JP2000307356A - 負帰還制御回路、発光手段駆動回路、半導体レーザ駆動回路および電子写真装置 - Google Patents

負帰還制御回路、発光手段駆動回路、半導体レーザ駆動回路および電子写真装置

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JP2000307356A
JP2000307356A JP11663699A JP11663699A JP2000307356A JP 2000307356 A JP2000307356 A JP 2000307356A JP 11663699 A JP11663699 A JP 11663699A JP 11663699 A JP11663699 A JP 11663699A JP 2000307356 A JP2000307356 A JP 2000307356A
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signal
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Masami Izeki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプルホールド用のコンデンサ9の容量を
大きくするといった手段によることなく動作を安定化で
きる、負帰還制御回路,発光手段駆動回路,半導体レー
ザ駆動回路,電子写真装置を提供する。 【解決手段】 帰還ループの入力アンプ7における、負
入力端と正入力端間に抵抗11を接続する。これによ
り、帰還ゲインが小さくなり、帰還位相遅れが小さくな
るので、回路の動作が安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基準信号と出力対
応信号を比較し出力対応信号が基準信号と等しくなるよ
うに制御される負帰還制御回路に関するものである。ま
た、この負帰還制御回路を用いた半導体レーザ駆動回路
に関するものである。また、この半導体レーザ駆動回路
を備えた電子写真装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は静電潜像を形成するレーザプリン
タの要部構成を示すブロック図である。
【0003】図3において、フォトダイオード(PD)
12は、レーザ光源としての半導体レーザ11が出力す
るレーザ光のモニタリングを行う。光量制御部13はモ
ニタされた光量(光の強さ)にもとづいて半導体レーザ
11への印可電流を制御し、フォトダイオード12から
の出力が所定値となるように制御する。
【0004】ポリゴンミラー22は、半導体レーザ11
から照射されたレーザビームIを偏向するためのもので
あり、モータ軸に固定されて図中矢印方向への回転を行
い、感光ドラム20上にビームIを走査する。f−θレ
ンズ21は偏向されたレーザビームIを感光ドラム20
上に集光するものである。
【0005】受光ダイオードからなるビームディテクタ
23は、レーザビームIにより感光ドラム20上の情報
書込み開始位置を検出し、水平同期信号発生回路19は
ビームディテクタ23の出力にもとづいて水平同期信号
Hsyncを発生する。
【0006】ブランキング回路18は、水平同期信号H
syncにもとづいて、次にビームディテクタ23がレ
ーザビームIを検出すべきタイミングで半導体レーザ1
1をオンさせるアンブランキング信号UNBLを発生
し、これをオア回路15に供給する。
【0007】画素変調回路16は、画素変調データ発生
源17より発生する画素変調データにもとづいて、水平
同期信号(BD)に同期して発生された画素クロックに
同期して変調された信号を発生する。
【0008】オア回路15には画素変調回路16から供
給されるパルス幅変調された画信号も入力される。オア
回路15からの出力がレーザドライバ14に与えられ、
これにより前記光量制御部13によって設定された印可
電流が半導体レーザ11に供給される。
【0009】なお、画素変調データ発生源17からは、
水平同期信号Hsyncに同期して発生された画素クロ
ックに同期して例えば8ビットで画素階調を表す画素変
調データが出力される。感光ドラム20上はレーザ照射
前に、帯電器(図示せず)により例えば正に帯電されて
おり、レーザ照射部分の感光体表面電位が低下し、静電
潜像を形成する。静電潜像形成部に帯電したトナーが付
着し、紙に転写定着することにより紙出力を得ている。
【0010】図4は半導体レーザ(LD)を駆動する従
来のLD駆動回路を示す図である。LD1を発光させる
制御信号SWPにHレベルが入力されると電流SW3は
オンしてLD1に可変電流源4の電流を供給し、LD1
が発光する。SWPにLレベルが入力されると電流SW
3はオフしてLD1への可変電流源4の電流供給を停止
し、LD1は消灯する。LD1に供給される電流値がL
Dのしきい値電流(Ith)を超えると、LD1は図5
に示すような特性で供給される電流値に応じた発光量で
発光する。フォトディテクタ(PD)2はLD発光量を
検出し、発光量に応じた電流を図6に示すような特性で
発生する。PD出力電流は、抵抗5により電圧(モニタ
電圧Vm)に変換され、光量制御部(APC)60に入
力される。APC60においてモニタ電圧は、アンプ7
の負入力端子に接続される。アンプ7の正入力端子には
基準電圧(Vref)が接続されている。アンプ7出力
は、モニタ電圧Vmが基準電圧Vrefより高い場合は
Lレベルを出力し、モニタ電圧Vmが基準電圧Vref
より低い場合はHレベルを出力する。アンプ7出力は、
サンプルホールド回路(S/H)8に接続されている。
S/H8はコンデンサ9が接続され、コンデンサ9のも
う一端は接地されている。制御信号SHがLのとき、S
/H8はサンプリング動作をする。S/H8のサンプリ
ング動作時においてアンプ7出力がHのときは、充電電
流によりコンデンサ9を充電しコンデンサ9電圧Vcを
上昇させる。アンプ7出力がLのときは、放電電流によ
りコンデンサ9を放電しコンデンサ9電圧Vcを下降さ
せる。コンデンサ9電圧Vcはアンプ10で増幅され、
可変電流源4の電流制御端子に接続される。可変電流源
4は、Vcが上昇すると電流を増加させ、Vcが下降す
ると電流を減少させる。S/H8がサンプリング動作時
(SH=L)には、制御信号SWPをHにして電流SW
3がオンし、可変電流源4の電流をLD1に供給する。
以上の構成により、(モニタ電圧Vm<基準電圧Vre
f)のときは、可変電流源4の電流を増加させLD光量
を増加させ、(モニタ電圧Vm>基準電圧Vref)の
ときは、可変電流源4の電流を減少させLD光量を減少
させる。したがって、(モニタ電圧Vm=基準電圧Vr
ef)になるように負帰還制御される。抵抗5の抵抗値
をRmとすると、Vm=VrefにおいてPD2出力電
流Imは、Im=Vref/Rmとなる。LD発光量P
oとPD電流Imは一対一に対応しているため、前記説
明により抵抗値Rmにより設定された光量に、LD発光
量が制御される。S/H8は、サンプリング動作中の負
帰還制御によってLD発光量が目標値に制御されたとき
のコンデンサ電圧Vc1を、制御信号SHがL→Hのタ
イミングでホールドし、制御信号SHがLの期間Vc1
を保持出力する。
【0011】レーザプリンタ等の電子写真装置は、高い
階調性を得るために、例えば1画素または複数画素単位
で半導体レーザのON時間をPWM制御している。PW
M制御されたLD出力はLD波高値とON時間の積分値
が画像出力濃度として決定されるため、画像濃度に応じ
たパルス幅でLDをオン/オフすることにより階調を制
御できる。
【0012】この種の電子写真装置において、LDの走
査方向を主走査方向、感光体が回転する方向を副走査方
向とすると、図7に示すタイミングチャートのように主
走査毎に光量Poを目標値に制御し、PWMパルス幅に
よる階調制御を一定にしている。図7において、SWP
は、PWMされたパルスで、LD1を画像データに応じ
てオン/オフさせている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】負帰還制御回路は、ル
ープゲインと位相の関係で、負帰還信号の位相が180
°遅れてゲインが0dB以上あれば発振する。図4に示
した光量制御の負帰還において、LD1の電流−光変換
ゲイン(スロープ効率η)は大きくばらつきもある。ま
たPD2の受光量に対する出力電流の感度にもばらつき
がある。前述の従来例の光量制御ではPD1の出力電流
が小さいと必要光量を設定するのに抵抗5の抵抗値が大
きくなり、PD2のもつ容量等との時定数が大きくなり
負帰還の位相遅れが大きくなる。したがって、スロープ
効率が高く、PD受光感度が小さい場合、光量制御回路
は負帰還ループを形成するサンプリング時に発振する場
合がある。
【0014】LD光の光量制御回路がサンプリング時に
発振すると、図8に示すように、ホールドするタイミン
グにより発振レベルの幅で光量誤差が発生してしまう。
感光体に静電潜像を形成する電子写真において、LD光
量の光量制御回路が発振すると、主走査毎に光量誤差が
発生し、それは濃度誤差となり、図9に示すように主走
査方向にスジ状の画像劣化を起こす。
【0015】従来例で述べた構成では、ホールド用のコ
ンデンサ9の容量値を大きくすることで交流ゲインを小
さくし発振を抑制することができる。しかし、図4にお
いてコンデンサ9の容量値を大きくすると、ホールド中
に発生した光量誤差を補正する場合、サンプリング時に
コンデンサ9を充放電する電流値が固定であるため図1
0に示すように充電時間が大きくなり、サンプリング時
間を大きくとらなければならない。サンプリング時間を
大きくしなければならないことは、レーザプリンタ等の
電子写真装置の高速化を妨げる。したがって、コンデン
サ9の容量値を大きくすることなしに、LDの発光光量
制御回路の発振を防止する必要がある。
【0016】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、サンプルホールド用のコンデンサの容量値を
大きくするといった手段によることなく動作を安定化で
きる、負帰還制御回路,発光手段駆動回路,半導体レー
ザ駆動回路,電子写真装置を提供することを目的とする
ものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、負帰還制御回路を次の(1),(2)
のとおりに構成し、発光手段駆動回路を次の(3)のと
おりに構成し、半導体レーザ駆動回路を次の(4),
(6)〜(8)のとおりに構成し、電子写真装置を次の
(5)のとおりに構成する。
【0018】(1)基準信号と出力対応信号とを比較す
る比較手段を備え、前記出力対応信号が前記基準信号と
同レベルになるように負帰還制御をする負帰還制御回路
において、前記比較手段の基準信号入力端と出力対応信
号入力端間に抵抗を接続した負帰還制御回路。
【0019】(2)前記(1)記載の負帰還制御回路に
おいて、前記基準信号が電圧信号であり、前記出力対応
信号が電圧信号であり、出力対応の電流信号を電圧信号
である出力対応信号に変換する抵抗を有し、前記比較手
段が電圧比較アンプである負帰還制御回路。
【0020】(3)前記(1)記載の負帰還制御回路
と、前記負帰還制御回路の出力にもとづいて制御される
電流源と、前記電流源により駆動される発光手段と、前
記発光手段の発光量を検出する光量検出手段とを備え、
前記光量検出手段の出力信号を前記出力対応信号とする
発光手段駆動回路。
【0021】(4)半導体レーザと、前記半導体レーザ
の発光量を検出するフォトディテクタと、前記フォトデ
ィテクタの出力電流信号を第1の電圧信号に変換する第
1の抵抗と、前記第1の電圧信号と比較される第2の電
圧信号と、前記第1の電圧信号を第1の入力端に入力し
前記第2の電圧信号を第2の入力端に入力して前記第1
の電圧信号と前記第2の電圧信号を比較する電圧比較ア
ンプと、前記電圧比較アンプの前記第1,第2の入力端
間に接続した第2の抵抗と、前記電圧比較アンプの出力
変化により電流値が変化する電流源とを備え、前記電流
源の電流が前記半導体レーザの駆動電流であり、前記第
1,第2の電圧信号が等しくなるように負帰還制御され
る半導体レーザ駆動回路。
【0022】(5)前記(4)記載の半導体レーザ駆動
回路を備えた電子写真装置。
【0023】(6)可変電流源と、この可変電流源によ
り駆動される半導体レーザと、この半導体レーザの発光
量を検出するフォトダイオードと、このフォトダイオー
ドに直列接続された第1の抵抗と、基準電圧源と、前記
第1の抵抗の電圧を第1の入力端に入力し、前記基準電
圧源の電圧を第2の入力端に入力し、前記第1の抵抗の
電圧と前記基準電圧源の電圧を比較するアンプと、この
アンプの前記第1の入力端と前記第2の入力端間に接続
した第2の抵抗とを備え、前記アンプの出力にもとづい
て前記可変電流源を負帰還制御する半導体レーザ駆動回
路。
【0024】(7)前記(6)記載の半導体レーザ駆動
回路において、前記アンプの出力をサンプリングホール
ドするサンプルホールド回路の出力により前記可変電流
源を負帰還制御する半導体レーザ駆動回路。
【0025】(8)前記(7)記載の半導体レーザ駆動
回路において、前記半導体レーザは、断続的に駆動され
るものであり、前記サンプルホールド回路は、サンプル
ホールド用のコンデンサを有し、前記半導体レーザの駆
動中にサンプリングを行いこのコンデンサを充放電する
ものである半導体レーザ駆動回路。
【0026】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態をLD駆
動回路の実施例により詳しく説明する。なお本発明は、
このLD駆動回路の形に限らず、負帰還制御回路,発光
手段駆動回路,半導体レーザ駆動回路の形で、更にはこ
の半導体レーザ駆動回路を備えた電子写真装置の形で同
様に実施することができる。
【0027】
【実施例】図1は、実施例である“LD駆動回路”を示
す図である。
【0028】図1において、LD1を発光させる制御信
号SWPにHレベルが入力されると電流SW3はオンし
てLD1に可変電流源4の電流を供給し、LD1が発光
する。SWPにLレベルが入力されると電流SW3はオ
フしてLD1への可変電流源4の電流供給を停止し、L
D1は消灯する。LD1に供給される電流値がLD1の
しきい値電流(Ith)を超えると、LD1は図5に示
すような特性で供給される電流値に応じた発光量で発光
する。フォトディテクタ(PD)2はLD1発光量を検
出し、発光量に応じた電流を図6に示すような特性で発
生する。PD2の電流出力端は、抵抗5、抵抗11およ
び光量制御部(APC)6の入力アンプ7の負入力端子
に接続されている。抵抗5のもう一端は接地されてい
る。抵抗11のもう一端は入力アンプ7の正入力端子に
接続されている。PD2出力電流は、抵抗5および抵抗
11により電圧(モニタ電圧Vm)に変換され、光量制
御部(APC)6に入力される。APC6においてモニ
タ電圧Vmは、入力アンプ7の負入力端子に接続され、
入力アンプ7の正入力端子には基準電圧(Vref)が
接続されている。入力アンプ7出力は、モニタ電圧Vm
が基準電圧Vrefより高い場合はLレベルを出力し、
モニタ電圧Vmが基準電圧Vrefより低い場合はHレ
ベルを出力する。入力アンプ7出力は、サンプルホール
ド回路(S/H)8に接続されている。S/H8はコン
デンサ9を有し、コンデンサ9のもう一端は接地されて
いる。制御信号SHがLのとき、S/H8はサンプリン
グ動作をする。S/H8のサンプリング動作時において
入力アンプ7出力がHのときは、充電電流によりコンデ
ンサ9を充電しコンデンサ9電圧Vcを上昇させる。入
力アンプ7出力がLのときは、放電電流によりコンデン
サ9を放電しコンデンサ9電圧Vcを下降させる。コン
デンサ9電圧Vcはアンプ10で増幅され、可変電流源
4の電流制御端子に接続される。可変電流源4は、Vc
が上昇すると電流を増加させ、Vcが下降すると電流を
減少させる。S/H8がサンプリング動作時(SH=
L)には、制御信号SWPをHにして電流SW3がオン
し、可変電流源4の電流をLD1に供給する。以上の構
成により、(モニタ電圧Vm<基準電圧Vref)のと
きは、可変電流源10の電流を増加させLD1の光量を
増加させ、(モニタ電圧Vm>基準電圧Vref)のと
きは、可変電流源4の電流を減少させLD1の光量を減
少させる。したがって、(モニタ電圧Vm=基準電圧V
ref)になるように負帰還制御される。
【0029】抵抗5の抵抗値をRmとすると、Vm=V
refにおいてPD2の出力電流Imは、Im=Vre
f/Rmとなる。LD1の発光量PoとPD2の電流I
mは一対一に対応しているため、前述の説明により、抵
抗値Rmにより設定された光量に、LD2の発光量が制
御される。S/H8は、サンプリング動作中の負帰還制
御によってLD1の発光量が目標値に制御されたときの
コンデンサ電圧Vc1を、制御信号SHがL→Hのタイ
ミングでホールドし、制御信号SHがLの期間Vc1を
保持出力する。
【0030】図1において、モニタ電圧Vmと基準電圧
Vrefに差がある、言い換えればLD1の光量が目標
光量と差がある場合の抵抗11の動作を図2に示す。
【0031】図2横軸はPD2の出力電流である。LD
1の光量が目標光量のとき、すなわちVm=Vrefの
ときのPD2の出力電流をIpとし、目標光量から±Δ
p光量ずれたときのPD2の出力電流のIpからのずれ
を±Δipとする。縦軸は抵抗Rmを流れる電流Im
と、抵抗11を流れる電流を示している。ΔipのPD
2の出力電流変動があった場合の抵抗11に流れる電流
変化Δixは、 Δix={Rm/(Rm+Rx)}・Δip である(図2(a)参照)。Δixにより抵抗5に流れ
る電流Imは、 Im=Ip+Δip−Δix となる。本実施例におけるImを図2(b)に示す。抵
抗11がない場合(従来例図4参照)の抵抗5に流れる
電流Imは、 Im=Ip+Δip である(図2(c)参照)。図2の(b)の傾きは抵抗
11に流れる電流分により(c)の傾きより小さくなっ
ている。これは、抵抗11により光量制御回路の帰還ゲ
インを小さくしたことになる。更に、図2(a)に示す
ように、目標光量(Vref=Vm、Δip=0)とき
には、抵抗11には電流は流れない。すなわち光量設定
動作は抵抗5が直流的に働き抵抗11は関与しない。し
かし、PD2から入力アンプ7をみたとき抵抗11が付
加されたことによって、インピーダンスは抵抗5と抵抗
11の並列インピーダンスとなり、PD2の容量(C
p)となす時定数τは、 τ=Cp・{Rm・Rx/(Rm+Rx)} と抵抗11がないときと比べて、Rx/(Rm+Rx)
倍に小さくでき、光量制御回路の帰還位相遅れも小さく
することができる。
【0032】以上のように、光量制御回路の入力アンプ
の正入力,負入力端間に抵抗を接続することにより、直
流的には従来例同様に抵抗5のインピーダンスのみで動
作させて、抵抗5の抵抗値により光量設定を行い、誤差
発生時には抵抗5,抵抗11の並列インピーダンスとし
て動作し、入力誤差電流に対しインピーダンスを下げ入
力誤差電流/電圧変換ゲインを落とし、帰還ゲインを小
さくする。更に入力誤差電流に対しインピーダンスを小
さくできたことにより、誤差発生時にPD容量との時定
数も小さくできるので帰還の位相遅れも小さくできる。
すなわち、サンプルホールドコンデンサを大きくするこ
となしに、帰還ゲイン,位相遅れともに小さくすること
ができ光量制御時の発振を防止することができる。すな
わち、本実施例では、従来例より動作を安定化できる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サンプルホールド用のコンデンサの容量値を大きくする
といった手段によることなく、動作を安定化できる。詳
しくは、基準信号と出力対応信号が等しくなるように制
御される負帰還制御回路において、出力対応信号を入力
するアンプの正,負入力端間に抵抗を接続することによ
り、帰還ゲインと位相遅れを小さくすることができ、負
帰還制御回路の動作をより安定化することができる。
【0034】また、前記負帰還制御回路出力で半導体レ
ーザを駆動することにより、光量制御時の動作をより安
定化することができる。
【0035】また前記負帰還制御回路を有する半導体レ
ーザ駆動回路により光量制御回路の発振による画像劣化
のない電子写真装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例であるLD駆動回路を示す図
【図2】 実施例の動作説明図
【図3】 レーザプリンタの要部構成を示すブロック図
【図4】 従来のLD駆動回路を示す図
【図5】 レーザ駆動電流とレーザ発光量の関係を示す
【図6】 レーザ発光量とフォトディテクタ出力電流の
関係を示す図
【図7】 光量制御の動作を示すタイミングチャート
【図8】 従来例の問題点を示すタイミングチャート
【図9】 不良画像例を示す図
【図10】 サンプリング特性を説明する図
【符号の説明】 1 レーザダイオード 2 フォトダイオード 6 APC回路 7 入力アンプ 11 抵抗

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準信号と出力対応信号とを比較する比
    較手段を備え、前記出力対応信号が前記基準信号と同レ
    ベルになるように負帰還制御をする負帰還制御回路にお
    いて、前記比較手段の基準信号入力端と出力対応信号入
    力端間に抵抗を接続したことを特徴とする負帰還制御回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の負帰還制御回路におい
    て、前記基準信号が電圧信号であり、前記出力対応信号
    が電圧信号であり、出力対応の電流信号を電圧信号であ
    る出力対応信号に変換する抵抗を有し、前記比較手段が
    電圧比較アンプであることを特徴とする負帰還制御回
    路。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の負帰還制御回路と、前記
    負帰還制御回路の出力にもとづいて制御される電流源
    と、前記電流源により駆動される発光手段と、前記発光
    手段の発光量を検出する光量検出手段とを備え、前記光
    量検出手段の出力信号を前記出力対応信号とすることを
    特徴とする発光手段駆動回路。
  4. 【請求項4】 半導体レーザと、前記半導体レーザの発
    光量を検出するフォトディテクタと、前記フォトディテ
    クタの出力電流信号を第1の電圧信号に変換する第1の
    抵抗と、前記第1の電圧信号と比較される第2の電圧信
    号と、前記第1の電圧信号を第1の入力端に入力し前記
    第2の電圧信号を第2の入力端に入力して前記第1の電
    圧信号と前記第2の電圧信号を比較する電圧比較アンプ
    と、前記電圧比較アンプの前記第1,第2の入力端間に
    接続した第2の抵抗と、前記電圧比較アンプの出力変化
    により電流値が変化する電流源とを備え、前記電流源の
    電流が前記半導体レーザの駆動電流であり、前記第1,
    第2の電圧信号が等しくなるように負帰還制御されるこ
    とを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の半導体レーザ駆動回路を
    備えたことを特徴とする電子写真装置。
  6. 【請求項6】 可変電流源と、この可変電流源により駆
    動される半導体レーザと、この半導体レーザの発光量を
    検出するフォトダイオードと、このフォトダイオードに
    直列接続された第1の抵抗と、基準電圧源と、前記第1
    の抵抗の電圧を第1の入力端に入力し、前記基準電圧源
    の電圧を第2の入力端に入力し、前記第1の抵抗の電圧
    と前記基準電圧源の電圧を比較するアンプと、このアン
    プの前記第1の入力端と前記第2の入力端間に接続した
    第2の抵抗とを備え、前記アンプの出力にもとづいて前
    記可変電流源を負帰還制御することを特徴とする半導体
    レーザ駆動回路。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体レーザ駆動回路に
    おいて、前記アンプの出力をサンプリングホールドする
    サンプルホールド回路の出力により前記可変電流源を負
    帰還制御することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の半導体レーザ駆動回路に
    おいて、前記半導体レーザは、断続的に駆動されるもの
    であり、前記サンプルホールド回路は、サンプルホール
    ド用のコンデンサを有し、前記半導体レーザの駆動中に
    サンプリングを行いこのコンデンサを充放電するもので
    あることを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
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