JP2002267967A - 複数ビーム光量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数のレーザビームによる複数ビーム光量制御
装置において、簡単な回路構成ですべてのビームを短期
間に精度よくＡＰＣ動作を終了させること。 【解決手段】複数のビームを発生する半導体レーザアレ
イの光の一部を、ホトディテクタ７集光し、ホトディテ
クタより得た光ビームの光量を電圧変換ＡＭＰ１し、そ
の結果と１つの基準電圧とを比較する比較器ＡＭＰ２を
有する。比較した結果を時分割に決定保持するため、複
数の半導体レーザの各ビームに対応した選択回路ＳＷ
１，ＳＷ２・・・と積分回路Ｒ４Ｃ１，Ｒ６Ｃ２・・・
が設けられている。各ビームが時分割で極力隣接しない
よう選択されて発光し、１つのビームの発光区間内で、
その区間より短い区間で１つの選択回路が動作する。

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
リンタ等の半導体レーザ駆動方式に関し、特に、感光体
上に静電潜像するため、複数の半導体レーザビームがあ
る特定の角度で斜め走査する光走査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、半導体レーザは、温度に
よって駆動電流に対する光出力の特性が大きく変動し、
温度が高いほど同一の光出力を得るための駆動電流が大
きくなる。このレーザの光出力が一定でないと、静電潜
像後の画質を一定に保つことが出来なくなる。

【０００３】このようなことから、温度に依存せずに半
導体レーザの光出力を一定に保つため、半導体レーザの
チップ近傍に設けられたホトディテクタにてレーザの光
出力を検出してフィードバックを行なうＡＰＣ(Automat
ic Power Control)動作が一般に行われている。

【０００４】このＡＰＣ動作は、一般に印字区間外ある
いはページ間の短い時間(数μｓ〜数百μｓ)で行われる
ため、高速動作が要求される。したがって、レーザの光
出力を検出するホトディテクタも一般に面積を小さくし
て高速応答に対応している。

【０００５】近年プリンタの印刷速度の高速化が進み、
半導体レーザの多ビーム化が図られ、複数のラインを同
時走査する方式が考えられている。この種の光走査方式
は、例えば、特開平６−３１９８０号、特開平１１−５
８８２８号などに提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの光源
が、複数ビーム化しており、例えば１列に３ビーム並ん
だ構成において、レーザチップ近傍のホトディテクタに
て各ビームの光出力を検出した場合、各ビームとホトデ
ィテクタの位置関係によって、各ビームの光出力が同じ
であってもホトディテクタの出力が異なっている。この
ため、各ビームごとに調整用の基準レベルを設けたＡＰ
Ｃ回路を設ける必要があった。

【０００７】また、３×３（9個）の２次元で配列され
た場合などは、チップの近傍で光出力を検出することが
出来ないため、光学系において、半導体レーザアレイと
ポリゴンミラーモータ間にハーフミラーを置いて光出力
の一部をホトディテクタに取り入れているが、前記でも
述べたように高速応答に対応するには、ホトディテクタ
の受光面積を比較的小さくする必要があるため、すべて
のビームが受光面に均等に入射することが出来ず、各ビ
ームの光出力が同じであってもホトディテクタの出力が
異なってしまう。このため、各ビームごとに調整用の基
準レベルを設けたＡＰＣ回路を設ける必要があった。

【０００８】以上述べたように、各ビームごとに基準レ
ベルを設け、光出力を調整する必要があり、回路構成が
複雑になる欠点があった。

【０００９】また、ビーム本数が増えてくると、すべて
のビームのＡＰＣ動作を終了するまでの時間がかかるた
め、印字パターンによっては、半導体レーザアレイの温
度がその間に変化して、実際のレーザ光量が変化してし
まい印刷に濃度むらが発生するという問題があった。

【００１０】また、レーザアレイは、数十μｍと狭いピ
ッチで配列されているため、第１ビームのＡＰＣ後、こ
の第１ビームに隣接する第２ビームのＡＰＣを行う時、
第１ビームの熱の影響を受け、第２ビームの光量が不安
定になるという問題があった。

【００１１】さらに、ビーム発光と同時にＡＰＣ動作が
実施されると、ホトディテクタ、光量電圧変換回路が少
しでも遅い場合、その後の比較器の出力が大きく変動
し、ビームの光量が不安定になる等の問題があった。

【００１２】本発明の目的は、複数のレーザビームによ
る光走査装置において、簡単な回路構成ですべてのビー
ムを短期間に精度よくＡＰＣ動作を終了させることがで
きる複数ビーム光量制御装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体レーザより出射される半導体レーザビームの走査光を
発生する光学系と、光学系からの走査光により感光体上
に静電潜像を形成する現像系からなる装置で、半導体レ
ーザビームが複数個で構成され、かつ感光体上に静電潜
像するために、半導体レーザビームがある特定の角度で
斜め走査する光走査装置であって、複数の半導体レーザ
ビームを発生する半導体レーザアレイの光の一部を集光
するホトディテクタと、ホトディテクタより得た光ビー
ムの光量を電圧変換する光量電圧変換回路と、光量電圧
変換回路より変換された電圧値と１つの基準電圧とを比
較する比較器と、比較器の結果を時分割に決定保持する
ため、複数の半導体レーザの各ビームに対応した選択回
路と、選択回路より選択されたレーザビームの光量に応
じた電圧を積分する積分回路と、前記選択回路によって
選択されるビームが、その前に選択されたビームに対し
隣接するビームとならないように選択回路を制御する制
御手段とを備えていることを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、各ビームが時分割で発光し、１つのビームの発光区
間内で、その区間より短い区間で１つの選択回路が動作
することを特徴とする。

【００１５】請求項１の発明によると、複数のビームを
発生する半導体レーザアレイの光の一部を、ホトディテ
クタに集光し、ホトディテクタより得た光ビームの光量
を電圧変換し、その結果と１つの基準電圧とを比較す
る。複数の半導体レーザの各ビームに対応して設けられ
た選択回路と積分回路により、上記の比較結果を時分割
に決定保持する。この時、選択されるビームは、前に選
択されたビームと極力、隣接しないように選択されてい
る。積分回路からレーザ駆動系に出力し、一定の光量制
御を行う。

【００１６】請求項２の発明によると、各ビームが時分
割で発光し、１つのビームの発光区間内で、その区間よ
り短い区間で１つの選択回路が動作することによって解
決できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について図面を参
照しながら説明する。図５は、本発明に係る複数ビーム
光量制御装置が適用される、例えばレーザビームプリン
タの光学系を示す模式図である。

【００１８】半導体レーザアレイ６は、レーザダイオー
ドが３×３の２次元配列にて９個で構成されており、９
本のビームが出射される。半導体レーザアレイ６より出
射した９本のビームは、コリメータレンズ１１を通り、
ポリゴンミラー１４に達する。ポリゴンミラー１４は、
駆動モータ１５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１４と駆動モータ
１５で構成されたスキャナモータ１６は、半導体レーザ
アレイ６からの９本のビームを偏向し走査する。この偏
向走査された９本のビームは、非球面レンズ１３を介し
て感光体１２上に達し、主走査方向に走査する。この時
９本のビームが感光体上に斜めに、ある特定のピッチ
（６００ＤＰＩの時は約４０μｍ）で配置するように半
導体レーザアレイ６が角度を持って固定されている。

【００１９】半導体レーザアレイ６を印字データからオ
ンオフ制御し、感光体１２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。

【００２０】コリメータレンズ１１及び非球面レンズ１
３は、感光体１２上のビームを一定に絞るため用いられ
ている。

【００２１】コリメータレンズ１１とポリゴンミラー１
４の間に設けられたハーフミラー２は、半導体レーザア
レイ６の光出力の一部をホトディテクタ７へ導くための
ものであり、数多くの種類があるが、透明なガラス板に
金属を蒸着させ、その膜厚で反射率と透過率を決めるの
が一般的である。ハーフミラー２とホトディテクタ７の
間にはレンズ３が設けられ、このレンズ３によって、半
導体レーザアレイ６より出射されたレーザビームすべて
の本数を、ホトディテクタ７の受光面に導くような構成
となっている。これによって、半導体レーザアレイ６か
らの光出力を各ビーム間のバラツキ無く正確に検出する
ことが可能となる。レンズ３は、本図では１個用いてい
るが、光学系の構成やハーフミラー２の位置によって
は、複数個用いても良い。

【００２２】ビーム検出器１は、感光体１２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１２の走
査巾以外の位置に設けられている。このビーム検出器１
は、各ビームの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。

【００２３】図３は、半導体レーザアレイ６を３×３の
ビーム配置した一例を示す。図のようにレーザ６−１か
ら６−９まで９本のレーザが均等に配列されている。こ
こで、図５に示すように、各ビームの副走査方向間隔が
所定の間隔（６００DPIの場合は、約４２μｍとなる）
になるように傾きを持って走査する必要があるため、半
導体レーザアレイ６は、傾きをもって光学系に取り付け
られている。

【００２４】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。９は全
体的な制御を司る主制御部としてのＣＰＵであり、８は
印字データ書込み制御回路であり、この印字データ書込
み制御回路８はイメージデータ書込み用の半導体レーザ
アレイ６の光変調を行なうレーザ駆動回路５を駆動制御
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１２上の所定の位置に書き込むように制御
している。また、印字データ書込み制御回路８には、選
択回路が含まれており、この選択回路は、ＡＰＣ動作を
行う際、各ビームのＡＰＣ動作順序を決定し、レーザ駆
動回路５（変調信号）および光量制御回路４（サンプリ
ング信号）を制御している。

【００２５】ビーム検出器１で得られた水平同期信号
は、印字データ書込み制御回路８に送出している。イン
ターフェイス回路１０は、ホストへのステータスデータ
の出力すると共に、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なう。半導体レーザア
レイ６からの光出力の一部は、光量制御回路４内のホト
ディテクタ７にて検出し、レーザの光出力を一定に保つ
ようレーザ駆動回路５を光量制御回路４にて制御する。

【００２６】次に、光量制御回路４について詳しく説明
する。図１は光量制御回路４とレーザ駆動回路５の実施
例を示す。レーザ６−１、６−２の光量制御回路４は、
光量検出用のホトディテクタ７からの出力電流を電圧変
換し増幅する増幅器ＡＭＰ１、この増幅器ＡＭＰ１の出
力信号とボリュームＶＲで得られたレーザ光量制御基準
電圧との比較し増幅するための比較器ＡＭＰ２、半導体
レーザアレイ６のレーザ６−１の光量制御を行なうとき
にオンとなるアナログスイッチＳＷ１、レーザ６−２の
光量制御を行なうときにオンとなるアナログスイッチＳ
Ｗ２、コンデンサＣ１，Ｃ２にチャージされた電荷によ
る電圧のインピーダンス変換用増幅器ＡＭＰ３，ＡＭＰ
５で構成されている。上記光量制御回路４に対応するレ
ーザ駆動回路５は、レーザ6−1、６−２に流す電流を制
御するバファアンプＡＭＰ４，ＡＭＰ６、前記レーザ6
−1、６−２をオン、オフさせるための高速トランジス
タＴＲ１，ＴＲ２で構成されている。ここで、レーザ６
−１、６−２の光量を決定保持し光出力するためのアナ
ログスイッチＳＷ１，ＳＷ２からバッファアンプＡＭＰ
４，ＡＭＰ６、レーザ６−１、６−２までの回路ＬＤ
１，ＬＤ２の回路構成は、レーザ6−３〜６−９も同様
の回路ＬＤ３からＬＤ９となっている。

【００２７】このような構成において、図２を用いて、
具体的な動作について説明する。まず、変調信号Ｓ１に
よってレーザ６−１の光出力が可能になる(第１ビーム
発光区間)、ここで、コンデンサＣ１の電荷がチャージ
されている量だけレーザが光る。その時、ホトディテク
タ７に光が来るので増幅器ＡＭＰ１の出力は光量に比例
した電圧となり、レーザ光量制御基準電圧と比較されて
比較器ＡＭＰ２に出力される。この時、変調信号Ｓ１に
よって比較器ＡＭＰ２の比較出力が安定するための時間
(Ａ−Ｂの区間)がかかるため、ある特定の時間(Ａ−Ｂ
の区間)をおいて、サンプリング信号Ｔ１供給される(Ｂ
−Ｃ区間)。アナログスイッチＳＷ１が閉じ、比較器Ａ
ＭＰ２からの電圧が出力されるので、抵抗Ｒ４を介して
コンデンサＣ１にチャージされる。このコンデンサＣ１
のチャージにより増幅器ＡＭＰ３の出力電圧が決定し、
バッファアンプＡＭＰ４の出力電流も決定し、レーザ６
−１は目標の光量で発光する。その後、サンプリング信
号Ｔ１が供給されている間は、ホトディテクタ７のモニ
タ電流に応じてレーザ６−１が一定の光量で発光するよ
うに制御が行なわれる。

【００２８】次に、サンプリング信号Ｔ１の供給が停止
し(Ｃ点)、その後変調信号Ｓ１が停止し(Ｄ点)、レーザ
６−１発光が停止する。この時コンデンサＣ１には、チ
ャージされた電圧が保持され、印刷時には印刷データに
したがって変調信号Ｓ１にオンオフ信号を供給すること
でレーザ６−１の光をオンオフすることが可能となる。

【００２９】他の変調信号及びサンプリング信号が供給
停止した状態にて、ビーム６−１と隣接するビーム６−
２，６−４を避け、ビーム６−５を選択する。そして、
変調信号Ｓ２の供給が開始され、レーザ６−５の光出力
が可能になる(第２ビーム発光区間)、ここで、コンデン
サＣ２の電荷がチャージされている量だけレーザが光
る。この時、ホトディテクタ７に光が来るので増幅器Ａ
ＭＰ１の出力は光量に比例した電圧となり、レーザ光量
制御基準電圧と比較されて比較器ＡＭＰ２に出力され
る。この時、変調信号Ｓ２によってＡＭＰ２の比較出力
が安定するための時間(Ｄ−Ｅの区間)がかかるため、あ
る特定の時間(Ｄ−Ｅの区間)をおいて、サンプリング信
号Ｔ２が供給される(Ｅ−Ｆ区間)。アナログスイッチＳ
Ｗ２が閉じ、比較器ＡＭＰ２からの電圧が出力されるの
で、抵抗Ｒ６を介してコンデンサＣ２にチャージされ
る。このコンデンサＣ２のチャージにより増幅器ＡＭＰ
５の出力電圧が決定し、バッファアンプＡＭＰ６の出力
電流も決定し、レーザ６−５は目標の光量で発光する。
その後、サンプリング信号Ｔ２が供給されている間は、
ホトディテクタ７のモニタ電流に応じてレーザ６−５が
一定の光量で発光するように制御が行なわれる。

【００３０】サンプリング信号Ｔ２の供給が停止し(Ｆ
点)、その後変調信号Ｓ１が停止し(Ｇ点)、レーザ６−
５の発光が停止する。この時コンデンサＣ２には、チャ
ージされた電圧が保持され、印刷時には印刷データにし
たがって変調信号Ｓ２にオンオフ信号を供給することで
レーザ６−５の光をオンオフすることが可能となる。

【００３１】上記と同様に、レーザ６−９、６−２、６
−６、６−８、６−４、６−３、６−７の順に、隣接す
るビームを避けて、光量が制御され一定の光量を保つよ
うに制御される。ＡＰＣ動作時に発光したビームから極
力離れた位置のビームが次のＡＰＣ動作を行うため、熱
の影響が極力少なくなり、ビームの光量が長時間不安定
にならず、短時間で安定するため、ＡＰＣ動作時間を短
くすることが可能になる。

【００３２】本実施例ではビーム本数を、３×３の２次
元ビームの構成で説明したが、複数のビーム構成であれ
ば自由である。また、選択するビームは、隣接しないビ
ームであれば順序は自由であり、組み合わせ上、隣接が
避けられないときは、次の走査で行うように分割させて
もよく、この場合にも上述の構成と同様の効果を得るこ
とが可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザアレイの
複数レーザの光量を、１つのホトディテクタと１つの基
準電圧で、時分割にビームが極力隣接しないよう各レー
ザを発光させて、アナログスイッチを切り替えているの
で、簡単な回路構成ですべてのビームを短期間に精度よ
くＡＰＣ動作を終了することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回路図である。

【図２】回路のタイミングチャートを示す図である。

【図３】３×３の2次元半導体レーザアレイの一例を示
す配置図である。

【図４】レーザビームプリンタの制御部のブロック図で
ある。

【図５】光学系の構成図である。

【符号の説明】

１…ビーム検出器、２…ハーフミラー、３…レンズ、４
…光量制御回路、５…レーザ駆動回路、６…２次元半導
体レーザアレイ、７…ホトディテクタ、１１…コリメー
タレンズ、１３…非球面レンズ、１４…ポリゴンミラ
ー、１２…感光体。

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/113 Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA23 BA32 DA02 2H076 AB05 AB06 AB16 AB67 DA04 DA22 5C051 AA02 CA07 DA02 DB02 DB07 DB22 DB24 DB30 DC02 DC03 DC04 DC07 DE04 DE29 5C072 AA03 BA02 DA02 DA04 HA02 HA06 HA09 HA13 HB01 HB04 XA05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザより出射される半導体レーザ
   ビームの走査光を発生する光学系と、光学系からの走査
   光により感光体上に静電潜像を形成する現像系からなる
   装置で、前記半導体レーザビームが複数個で構成され、
   かつ感光体上に静電潜像するために、前記半導体レーザ
   ビームがある特定の角度で斜め走査する光走査装置であ
   って、 複数の半導体レーザビームを発生する半導体レーザアレ
   イの光の一部を集光するホトディテクタと、 前記ホトディテクタより得た光ビームの光量を電圧変換
   する光量電圧変換回路と、 前記光量電圧変換回路より変換された電圧値と１つの基
   準電圧とを比較する比較器と、 前記比較器の結果を時分割に決定保持するため、複数の
   半導体レーザの各ビームに対応した選択回路と、 前記選択回路より選択されたレーザビームの光量に応じ
   た電圧を積分する積分回路と、 前記選択回路によって選択されるビームが、その前に選
   択されたビームに対し隣接するビームとならないように
   前記選択回路を制御する制御手段と、を備えていること
   を特徴とする複数ビーム光量制御装置。
2. 【請求項２】各ビームが時分割で発光し、１つのビーム
   の発光区間内で、その区間より短い区間で１つの選択回
   路が動作することを特徴とする請求項１記載の複数ビー
   ム光量制御装置。