流1F(r力A) 22 2じ
Claims (5)
- (1)半導体レーザと、 該半導体レーザの前段に設けられるパラメータ可変なデ
ジタルフィルタと、 前記半導体レーザの光出力を検出する手段と、 前記半導体レーザの特性を補正するような前記デジタル
フィルタのパラメータを、前記検出された値に基づいて
算出する手段と、 該算出したパラメータを前記デジタルフィルタに設定す
る手段 を有することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。 - (2)半導体レーザと、 該半導体レーザの前段に設けられるパラメータ可変なデ
ジタルフィルタと、 前記半導体レーザの光出力を検出する手段と、 前記半導体レーザの特性を補正するような前記デジタル
フィルタのパラメータを、前記検出された値に基づいて
算出する手段と、 該算出したパラメータを前記デジタルフィルタに設定す
る手段と、 記録信号に応じて駆動される前記半導体レーザの出力を
記録面に照射する手段、 を有することを特徴とするレーザ記録装置。 - (3)前記半導体レーザの出力を記録面に主走査する主
走査手段と、前記主走査の方向と交差する副走査方向に
記録面を相対的に移動させる副走査手段を有し、記録面
に画像を形成するレーザ記録装置。 - (4)前記デジタルフィルタの設定を1又は複数ページ
毎に行なう請求項(3)記載のレーザ記録装置。 - (5)前記デジタルフィルタの設定を1又は複数主走査
毎に行う請求項(3)記載のレーザ記録装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1309999A JPH03169156A (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 半導体レーザ駆動装置及びこれを用いたレーザ記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1309999A JPH03169156A (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 半導体レーザ駆動装置及びこれを用いたレーザ記録装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03169156A true JPH03169156A (ja) | 1991-07-22 |
Family
ID=17999927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1309999A Pending JPH03169156A (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | 半導体レーザ駆動装置及びこれを用いたレーザ記録装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03169156A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0963016A2 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-08 | Hewlett-Packard Company | Adjustment of a laser diode output power compensator |
JP2017124491A (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 株式会社リコー | 光ビーム走査装置及び光ビーム走査方法 |
-
1989
- 1989-11-28 JP JP1309999A patent/JPH03169156A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0963016A2 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-08 | Hewlett-Packard Company | Adjustment of a laser diode output power compensator |
US6198497B1 (en) | 1998-06-03 | 2001-03-06 | Hewlett-Packard | Adjustment of a laser diode output power compensator |
EP0963016A3 (en) * | 1998-06-03 | 2003-08-13 | Hewlett-Packard Company, A Delaware Corporation | Adjustment of a laser diode output power compensator |
JP2017124491A (ja) * | 2016-01-12 | 2017-07-20 | 株式会社リコー | 光ビーム走査装置及び光ビーム走査方法 |
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