JP2000330346A - レーザ光量制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリンタの高速化が進み、高速のアナログ強
度変調を行うために、基準信号のレベルを変化させた場
合、１走査ごとに行う方式においては、コンデンサに一
旦チャージするため、コンデンサの容量により速度が大
きく左右され、変調速度を上げることが困難となる。 【解決手段】 本発明のレーザ光量制御手段は、半導体
レーザのバイアス電流を確定後、最大書き込み電流を確
定し、バイアス電流と最大書き込み電流との差は、Ｄ／
Ａコンバータの出力信号で制御する手段から構成され、
Ｄ／Ａコンバータから出力信号が、光量検出手段からの
信号により制御されるＤ／Ａ出力制御手段を具備し、Ｄ
／Ａを高速に変調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビームの走
査光と電子写真プロセスにより印字するレーザビームプ
リンタ等のレーザ光量制御装置及び制御方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザビームプリンタは、半導体
レーザの露光をオンとオフの２値で行い感光ドラム上に
画像を静電潜像している。このとき、レーザのオン時の
光量は、光検出器（ホトダイオード）より得られた信号
と静電潜像するために必要な基準信号で、１走査ごとに
比較したその結果をサンプリングしてコンデンサにチャ
ージし、そのチャージ量で半導体レーザに流す電流（最
大書き込み電流）を制御したり、１ドットごとに比較し
て最大書き込み電流を制御していた。また、半導体レー
ザのオフは、静電潜像しない露光量以下に半導体レーザ
の電流（バイアス電流）を固定したり、あるいは光量検
出器よりバイアス電流を制御したりしている。また、１
ドットごとに強度変調をもたせるために、最大書き込み
電流とバイアス電流間で光量を変化させるようなアナロ
グ強度変調を行われ、その方式として基準信号を変化さ
せることで対応していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年プリンタ
の印刷速度の高速化が進み、１ドットの発光時間が極め
て短くなってきている。ここで、上記方式において、高
速のアナログ強度変調をおこなうｍために、基準信号の
レベルを変化させた場合、１走査ごとに行う方式におい
ては、コンデンサに一旦チャージするため、コンデンサ
の容量により速度が大きく左右され、変調速度を上げる
ことが困難になる。また、１ドットごとに制御する方式
では、光量検出器の応答速度が、半導体レーザの応答速
度より速いか、変調速度が光量検出器の応答速度より遅
ければ問題はないが、一般に半導体レーザの１チップ上
に設けられたホトダイオードは、応答速度があまり速く
なく、高速変調には対応できないという課題があった。

【０００４】また、更なる高速印字を実現するため、半
導体レーザの多ビーム化が図られ、複数のラインで走査
する方式が考えられているが、この場合１個の光量検出
器で、各レーザを制御したとき、ある特定のレーザのバ
イアス電流を制御するにあたり、他のレーザがバイアス
電流かそれと同等以上の電流で発光していると、特定の
レーザの制御に影響を及ぼしてしまうという課題があっ
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のレーザ光量制御手段は、半導体レーザのバイ
アス電流を確定後、最大書き込み電流を確定し、バイア
ス電流と最大書き込み電流との差は、Ｄ／Ａコンバータ
の出力信号で制御する手段から構成され、前記Ｄ／Ａコ
ンバータからの出力信号が、光量検出手段からの信号に
より制御されるＤ／Ａ出力制御手段を具備し、Ｄ／Ａを
高速に変調することによってレーザの高速変調が可能と
なる。

【０００６】また、複数個のレーザを用いる場合は、あ
る特定のレーザのみ発光し、他のレーザは発光量を極力
小さくし、バイアス電流及び最大書き込み電流を制御し
保持する。その後、順次切替えて、その他のレーザも同
様の手段を用いて、バイアス電流及び最大書き込み電流
を制御し保持する。これによって、複数のレーザのバイ
アス電流及び最大書き込み電流は、相互間の影響を及ぼ
すことなく確定することが可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。

【０００８】図７は、本発明に係る光走査装置が適用さ
れる例えばレーザビームプリンタの光学系を示すもので
ある。図に示すように、半導体レーザ４０より出射した
ビームは、コリメータレンズ１１０を通り、ポリゴンミ
ラー１１３に達する。ポリゴンミラー１１３は、駆動モ
ータによって、回転変動の少ない高速回転を行ってい
る。ここで、ポリゴンミラー１１３と駆動モータ１１４
で構成されたスキャナモータ１１５は、半導体レーザ４
０からのビームを偏向し、走査する。この偏向走査され
たビームは、非球面レンズ１１２を介して感光体１１１
上に達し、主走査方向に走査する。

【０００９】半導体レーザ４０を印字データからオンオ
フ制御し、感光体１１１が副走査方向に回転することに
よって、図のように感光体上に静電潜像を形成する。

【００１０】コリメータ１１０及び非球面レンズ１１２
は、感光体上のビームを一定に絞るため用いられてい
る。

【００１１】ビーム検出器５２は、感光体上の書き出し
位置を決定するため、ビーム走査上で感光体の走査線上
以外の位置に設けられている。このビーム検出器は、書
き出し位置を決定しているため、高速応答が高く要求さ
れるので高速型ＰＩＮホトダイオードが用いられてい
る。

【００１２】図４は、上記のように構成されたレーザビ
ームプリンタの制御部の一部を示すものである。５１は
全体的な制御をつかさどる主制御部としてのＣＰＵであ
り、５０は印字データ書き込み制御回路であり、この印
字データ書き込み制御回路５０はイメージデータ書き込
み用の半導体レーザ４０の光変調を行うレーザ変調回路
４５えお駆動制御して、ホストから転送してきたビデオ
イメージの印字データを感光体１１１上の所定の位置に
書き込むように制御している。ビーム検出器５２で得ら
れた水平同期信号は、印字データ書き込み制御回路５０
に送出している。５３は、インターフェイス回路であり
ホストへのステータスデータの出力、ホストからのコマ
ンドデータ及び印字データの受け取り等の制御を行う。

【００１３】本発明に係る上記レーザ変調回路４５を、
図１に示す。半導体レーザ４０にはレーザダイオード１
０から発せられたレーザビーム光の光量を検知する光検
出器としてフォトダイオード１１が設けられ、フォトダ
イオード１１からの出力電流をオペアンプ３７にて電圧
に変換している。このフォトダイオード１１の検知結果
を用いて、レーザダイオード１０の光量を一定に保つよ
うにしている。ここで、レーザダイオード１０の光量
は、感光体に静電潜像しない最小光量設定回路４３と書
き込みするための最大光量設定回路４４の２つで制御さ
れている。すなわち、最小光量設定回路４３は、オペア
ンプ３７の出力電圧とＶＲ１で設定された基準電圧と比
較した差分がオペアンプ３６より出力され、バイアスサ
ンプル信号がＨとなったとき、アナログスイッチ２１が
導通しコンデンサＣ１に充電され、アナログスイッチ２
１がオフしてコンデンサＣ１に電圧は保持され、オペア
ンプ３５を介して電圧は出力される構成となっている。
次に最大光量設定回路４４も上記同様に、オペアンプ３
７の出力電圧とＶＲ２で設定された基準電圧と比較した
差分がオペアンプ３８より出力され、書き込みサンプル
信号がＨとなったとき、アナログスイッチ２２が導通し
コンデンサＣ２に充電され、アナログスイッチ２２がオ
フしてコンデンサＣ２に電圧は保持され、オペアンプ３
９を介して電圧は出力される構成となっている。ここ
で、コンデンサＣ１，Ｃ２に充電される電圧は、各ＶＲ
１，２の電圧が高くなれば、光検出器からの信号と比較
した差分が大きくなり、レーザダイオード１０の光量が
大きくなり、ある特定の光量になると前記差分した電圧
とバランスし、その光量を一定に保持するように制御さ
れる。最小光量設定回路４３から出力された電圧は、オ
ペアンプ３４で反転され、Ｄ／Ａ出力器４１からの結果
と加算されて高速オペアンプ３２にて再度反転し、高速
バッファアンプ３３（加算出力器４２）を介してレーザ
ダイオード１０を駆動する。次に、最大光量設定回路４
４から出力される電圧は、Ｄ／Ａコンバータ２０内のラ
ダー抵抗に流れる電流を制御する端子に入力され、Ｄ／
Ａコンバータ２０の出力電流を制御し、高速オペアンプ
３１を介して出力される。この時、最大光量設定時には
光量データである書き込みレベルデータ（Ｄ０〜Ｄ７）
が１６進でＦＦに設定される。

【００１４】次に、図１のタイミングチャートを図３に
示し、レーザの光出力と電流の関係を図６に示し、これ
を用いて以下、上記信号のタイミングと光出力の関係を
説明する。

【００１５】図３に示すように、ビーム検出器５２から
のビーム検出信号を受ける前に、まずバイアスサンプリ
ング信号がＨとなった区間（数μ秒）で、最少光量設定
回路４３で制御されたレーザの出力に設定される。この
ときの書き込みレベルデータ（Ｄ０〜Ｄ７）は１６進で
００に設定されているので、Ｄ／Ａ出力器４１からの出
力は０となっている。ここで、図６に示すようにバイア
ス電流Ｉ０が決定する。その後、書き込みサンプリング
信号がＨになり、更に書き込みレベルデータ（Ｄ０〜Ｄ
７）は１６進でＦＦに設定され、最大光量設定回路４４
で制御されたレーザの出力に設定される。つまり、図６
で示す最大書き込み電流Ｉｍ０が決定される。その後、
ビーム検出信号を得て、ある特定の時間を経て印字デー
タの信号として、書き込みレベルデータ（Ｄ０〜Ｄ７）
が１６進データで高速（数十ｎ秒）に設定される。つま
り、印字をしない場合は００、最大書き込み時はＦＦ，
その間は０１〜ＦＥで高速変調される。図６においては
アナログ変調の区間で変調されることになる。したがっ
て、最大光量設定回路４４のコンデンサＣ２に関係なく
Ｄ／Ａコンバータ２０を高速動作することによって高速
変調が可能となる。また、図６に示すように、温度が０
℃から５０℃に変化した時、同じレーザ電流であるとバ
イアスでの光出力や書き込みでの光出力が大きく低下し
てしまうが、本回路ではバイアスと書き込みの光出力を
一定に保持するように制御して、その間をＤ／Ａコンバ
ータ２０で分割しているため光量は安定している。ま
た、図では示していないが、最少光量設定回路４３と加
算出力器４２の間にＤ／Ａ出力器４１と同様の機能を設
けることによって、光出力をゼロからバイアス間で高速
に設定することも可能となり、光量を必要としない区間
レーザダイオードの電流を抑えレーザダイオードの長寿
命化が可能となるし、書き込み出力を２５６レベル（Ｄ
／Ａが８ビットの場合）から、さらに細かく分割制御す
ることも可能となる。

【００１６】次に、２ビーム走査光学系について、図８
を用いて説明する。ここで、図７と同一記号は、同じ機
能を有するため説明は省略する。半導体レーザ４６はレ
ーザダイオード２個とフトダイオード１個で構成されて
おり、半導体レーザ４６からは、２本のビームが出射さ
れる。このとき、２本のビームが感光体上に斜めにある
特定のピッチ（６００ＤＰＩのときは約４０μｍ）で配
置するように半導体レーザが固定されている。ビームの
走査線上には、図７と同様にビーム検出器５２が配置さ
れ、２本のビームが検出できるようになっている。

【００１７】図２には、２ビーム対応のレーザ変調回路
を示す。図１と同一の記号の説明は省略する。半導体レ
ーザ４６は、２個のレーザダイオード１０，１２と一個
のフォトダイオード１１で構成され、レーザダイオード
１０，１２の各々から発せられた光量をフォトダイオー
ド１１で検出している。このフォトダイオード１１の検
知結果を用いて、レーザダイオード１０，１２の光量を
一定に保つようにしている。ここで、各レーザダイオー
ド１０，１２の最少光量を決定するにあたり、両方のレ
ーザダイオードが発光していては、光量を確定すること
が出来ないため、最少光量設定回路４３の後に、それぞ
れのレーザダイオード１０，１２のバイアス電流をゼロ
とするように、アナログスイッチ２５，２６，２５Ａ，
２６Ａが設けられている。例えば、レーザダイオード１
０の最少光量つまりバイアス電流を確定する際には、レ
ーザダイオード１０を駆動する変調回路４７内のアナロ
グスイッチ２５はオンし、アナログスイッチ２６はオフ
し、最少光量設定回路４３の信号は加算出力器４２に入
力され、レーザダイオード１０の光量が確定するが、こ
の時、レーザダイオード１２を駆動する変調回路４８内
では、アナログスイッチ２５Ａはオフし、アナログスイ
ッチ２６Ａはオンしているため、オペアンプ３４Ａの出
力はゼロレベルとなり、レーザダイオードを発光しない
ようにコントロールされる。

【００１８】図５に図２の回路のタイミングチャートを
示す。

【００１９】ビーム検出信号は、２つのビームが走査し
ているため、時間差をおいて２つのパルスが発生してい
る。ここで、最初に第１のレーザダイオード１０のバイ
アス及び書き込みレベルを決定するタイミングは、図３
と同様であるが、第２のレーザダイオード１２において
は、バイアス及び書き込みのサンプリングは出さず、バ
イアスオフ信号がＬｏ、書き込みレベルデータが００と
なって、第１のサンプリング区間だけ、レーザダイオー
ド１２をオフしている。このとき、第２の最少光量設定
回路４３と最大光量設定回路４４のデータは、前回のサ
ンプリングデータを保持している。次の第２のレーザダ
イオード１２のバイアス及び書き込みレベルを決定する
タイミングは、図３と同様であるが、第１のレーザダイ
オード１０においては、バイアス及び書き込みのサンプ
リング信号は出さず、バイアスオフ信号がＬｏ、書き込
みレベルデータが００となって、第２のサンプリング区
間だけ、レーザダイオード１０をオフしている。このと
き、第１の最少光量設定回路４３と最大光量設定回路４
４のデータは、前回のサンプリングデータを保持してい
る。つまり、１走査おきに片方のレーザダイオードの影
響を受けることなく各レーザダイオード１０，１２の光
量が確定し、印字区間は常に安定な光出力を得ることが
可能となる。

【００２０】ビームの数が３本、４本、５本と増えて
も、上記と同様に特定のレーザダイオードの光量を確定
する際は、他のレーザダイオード光量を減少させ、１走
査ごとに順次これを切替えることによって光量を一定に
保つことができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、最小の光量と最大の光
量を一定に保つように制御し、その間をＤ／Ａコンバー
タで分割することによって、レーザの高速変調が可能
で、温度が変化しても安定に動作することが可能とな
る。また、多数ビーム走査においても、１つのレーザダ
イオードの光量を確定する際は、他のレーザダイオード
の光量を下げ、これを順次切替えることで、すべてのレ
ーザダイオードが一定の光量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】 本発明の一実施例を示す回路図である。

【図３】 図１の回路の動作を示すタイミングチャート
である。

【図４】 レーザプリンタの制御回路の一部を示すブロ
ック図である。

【図５】 図２の回路の動作を示すタイミングチャート
である。

【図６】 レーザダイオードの光出力と電流の関係を示
すグラフである。

【図７】 レーザプリンタの光学系の模式図である。

【図８】 レーザプリンタの２ビーム光学系の模式図で
ある。

【符号の説明】

１０，１２：レーザダイオード、１１：フォトダイオー
ド、４０，４６：半導体レーザ、４１：Ｄ／Ａ出力器、
４２：加算出力器、４３：最小光量設定器、４４：最大
光量設定器、４５，４７，４８：レーザ変調回路、２
５，２６，２５Ａ，２６Ａ：アナログスイッチ、５２：
ビーム検出器、１１０：コリメータレンズ、１１２：非
球面レンズ、１１３：ポリゴンミラー、１１１：感光
体。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザよりレーザ光を出射し、光
   走査された該レーザ光を感光体上に照射して静電潜像を
   形成する電子写真装置において、 光量データをアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ
   と、半導体レーザの光量を検出する光量検出手段と、光
   量検出手段からの信号により半導体レーザの光量が感光
   体上に静電潜像を形成しない光量となるように制御する
   最少光量制御手段と、最少光量に設定された最少光量制
   御信号とＤ／Ａコンバータからの出力信号とを加算し静
   電潜像を形成するための最大光量となるように制御する
   最大光量制御手段とを設けたことを特徴とするレーザ光
   量制御装置。
2. 【請求項２】 Ｄ／Ａコンバータからの出力信号が、光
   量検出手段からの信号により制御されるＤ／Ａ出力制御
   手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のレーザ光
   量制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のレーザ制御装置を用い
   て、半導体レーザの最少光量と最大光量を設定するにあ
   たり、感光体上に静電潜像を形成しない範囲において、
   最初に最少光量を決定し、その後に最大光量を決定する
   レーザ光量制御方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載のレーザ制御装置を用い
   て、半導体レーザが複数個で構成され、かつ光量検出手
   段が１個で構成された光走査装置にて、レーザ光制御
   が、ある特定の半導体レーザで行われている間は、他の
   半導体レーザは極めて少ない光量に下げていることを特
   徴とするレーザ光量制御方法。
5. 【請求項５】 複数の半導体レーザと１個の光量検出器
   が１チップ上に形成されていることを特徴とする請求項
   １記載のレーザ光量制御装置。