JP2001267681A

JP2001267681A - 面発光レーザーの光量制御方法

Info

Publication number: JP2001267681A
Application number: JP2000070067A
Authority: JP
Inventors: Seiya Omori; 誠也大森
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】注入電流と光量の特性バラツキに拘わらず光
量制御を可能とする面発光レーザの光量制御方法を得
る。【解決手段】レーザ光源の使用判定、各レーザ光源の
電流−光量特性バラツキ一時記憶、及び記憶した光量特
性バラツキに基づいた情報演算により、電流−光量特性
バラツキ差と環境変化の因子を補正するため、レーザ光
源の光量制御として、各レーザ素子の最大光出力近傍ま
で通電し、所定の光量に到達できない素子を異常として
判断し、予備のレーザを点灯もしくは使用可否判定する
よう光量制御するＡＰＣ動作１（９０）、発光数増加に
伴う電流−光量特性の各素子バラツキの増加、通電時間
及び環境変化に対する電流−光量特性バラツキ増加に追
従できるよう光量制御するＡＰＣ動作２（９２）の２段
階のＡＰＣ動作を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光レーザーの
光量制御方法にかかり、特に、複数のレーザ光源素子を
面状に配置した面発光レーザの発光光量を検出して所定
光量になるようにフィードバック光量制御する面発光レ
ーザーの光量制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】広範囲の同時記録領域を得るためや大き
な光量を得るために、扱いが簡単な半導体レーザをレー
ザ光源として複数用いて、同時または逐次点灯させる等
の各々の光量を制御することが行われている。周知のよ
うに、半導体レーザの光量を制御する方法として、アナ
ログ的に半導体レーザへ注入する電流を決定するオート
パワーコントロール（ＡＰＣ）が知られている。このア
ナログ的にＡＰＣする回路（ＡＰＣ回路）を備えて光量
制御を複数実施することで、複数の半導体レーザの光量
を容易に制御することができる。

【０００３】このＡＰＣ回路による電流確定は、発光さ
れたレーザ光の光量が基準光量になるまで、注入電流Ｉ
を上昇させるフィードバック回路である。一般的には、
半導体レーザが射出するレーザ光を受光部で受光して、
射出光量に対応する電圧を検出することで、フィードバ
ックしている。すなわち、図１２に示すように、半導体
レーザへの注入電流Ｉを０ｍＡから上昇させ、基準電圧
（Ｖｒｅｆ）と比較しながら、基準電圧との電圧差がな
くなるまで、フィードバックする。この基準電圧（Ｖｒ
ｅｆ）は、半導体レーザが射出する基準光量ｐ０を検出
したときの電圧である。従って、基準電圧（Ｖｒｅｆ）
になれば、発光されたレーザ光の光量が基準光量にな
る。

【０００４】例えば、半導体レーザＬＤ１では、注入電
流ｉ１で基準光量ｐ０になり、半導体レーザＬＤ２で
は、注入電流ｉ２で基準光量ｐ０になる。なお、図１２
にも記載したが、半導体レーザが破壊されない範囲で、
設定光量の上限値Ｐｍａｘ（ピーク光量の３０％以
下）、注入電流の上限値ｉｍａｘが定められている。こ
のように、注入電流Ｉを０ｍＡから徐々に上昇させるの
で、個々の半導体レーザの電流−光量特性に応じて、終
了時間が変動する。また、受光部は１つのため、各々独
立して順次実施する。この場合の設定精度は、±１％程
度である。

【０００５】また、半導体レーザＬＤ２について、温度
変化などの環境変化により、その特性が変動する（図１
２の例では、実線から点線へ移行する）。この場合にあ
っても、半導体レーザＬＤ２についてＡＰＣが実施され
るので、半導体レーザＬＤ２の状態が変化した後にも基
準光量を得るための注入電流を設定することができる。

【０００６】従って、ＡＰＣ回路による光量制御の特徴
は、単一のシーケンスで各レーザビーム毎に各々ＡＰ
Ｃを実施するための精度が高く、単一受光部１個、個
別ビームに対応するＡＰＣ回路１個という単純な構成で
実現でき、走査ビームが数本まで、ライン走査毎の光
量制御ができるためにレーザ状態の変化に適応しやす
い、というものである。

【０００７】しかしながら、さらに多数の半導体レーザ
を配置することは、装置の占有スペースの増大を招くの
で、好ましくない。このため、単一の光源でさらに多数
の発光素子を得ることができる面発光レーザなる光源素
子が実用化されている。面発光レーザは、複数の半導体
レーザを組み合わせた特性と略同様の特性を得ることが
できる。すなわち、複数の発光部位を面状に並べ１つの
発光面を構成している。従って、各発光部位で、１つの
半導体レーザと同様の挙動を示す。

【０００８】ところで、面発光レーザは、素子の構造的
特徴から、共振器端面間長が通常レーザの１／１００分
以下の為、レーザ発振の閾値電流が低い反面、共振器反
射率を９９％程度に上げても最大光出力は数ｍＷ程度で
飽和ピークに達してしまう。これは、各素子の共振器間
長バラツキがそのまま飽和光量差となり、飽和光量バラ
ツキが大きくなるためである。

【０００９】また、面発光レーザは端面タイプのレーザ
と異なり、飽和光量を超える電流を注入しても発振モー
ドが変化して光量が減衰するだけで、素子破壊には至ら
ない特徴を有している。さらに、面発光レーザの各特性
バラツキには、従来の光源素子を多数配置した場合と同
様、環境温度変化および、長時間の通電による電流−光
出力傾き劣化等の特性カーブ変化因子も加わるため、電
流−光量飽和特性バラツキが増大し、多数のレーザ素子
の中には温度、通電時間の状況により所望の光量に達し
ない個別発光素子の存在可能性がある。

【００１０】例えば、図１３に示すように、１つの半導
体レーザに相当する面発光レーザの部位ＬＤＤ１では、
注入電流ｉ１で最大光量ｐｍａｘになり、他の半導体レ
ーザＬＤ２に相当する面発光レーザの部位ＬＤＤ２で
は、注入電流ｉ２で最大光量ｐｍａｘになる。このよう
に面発光レーザは同一面内に特性が異なる素子が含まれ
る場合もある。従って、面発光レーザについて、温度変
化などの環境変化により、各部位の特性変動量が複数の
レーザを点灯するより大きくなる場合がある（図１３の
例では、実線から点線へ移行する）。

【００１１】このような面発光レーザのフィードバック
光量制御をする場合、必要光量を稼ぐ為、電流−光量特
性カーブの飽和光量領域近くまで使用する必要があり、
かつ電流−光出力バラツキを適時把握し、かつ各素子に
応じた電流−光出力バラツキを抑制しなければならな
い。

【００１２】このため、面発光レーザのフィードバック
光量制御として面発光レーザを複数の光検知器を用いて
光量制御する技術が提案されている（特開平８−２０４
２７３号）。また、他の例として、駆動ＩＣと面発光レ
ーザチップと一体化したユニットを順次かつ個別に光量
制御する技術（特開平９−２３０２５９号）、面発光レ
ーザの出射ビームをビームスプリッタで分割し、光検知
器に入射し順次光量制御するもの。開平１０−１１９３
５０に面発光レーザの余熱の為にバイアス電流を注入す
る技術（特開平８−３３０６６１号）も提案されてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術では、面発光レーザを発光させることいついては言
及されているものの、光出力特性にバラツキが生じる場
合があり、安定した光量を得ることができない。また、
面発光する各部位における異常出力を検知することもで
きない。

【００１４】本発明は、上記事実を考慮して、注入電流
と光量の特性バラツキに拘わらず光量制御を可能とする
面発光レーザの光量制御方法を得ることが目的である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数のレーザ光源素子を面状に配置した面
発光レーザを発光光量を検出して所定光量になるように
光量制御する面発光レーザの光量制御方法であって、前
記面発光レーザに含まれる複数のレーザ光源素子の各々
について、最大発光光量近傍の予め定めた所定光量とな
るように、最低光量となる制御値から順次光量制御し、
前記所定光量となる制御値を求め、該所定光量となる制
御値に基づいてレーザ光源素子の状態を検出する検出工
程を含むことを特徴とする。

【００１６】本発明の面発光レーザの光量制御方法で
は、複数のレーザ光源素子を面状に配置した面発光レー
ザを発光光量を検出して所定光量になるようにフィード
バック光量制御する。すなわち、少なくとも１つの光セ
ンサ等の光検知手段により複数のレーザ光源素子の各々
について発光光量を検出し、レーザ光源素子の各々が所
定光量になるようにフィードバック光量制御する。この
光量制御には次の検出工程を含んでいる。まず、最大発
光光量近傍の予め定めた所定光量となるように、最低光
量となる制御値例えば最低注入電流値（０）等から順次
光量制御する。この場合、徐々に注入電流を増加させる
ことが好ましい。こうすることで、発光光量は徐々に増
大し、最大発光光量近傍に至ることになる。この最大発
光光量近傍の予め定めた所定光量となる制御値（例えば
注入電流値）を求め、所定光量となる制御値に基づいて
レーザ光源素子の状態を検出する。レーザ光源素子の状
態には、発光光量が安定しない不安定状態や発光光量が
得られない未達成状態等の挙動状態がある。このよう
に、面発光レーザに含まれる複数のレーザ光源素子の各
々の状態を検出することができるので、面発光レーザの
光量制御を適正にすることができる。

【００１７】前記検出工程は、検出したレーザ光源素子
の状態が前記所定光量を得られない状態であるとき、検
出したレーザ光源素子が異常状態であると判定する判定
工程を含むことができる。

【００１８】前記のように、レーザ光源素子の状態に
は、発光光量が安定しない不安定状態や発光光量が得ら
れない未達成状態等の挙動状態があるが、レーザ光源素
子の状態が所定光量を得られない状態であるとき、その
レーザ光を用いても、光量不足のため、良好な結果が望
めない。そこで、検出したレーザ光源素子を異常状態で
あると判定すれば、同時または後の対処が容易となる。

【００１９】この判定工程では、検出したレーザ光源素
子が異常状態であると判定された場合、他のレーザ光源
素子で代替することができる。

【００２０】あるレーザ光源素子の状態が所定光量を得
られない状態であっても、その周辺等の面発光レーザに
含まれている他のレーザ光源素子を用いれば、面発光レ
ーザとしては正常に作動するかのように振舞わせること
が可能である。この場合、予備のレーザ光源素子がある
場合には予備のレーザ光源素子を用いればよく、その予
備のレーザ光源素子に切り替えたり、予備のレーザ光源
素子で光量を補ったりすることができる。

【００２１】前記検出工程は、予め定めた所定時期に実
施することができる。前記の検出は、常時行う必要はな
い。例えば、半導体レーザは経時変化等のように時間軸
上では一定時間や任意の時間を経過したり周期的に生じ
たりする。従って、予め定めた所定時期例えば定期的に
堅守ｔうすることにより、処理による負荷を減少させる
ことができる。

【００２２】前記面発光レーザの光量制御方法は、前記
検出工程で検出した所定光量となる制御値に基づいて複
数のレーザ光源素子の各々を光量制御するときに、前記
所定光量となる制御値による発光光量を検出し前記所定
光量に至らない場合、前記所定光量となる制御値に基づ
いて補正値を設定し、設定した補正値から前記所定光量
となるように順次光量制御して該所定光量となる補正制
御値を導出する補正工程をさらに含むことができる。

【００２３】前記検出工程で検出した面発光レーザの各
レーザ光源素子は、画像記録等のように、光量制御が行
われるが、その光量制御中にあって、レーザ光源素子の
状態が変動することがある。この場合、再度前記検出工
程を行ったのでは、同様の処理時間が必要である。そこ
で、次の補正工程を実施することで、処理負荷を軽減す
ることができる。まず、所定光量となる制御値による発
光光量を検出し所定光量に至らない場合、所定光量とな
る制御値に基づいて補正値を設定する。そして、設定し
た補正値から所定光量となるように順次光量制御して所
定光量となる補正制御値を導出する。この補正制御値
を、検出工程で求めた所定光量となる制御値に置きかえ
ればよい。

【００２４】前記各制御値は、レーザ光源素子の余熱電
流であるバイアス電流以上に設定することが好ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例を詳細に説明する。本実施の形態は光走
査装置の光源に本発明を適用したものである。

【００２６】〔光走査装置〕図２に示すように、本実施
の形態の光走査装置１０は、詳細を後述する面発光レー
ザ１２を備えている。面発光レーザ１２の射出側には、
ハーフミラー１６、コリメータレンズ１８及び反射ミラ
ー２０が順に配設されている。反射ミラー２０の反射側
には、入射されたレーザ光を偏向するポリゴンミラー２
２が設けられており、ポリゴンミラー２２の偏向側には
ｆθレンズ２４、シリンドリカルミラー２６及び感光体
３２が順に配設されている。

【００２７】従って、面発光レーザ１２から射出された
レーザ光は、ハーフミラー１６、コリメータレンズ１
８、及び反射ミラー２０を介してポリゴンミラー２２へ
至り偏向され、ｆθレンズ２４及びシリンドリカルミラ
ー２６を介して感光体３２上を主走査する。感光体３２
は円筒形であり（図２の矢印Ａ方向に）一定回転するこ
とで、副走査している。これによって、主走査及び副走
査がなされ、感光体３２上に２次元の画像が露光され
る。

【００２８】面発光レーザ１２の射出側に設けられたハ
ーフミラー１６の反射側には、光センサ等で構成された
受光部１４が設けられている。また、ポリゴンミラー２
２の偏向側で、主走査による感光体３２の到達領域外に
は、反射ミラー２８が設けられており、その反射ミラー
２８の反射側にＳＯＳ同期センサ３０が設けられてい
る。このＳＯＳ同期センサ３０は、感光体３２と光学的
に共役な位置に設けられている。

【００２９】従って、面発光レーザ１２から射出された
レーザ光は、ハーフミラー１６によりその一部が反射さ
れて、発光光量に対応するレーザ光が受光部１４へ入射
される。また、感光体３２へ至るべきレーザ光のうち画
像記録範囲外のレーザ光が反射ミラー２８により反射さ
れ、ＳＯＳ同期センサ３０へ入射される。これら受光部
１４及びＳＯＳ同期センサ３０は、面発光レーザ１２の
駆動を制御するためのＬＤ駆動装置３６が接続されてい
る。

【００３０】なお、ＬＤ駆動装置３６には、感光体３２
に露光する画像の画像データを記憶したイメージ制御部
３４が接続されている。

【００３１】〔面発光レーザ〕図３（Ｂ）に示すよう
に、面発光レーザ１２は、セラミックバッケージ５０内
に設けられており、共通Ｎ電極５４上に、面発光レーザ
チップ５６、発光層６０及び絶縁層５８、個別引出し電
極が順次積層されて構成されている。また、図３（Ａ）
に示すように、面発光レーザ１２は、セラミックバッケ
ージ５０内に設けられた面発光ＬＤチップ５６により構
成されており、面発光レーザチップ５６には、半導体レ
ーザに相当するレーザ光源４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４
０Ｄ，４０Ｅが副走査方向（図３の矢印Ｓ方向）に配設
され、主走査方向（図３の矢印Ｍ方向）に所定間隔を隔
ててレーザ光源４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２
Ｅが配設されている。従って、本実施の形態の面発光レ
ーザ１２は、主走査方向（図３の矢印Ｍ方向）に２つの
レーザ光源からなるレーザセットを、副走査方向（図３
の矢印Ｓ方向）に５組有する、複数光源を１つにパッケ
ージしたものに相当する。

【００３２】レーザ光源４０Ａは、レーザ光を射出する
開口の個別ＬＤアパチャ４４Ａを備えており、その周囲
にＰ電極リング４６Ａが設けられている。このＰ電極リ
ング４６Ａは、レーザ光源４０Ａの点灯及び光量制御の
ために外部と接続可能な接続線５２Ａに接続されてい
る。なお、他のレーザ光源４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４
０Ｅ，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅについ
ても同様の構成のため、説明を省略する。

【００３３】なお、本実施の形態では、主走査方向に２
つのレーザ光源を有する構成としている。この構成によ
れば、一方のレーザ光源が損傷した場合であっても、他
方のレーザ光源で代用することができる機能を有するこ
とになる。損傷したレーザ光源の代わりに他方のレーザ
光源を用いる場合、他方のレーザ光源については一方の
レーザ光源から離間した距離に対応するタイミングで走
査開始位置を調整する機能が必要である。この調整は、
イメージ制御部３４の点灯データのタイミング小生をす
ることで可能である。

【００３４】本実施の形態では、主走査方向に２つのレ
ーザ光源が並んだ構成としているが、本発明はこれに限
定されるものではなく、主走査方向に１つのレーザ光源
を対応させる構成としてもよい。この場合、図４に示す
ように、千鳥配置させることにより、発光数に応じた走
査線数を形成することができる。しかし、代替レーザ光
源を利用することができない。従って、図３の構成と、
図４の構成の何れの項絵師を選定するかは、各々の面発
光レーザ寿命と使用時間との兼ね合いから決定すること
が好ましい。

【００３５】〔制御回路〕図５に示すように、制御回路
３６は、面発光レーザ１２に含まれるｍ個（本実施の形
態では、１０個）のレーザ光源を個別に駆動する個別レ
ーザ駆動回路６６を備えている。個別レーザ駆動回路６
６は、面発光レーザ１２に接続されている。その駆動に
より、面発光レーザ１２から射出されたｍ本（本実施の
形態では、１０本）のレーザ光の各々は受光部１４で受
光される。この受光部１４は、面発光レーザ１２に含ま
れるｍ個（１０個）のレーザ光源の個数のサンプルホー
ルド回路７２−１、７２−２、・・・、７２−ｍの各々
に接続されている。

【００３６】これらのサンプルホールド回路７２−１〜
７２−ｍの各々は、サンプルホールド値記憶回路７４、
及び判定回路６８（詳細は後述）に接続されている。こ
の判定回路６８は、個別レーザ駆動回路６６、及びイメ
ージ制御回路７０に接続されている。

【００３７】イメージ制御回路７０は、ｍ個のレーザ駆
動回路イネーブル信号、ｍ個のＡＰＣ作動信号、ｍ個の
点灯データ信号、ｍ個の基準電圧信号Ｖｒｅｆの各々を
生成する回路を含んで構成されており、各々の信号を出
力する構成である。また、イメージ制御回路７０は、走
査線の開始信号であるＳＯＳ信号が入力されるように同
期センサ３０に接続されている。また、イメージ制御回
路７０は、判定回路６８により異常を検出したときに出
力される異常検知信号が入力されるようにも接続されて
いる。

【００３８】〔判定回路〕図６に示すように、判定回路
６８は、制御部７６を備えており、この制御部７６は加
算器、記憶部及び演算部（図示省略）を含んで構成され
ている。この制御部７６には、ｍ個の基準電圧信号Ｖｒ
ｅｆの各々が入力されるようにイメージ制御回路７０に
接続されている。また、制御部７６は、ｍ個のスイッチ
８０−１、８０−２、・・・、８０−ｍの各制御側に接
続されたセレクタ７８にも接続されている。

【００３９】セレクタ７８は、イメージ制御回路７０
に、ｍ個の点灯データが入力されるように接続されてお
り、入力された点灯データに応じてｍ個のスイッチ８０
−１、８０−２、・・・、８０−ｍの各々をオンオフさ
せる。これらｍ個のスイッチ８０−１、８０−２、・・
・、８０−ｍは、ｍ個の比較器８２−１、８２−２、・
・・、８２−ｍの対応する比較器の出力側に接続されて
いる。また、ｍ個の比較器８２−１、８２−２、・・
・、８２−ｍは、制御部７６に接続されている。

【００４０】なお、本実施の形態では、個別レーザ駆動
回路６６に含まれる各レーザ光源を駆動するためのＬＤ
ドライバはアナログＡＰＣを用いていた場合を説明する
が、デジタルＡＰＣにおいてもその基本動作は代わりが
無い。

【００４１】〔ＡＰＣ動作概要〕以上の構成による、本
実施の形態の光走査装置では、多数の面状に配列した面
発光レーザ光源の光量不良を検知すると共に、多数のレ
ーザ電流−光出力カーブを有する各レーザ光源の状態に
応じた情報に基づいた電流からスタートする光量制御に
より、レーザ使用判定及び電流−光出力飽和点近くまで
フィードバック光量制御を実行する。

【００４２】すなわち、本実施の形態では、レーザ光源
の使用判定、各レーザ光源の電流−光量特性バラツキ一
時記憶、及び記憶した光量特性バラツキに基づいた情報
演算により、電流−光量特性バラツキ差と環境変化の因
子を補正するものである。このため、本実施の形態で
は、レーザ光源の光量制御として、２段階のＡＰＣ動作
を実施している。

【００４３】第１段階は、各レーザ素子の最大光出力近
傍まで通電し、所定の光量に到達できない素子を異常と
して判断し、予備のレーザを点灯もしくは使用可否判定
するよう光量制御する（図１のステップ９０）。これを
ＡＰＣ動作１とする。このＡＰＣ動作１は、所定タイミ
ングで実行すればよい（図１のステップ９４における判
定）。

【００４４】第２段階は、発光数増加に伴う電流−光量
特性の各素子バラツキの増加、通電時間及び環境変化に
対する電流−光量特性バラツキ増加に追従できるよう光
量制御する（図１のステップ９２）。これをＡＰＣ動作
２とする。

【００４５】以下、その作動を具体的に説明する。

【００４６】〔ＡＰＣ動作１〕ＡＰＣ動作１は、画像エ
リア外で通常のＡＰＣを全レーザ光源４０Ａ〜４２Ｅに
対して、所望の所定光量になるように順次実施する。所
望の設定光量は異常検知ができるよう、最大出力近傍の
光量で実施する。また、各レーザ光源の設定精度（仮に
±Ａ％とすると）は受光部１４からの電流信号を電圧変
換したサンプルホールド電圧値と基準電圧Ｖｒｅｆを比
較器による比較で行う。以上の操作を順次全てのレーザ
光源で実施する。判定回路６８において、１つでも設定
光量に到達しないレーザ光源が検出された場合、判定回
路６８は異常検知信号を出力する機能を有している。但
し、使用不能判定は行わず、同一走査ライン上に予備の
レーザ光源がある場合（本実施の形態では隣り合うレー
ザ光源）は、予備のレーザに切り替え、再度ＡＰＣ動作
１を実施する。この際、同一走査ライン上に１つでもレ
ーザ光源がない場合は、一時的に同一走査ライン上の点
灯本数を増加させる方法で光量を補うが、使用不可判定
を下す機能も有している。

【００４７】なお、各レーザ光源のバラツキ状態把握に
は、各レーザ光源のＡＰＣ終了時の通電電流に比例する
サンプルホールド電圧値を記憶部に順次記憶しておく。
以上の一連の操作により、多数の異なる電流−光出力特
性を持つレーザの異常検知、使用不可判定と各レーザの
特性差を把握する記憶する機能を有するＡＰＣ動作１を
終了する。

【００４８】以下、詳細に説明する。ＡＰＣ動作１は、
図７に示すように、ＡＰＣ動作１の実行指示があると、
ステップ１００において画像エリア外で、ＡＰＣ動作１
が開始される。このステップ１００では、まず、イメー
ジ制御回路７０から基準電圧信号Ｖｒｅｆを発信し、判
定回路６８内の制御部７６に出力され、比較器８２に出
力される。次にイメージ制御回路７０からの点灯デー
タ、レーザ駆動回路イネーブル、ＡＰＣオン信号に従っ
て、ＡＰＣ動作１を実施すべきレーザ光源のレーザ光及
び個別レーザ駆動回路６６の選定をすると共に、回路を
動作可能状態に設定する。本実施の形態では、第１番目
のレーザ光源４０Ａから順に第１０番目のレーザ光源４
２Ｅまで順に行うものとする。

【００４９】このとき、ＡＰＣオン信号、個別レーザ駆
動回路６６を動作可能状態に設定するイネーブル信号は
１レーザ光源毎に個別レーザ駆動回路６６に供給され
る。すなわち、最初にレーザ光源４０Ａについて行われ
る。また、点灯データは判定回路６８内のセレクタ７８
を一旦通過し、指定されたレーザ光源に対応するスイッ
チ（８０−１〜８０−ｍの何れか）をオン（接続状態）
にし、個別レーザ駆動回路６６に点灯データを出力す
る。ここでは、レーザ光源４０Ａのスイッチ８０−１を
オンにする。これは、個別レーザ駆動回路６６に含まれ
る多数のドライバの中に異常があった場合、点灯データ
転送を停止させるためのものである。なお、設定された
レーザ光源以外のレーザ光源に対応するスイッチはオフ
状態にしておく。

【００５０】上記設定が終了すると、ステップ１０２に
おいてＡＰＣを実行するレーザ光源４０Ａを点灯させ
る。すなわち、設定したレーザ光源から射出されるレー
ザ光を一定光量にするＡＰＣフィードバックに移行す
る。この場合、ＡＰＣの設定光量はイメージ制御回路７
０からのＶｒｅｆ信号の電圧値を用いる。そのタイミン
グは、点灯データに対応するレーザ光源４０Ａに同期セ
レクトされたときから開始する。すなわち、ＳＯＳ信号
の入力に応じてなされる。

【００５１】また、このときの注入電流は、判定回路６
８内部に事前に記憶されたサンプルホールド電圧値から
上昇又は下降させる。すなわち、判定回路６８は、図示
は省略したが、１次記憶レジスタであるサンプルホール
ド値記憶回路７４と同様の構成の２次記憶レジスタを備
えており、その２次記憶レジスタに記憶された各サンプ
ルホールド電圧値から開始される。

【００５２】なお、レーザ光源４０Ａにバイアス電流を
供給する場合はバイアス電流以上の電流値から開始する
ような設定を予め個別レーザ駆動回路６６内で設定して
おき電流の逆流を防止する。この逆流防止は、コンデン
サ容量とプルアップ抵抗等により行うことができる。

【００５３】次のステップ１０４では、レーザ光源から
射出されたレーザ光量を検知する。すなわち、面発光レ
ーザ１２のレーザ光源４０Ａから射出されたレーザ光を
受光部１４で受光し、電流増幅した後に、電流−電圧変
換、そしてデジタルアナログ変換（ＤＡ変換）を実施す
る。この結果、得られるサンプルホールド電圧値をサン
プルホールド回路７２−１に一時記憶する。このサンプ
ルホールド電圧は、予めイメージ制御回路７０から判定
回路６８に供給された基準電圧信号Ｖｅｒｆと比較器８
２−１を用いて比較され、その差が無くなるまで個別レ
ーザ駆動回路６６のレーザ光源４０Ａへの注入電流を徐
々に上昇または下降させる。このフィードバック機構は
基準電圧信号Ｖｒｅｆとサンプルホールド電圧との差が
無くなるまで繰り返し実行される。

【００５４】上記基準電圧信号Ｖｒｅｆとサンプルホー
ルド電圧との差が無くなったか否かの判断が、ステップ
１０６の判断に相当する。ステップ１０６で否定される
と、ステップ１０２へ戻り、レーザ光源４０Ａへの注入
電流を徐々に上昇または下降させる。

【００５５】次のステップ１０８では、レーザ光源４０
Ａの合否判定を行う。この判定は、最大基準電圧値であ
るか否かによって、合否を判定する。すなわち、イメー
ジ制御回路７０から出力される基準電圧信号Ｖｒｅｆ
は、設定電圧範囲の最大基準電圧値を用いる。その理由
は、最大光出力まで到達しないレーザ光源が存在した場
合、異常検出信号をイメージ制御回路７０に出力するた
めである。

【００５６】ステップ１０８で肯定されると、ステップ
１１０において、収束したサンプルホールド電圧を記憶
する。サンプルホールド電圧の収束時間は自己アナログ
ＡＰＣの場合、コンデンサ容量とプルアップ抵抗の放電
時間により決定され、通常数秒あるが、実際の安定収束
時間は１０μｓ程度であれば十分である。そこで、ステ
ップ１１０において、収束したサンプルホールド電圧
は、収束電圧値Ｖ１としてアナログデジタル変換（ＡＤ
変換）され、１次レジスタであるサンプルホールド値記
憶回路７４に記憶される。

【００５７】そして、次のレーザ光源について順次上記
処理を繰り返し、実施することによって、全てのレーザ
光源について、収束したサンプルホールド電圧が収束電
圧値Ｖ１としてアナログデジタル変換（ＡＤ変換）され
てサンプルホールド値記憶回路７４に記憶される。

【００５８】一方、ステップ１０８で否定されると、ス
テップ１１２において異常検出信号をイメージ制御回路
７０に出力し、ステップ１１４において最大光出力まで
到達しないレーザ光源４０Ａに対する処理を設定する。
次のステップ１１６では、異常検知を受けたイメージ制
御回路７０は同一走査ライン上の異なる点灯ビームを選
定するため、異なるレーザのＡＰＣオン信号と点灯デー
タ信号と基準電圧信号Ｖｒｅｆ信号を出力し、ステップ
１００へ戻り（レーザ光源４２Ａが選択され）、再度Ａ
ＰＣ１を実施する。これは、本実施の形態では、同一走
査ライン上の異なるレーザ光源を選択できるからであ
る。

【００５９】なお、同一走査ライン上で最大光出力に到
達するレーザが無い場合は、暫定的に同一走査ラインの
複数ビームを点灯しつつ、イメージ制御部からマシン本
体制御部に異常を発信し、マシン本体で使用不可判定を
実施することができる。

【００６０】本実施の形態では、上記サンプルホールド
電圧は電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｍの１次記憶回路は
点灯ビームに対応するｍ個の１次レジスタ群で構成さ
れ、各ビームの電圧値Ｖ１〜Ｖｍ個の電圧値をＡＤ変換
し２５６ビットの精度で保管する。また、本実施の形態
におけるフィードバックループは点灯するレーザ光源に
対して一対一対応するように構成されているが、注入電
流が小さいモノリシックな面発光レーザを用いた場合、
多段電流出力が可能なレーザ駆動回路を用いれば、フィ
ードバックループ（サンプルホールド電圧−比較器−レ
ーザ駆動回路）と点灯ビームが一対一対応である必要は
ない。また、上記受光部１４は単一の受光部で、受光部
設置位置の制限は無く、走査線上にあっても、ビームス
プリッタやハーフミラー等でビーム分割したレーザ光を
用いても良い。

【００６１】以上のＡＰＣ１動作は、イメージ制御回路
の選定したレーザ光源毎に全て順次実施することでＡＰ
Ｃ動作１が終了する。このＡＰＣ動作１は、例えば、ペ
ージ間、ＪＯＢ単位あるいは走査装置のモータスタンバ
イ時の低速回転時等において、定期チェックおよび動作
を実施し、面状の複数光源の状況を判定するために用い
られる。また、１次レジスタに記憶されたＶ１、・・
・、Ｖｍ値は判定回路６８内の制御部の２次レジスタ群
に記憶され、新たなＡＰＣ動作１で記憶した１次レジス
タと比較し、許容差範囲なら次のＡＰＣ動作２を実行し
ないよう判定する機能も判定回路内制御部は有してい
る。

【００６２】〔ＡＰＣ動作２〕ＡＰＣ動作２は、ＡＰＣ
動作１で求めた、記憶回路の各電圧値に比例する電圧値
に応じた補正電流を求め（例えば最大光出力のサンプル
ホールド値を調整し、所望光量の１０〜１９％の範囲で
任意にスタートさせる）、各レーザ素子毎の補正開始電
流値により順次光量制御をする。この時の補正スタート
電流下限値は余熱電流であるバイアス電流以上が好まし
い。これは、通常バイアス電流値はレーザの最大定格６
％未満であり、この値が１つの目安となるためである。
なお、所望光量の収束精度は、点灯ビームをｍ個、各ビ
ームの設定光量をＶｍ、従来の収束精度をＡ％とするとＶｍ±√ｍ＊Ａ％（１）（１）式を満足することで、各レーザ光源を１本づつ光
量制御した精度以下にすることができる。また、設定光
量に近傍の値から、補正開始電流値を実行することで収
束時間短縮も図ることができる。

【００６３】詳細には、図８に示すように、ＡＰＣ動作
２は、ＡＰＣ動作２の実行指示があると、ステップ１２
０において画像エリア外で、ＡＰＣ動作２が開始され
る。このステップ１２０では、先ず、イメージ制御７０
からこれからＡＰＣ動作２制御するこれから点灯するレ
ーザ光源に応じたＶｒｅｆ信号列を判定回路６８の制御
部７６に出力する。なお、点灯信号列は各レーザ光源毎
に異なっても、一定でもよく、光強度変調も可能であ
る。

【００６４】そして、イメージ制御回路７０から画像エ
リア外で点灯する点灯データ信号とレーザ駆動回路イネ
ーブル信号、ＡＰＣオン信号を出力し、レーザ光源のレ
ーザ光及び個別レーザ駆動回路６６の選択を行う。レー
ザ光源はＡＰＣ動作１と同様に、判定回路６８内のセレ
クタを選定し、点灯するレーザ光源のスイッチをオンす
る。

【００６５】次のステップ１２２では、ＡＰＣを実行す
るレーザ光源を点灯させ、ＡＰＣフィードバックに入
る。この場合、上述のＡＰＣ動作１と同様に、点灯デー
タに対応するレーザ光源４０Ａに同期セレクトされたと
きから開始され、点灯されたレーザ光源のＬＤドライバ
に対して順次電流流入を開始する。但し、この時の開始
電流はＡＰＣ動作１とは異なりＡＰＣ動作１で記憶保持
されたサンプルホールド電圧列Ｖ１、・・・、Ｖｍ値に
比例する電圧値から順次スタートさせる。例えば、上記
例の場合、Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｍ列の１０〜９０％
程度に相当するサンプルホールド電圧値になるように、
判定回路６８内の制御部７６で電圧変換したデータを比
較器８２−１、８２−２、・・・、８２−ｍに順次転送
することで開始電流値が調整される。なお、バイアス電
流が負荷されている場合はＡＰＣ動作１と同様に、全て
のレーザ光源に対しバイアス電流以上が下限設定値とな
る。

【００６６】次のステップ１２４では、上記Ｖ１、Ｖ
２、・・・、Ｖｍのサンプルホールド値に比例する電流
値から開始したレーザ光は単一の受光部１４で受光さ
れ、新たなサンプルホールド電圧値が１次記憶レジスタ
に（Ｖ１’、Ｖ２’、・・・、Ｖｍ’）として記憶され
る。

【００６７】次のステップ１２６では、判定回路６８内
の制御部７６でこのサンプルホールド値（Ｖ１’、Ｖ
２’、・・・、Ｖｍ’）値と各基準電圧値と比較器で比
較することによる、電流注入量を上昇または下降させ、
次のフィードバックに入る。すなわち、ステップ１２６
では所定光量であるか否かを判定し、否定されるとステ
ップ１２２へ戻り繰り返し、上記処理を実行し、肯定さ
れると、ステップ１２８へ進む。従って、この動作は、
ＡＰＣ動作１と同様にサンプルホールド電圧と基準電圧
値がある許容差になるまで継続される。

【００６８】次のステップ１２８では、全てのレーザ光
源について上記処理が実行されたか否かを判断し、残存
するレーザ光源がある場合には、ステップ１２８で否定
され、ステップ１２０へ戻り、上記処理が繰り返され
る。一方、全てのレーザ光源について上記処理が終了す
ると、ステップ１３０へ進み、収束した各サンプルホー
ルド電圧を判定回路６８の制御部７６内の２次レジスタ
に格納し、ＡＰＣ動作２を終了する。なお、格納された
２次レジスタの情報は、次のＡＰＣ動作１まで保管さ
れ、ＡＰＣ動作２が終了した後に、画像の記録が開始さ
れる。

【００６９】以上の動作により環境や寿命などにより変
化したレーザ電流−光出力特性あるいは、多数のばらつ
いた電流−光出力特性をもつ、面発光レーザ各素子全て
の点灯レーザ特性差を、補正された初期注入電流差に変
換し直したフィードバック光量制御が実施できる。な
お、ＡＰＣ動作２は画像エリア外における何れのタイミ
ングで実施してもよい。

【００７０】画像エリアにおけるレーザ光源の点灯はＡ
ＰＣ動作２で確定した２次レジスタにサンプルホールド
電圧により、通常のアナログスクリーン情報による点灯
時間変換でＰＷＭ変調を実施し、光点灯画像を感光体３
２に書きこむ（露光する）。

【００７１】なお、本実施の形態では、各レーザ光源に
対し、ＬＤドライバ、比較器、サンプルホールド電圧値
と記憶部が各々一対一に対応しているため、各走査ライ
ンの一定光量設定によるＰＷＭ方式以外にも、イメージ
制御回路の基準電圧値により、任意の走査ラインの設定
光強度変調方式も採用できる構成となり、より高精度に
感光体に光エネルギーを付与することができ、高画質な
画像形成が可能となる。

【００７２】以上説明したように、本実施の形態の光量
制御を実施することで、面発光レーザのレーザ光源の使
用判定機能、及び各レーザ素子の電流−光出力特性に追
従したフィードバック光量制御が可能となり、高精度で
レーザ飽和ピーク光量近傍まで光量制御が実現できる。

【００７３】なお、本実施の形態では、面発光レーザ１
２の射出側にハーフミラー１６を設けて、レーザ光を採
取するようにしたが、図９に示すように、ハーフミラー
１６に代えてビームスプリッタを用いてもよい。

【００７４】また、本実施の形態では、面発光レーザ１
２と受光部１４とを分離構成し、ハーフミラー１６を設
けて、レーザ光を採取するようにしたが、図１０に示す
ように、面発光レーザ１２と受光部１４とを一体構成と
して、その内部にハーフミラー１６を設けて一体構造と
し、レーザ光を採取してもよく、また、図１１に示すよ
うに、ハーフミラー１６に代えてビームスプリッタを設
けて一体構造とし、レーザ光を採取してもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、面
発光レーザの光量制御において、最大発光光量近傍の予
め定めた所定光量となるように、最低光量となる制御値
から順次光量制御したときに最大発光光量近傍の所定光
量である制御値に基づいてレーザ光源素子の状態を検出
するので、面発光レーザに含まれる複数のレーザ光源素
子の各々の状態を検出することができ、面発光レーザの
光量制御を適正にすることができる、という効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる光走査装置にお
ける光量制御アルゴリズムの流れを示すフローチャート
である。

【図２】本発明の実施の形態にかかる光走査装置の概
略構成を示すブロック図である。

【図３】５走査×２本フラットパッケージ構成の面発
光レーザの一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面
図である。

【図４】面発光レーザのレーザ光源の配置（千鳥配
置）の一例を示す線図である。

【図５】光走査装置の制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図６】光走査装置の制御装置に含まれる判定回路の
概略構成を示すブロック図である。

【図７】光走査装置で実行されるＡＰＣ動作１の光量
制御アルゴリズムの流れを示すフローチャートである。

【図８】光走査装置で実行されるＡＰＣ動作２の光量
制御アルゴリズムの流れを示すフローチャートである。

【図９】本発明の実施の形態にかかる光走査装置の他
例の概略構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明の実施の形態にかかる光走査装置の
他例の概略構成を示すブロック図である。

【図１１】本発明の実施の形態にかかる光走査装置の
他例の概略構成を示すブロック図である。

【図１２】従来の複数光源の光量制御を説明するため
の説明図である。

【図１３】面発光レーザの光量制御を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１０光走査装置１２面発光レーザ１４受光部１６ハーフミラー１８コリメータレンズ２０反射ミラー２２ポリゴンミラー２４レンズ２６シリンドリカルミラー２８反射ミラー３０同期センサ３２感光体３４イメージ制御部３６駆動装置３６制御回路４０Ａ〜４０Ｅ、４２Ａ〜４２Ｅレーザ光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 1/23 １０３Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４ＺＦターム(参考） 2C362 AA12 AA16 AA17 AA54 AA59 AA61 AA63 EA04 EA07 2H045 AA01 BA23 CB31 5C072 AA03 CA06 HA02 HA13 HB02 HB04 XA05 5C074 AA02 BB03 DD08 EE02 HH02 5F073 AB05 AB17 AB21 AB25 AB27 AB29 BA07 FA05 GA02 GA12 GA18 GA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレーザ光源素子を面状に配置した
面発光レーザを発光光量を検出して所定光量になるよう
に光量制御する面発光レーザの光量制御方法であって、前記面発光レーザに含まれる複数のレーザ光源素子の各
々について、最大発光光量近傍の予め定めた所定光量と
なるように、最低光量となる制御値から順次光量制御
し、前記所定光量となる制御値を求め、該所定光量とな
る制御値に基づいてレーザ光源素子の状態を検出する検
出工程を含むことを特徴とする面発光レーザーの光量制
御方法。
【請求項２】前記検出工程は、検出したレーザ光源素
子の状態が前記所定光量を得られない状態であるとき、
検出したレーザ光源素子が異常状態であると判定する判
定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の面発光
レーザーの光量制御方法。
【請求項３】前記判定工程で、検出したレーザ光源素
子が異常状態であると判定された場合、他のレーザ光源
素子で代替することを特徴とする請求項２に記載の面発
光レーザーの光量制御方法。
【請求項４】前記検出工程は予め定めた所定時期に実
施することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか
１項に記載の面発光レーザーの光量制御方法。
【請求項５】前記検出工程で検出した所定光量となる
制御値に基づいて複数のレーザ光源素子の各々を光量制
御するときに、前記所定光量となる制御値による発光光
量を検出し前記所定光量に至らない場合、前記所定光量
となる制御値に基づいて補正値を設定し、設定した補正
値から前記所定光量となるように順次光量制御して該所
定光量となる補正制御値を導出する補正工程をさらに含
むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項
に記載の面発光レーザーの光量制御方法。
【請求項６】各制御値は、レーザ光源素子の余熱電流
であるバイアス電流以上に設定されていることを特徴と
する請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の面発光
レーザーの光量制御方法。