JP2003039724A - 光量制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、複数のラインで走査
する方式が考えられているが、この場合、１走査ごとに
１個のレーザの光量を一定に制御すると、すべての半導
体レーザのビームの光量を一定に保持する制御に時間が
かかる問題があったり、ビームの検出精度が悪化する問
題があった。 【解決手段】 本発明は、１走査間に複数個の半導体レ
ーザの光量を時分割に一定の光量に制御すること、そし
て時分割に複数個の半導体レーザの光量を制御するため
に、ビーム検出器の信号にて動作するカウンタと、前期
カウンタの値から複数のレーザの一つを選択する選択回
路を有することによって解決できる。

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
リンタ等の記録装置の半導体レーザ駆動方式に関するも
のである。

【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。このレーサ゛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ったり、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ビーム検出器の
光検出タイミングが変化し、書き出し位置が変化する不
具合が発生する。

【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
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(Automatic Pow
er Control)動作が一般に行われている。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、レーサ゛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。

【０００４】また、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
る方式がいろいろ考えられているが、その一つに半導体
レーザを複数用いる方式がある。例えば１列に４つの半
導体レーザが並んだ半導体レーザアレイの構成におい
て、レーザチップ近傍に設けたフォトディテクタにて、
１走査ごとに感光体上の印刷領域以外の領域でビームの
光出力を検出し、基準レベルと比較しレーザの光量を制
御するＡＰＣ回路が設けてある。ここで、４つの半導体
レーザのＡＰＣ動作は、１走査に１つの半導体レーザの
ＡＰＣ制御を行ない、４走査で半導体レーザアレイのす
べてのレーザの光量をＡＰＣ制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した４ビーム走査
においては、すべての半導体レーザのＡＰＣ動作が終了
するのに４走査分の時間を要し、印刷速度によっても変
化するが、４走査の時間は数百μｓから数十ｍｓ程度で
ある。この程度の時間では、半導体レーザの温度変化も
少ないため、光量の変化も少ないので、十分半導体レー
ザの光量変化精度を数％以下に確保することができる。
しかし、更なる高速化、高精細化に伴なってビーム本数
が増え、１０ビーム前後からそれ以上のビーム本数にな
り、例えば３×３の２次元で配列された半導体レーザの
場合など、ビーム本数が９本となり、すべてのビームの
ＡＰＣ動作を終了するまで９走査分の時間がかかるた
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る。ま
た特定のレーザのみ発光した場合など、そのレーザのみ
温度が上昇し、光量が他のレーザに対して低下するた
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、感光体上の書き出し位置を決定するビーム検出器
の光検出タイミングが変化し、書き出し位置が変化する
不具合が発生する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、１走査間に複数個の半導体レーザの光量
を時分割に一定の光量に制御することによって、半導体
レーザの個数分走査する必要がなくなり、少なくとも半
分以下の時間ですべて半導体レーザの光量を制御するこ
とが可能となる。また、１走査間に光量を制御される複
数個の半導体レーザは、前記ビーム検出器のビーム受光
面内に同時に入射されるｎ個のビームを発生するｎ個の
半導体レーザとすることによって、常にビーム検出器に
入射される光量を一定にすることが可能となり、書き出
し位置の変動が少なくなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一例について図面
を参照して説明する。

【０００８】図８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。半導体レーザアレイ６は、一例として図７に示す
ようなレーザダイオードが３×３の２次元配列にて９個
で構成されている。半導体レーザアレイ６からは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（６００
ｄｐｉのときは約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。

【０００９】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。

【００１０】コリメータ１１及び非球面レンズ１３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】コリメータ１１とポリゴンミラー１４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
の光出力の一部をフォトディテクタ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とフォトディテクタ７の間に
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。

【００１２】ビーム検出器１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幅以外
の位置に設けられている。

【００１３】図６にビーム検出器の一例を示す。ビーム
検出器１内に光を検出するディテクタ２が設けられ、こ
のディテクタ２は高速のＰＩＮホトダイオードからな
り、その前面にスリット３が設けられた構成となってお
り、このスリット部を介したディテクタ２の一部がビー
ムの受光面となる。

【００１４】ディテクタ２及びスリット３に、図７に示
した例えば９本のレーザビームＢ１〜Ｂ９がθの角度で
走査してきた場合、レーザビームＢ１、Ｂ４、Ｂ７はス
リット内に同時に入射し、ディテクタから３ビーム分の
光強度（合成光量）を持った光信号を得て、電圧に変換
される。この電圧波形は非常に歪みの少ない信号を得る
ことが可能となる。この信号と１つの基準レヘ゛ルと比較し
書き出し位置のための制御信号を得る。

【００１５】それ以降の走査方向のビームＢ２、Ｂ５、
Ｂ８及びＢ３、Ｂ６、Ｂ９のビームの分離は、走査方向
のスリット幅Ｓ２が、（走査方向のビームピッチP1―ビ
ーム直径）より狭くすることで分離可能である。

【００１６】なお、ディテクタ２の形状が、スリット３
と同じ形状であれば、スリット３を設ける必要はなく、
直接ディテクタ２で検出することが可能である。

【００１７】図７は半導体レーザアレイ６の３×３のビ
ーム配置図の一例を示す。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１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、図７の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。

【００１８】図１は上記のように構成されたレーザビー
ムプリンタにおける本発明の制御方式の全体構成を示す
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、半導体レーザ選択
回路１７を介して、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。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。１０
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内のフォト
ディテクタにて検出し、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。

【００１９】図２に本発明における半導体レーザ選択回
路１７の一例を示す。半導体レーザ選択回路１７は、ビ
ーム検出器１からの信号(ビーム検出信号)によりカウン
タが動作し、そのカウンタ値に応じて選択器により半導
体レーザアレイ６の中のＡＰＣ動作を行う複数のレーザ
を選択し、次のビーム検出信号の直前に、タイマにて時
分割にＡＰＣ動作を行う複数個のレーザの発光信号を出
すべくレーザ駆動回路へ送る。サンプリング信号はＡＰ
Ｃ動作を行うための信号で、光量制御回路４へ送られ
る。このサンプリング信号は、発光信号に対して遅延回
路にて遅れて信号がだされる。

【００２０】図４に上記動作の概略タイミングチャート
を示す。ビーム検出を行うために、ビーム検出区間の
間、半導体レーザアレイは全発光するように、レーザ変
調信号が出される。ビーム検出後、各ビームごとに書き
出し位置が決定されて、印字を行うべくレーザ変調信号
に印字データが送出される。この印字を行う印字区間後
とビーム検出区間の間にてＡＰＣ動作を行うための区間
が設けられている。ＡＰＣ動作を行なうレーザは、その
前のタイミングで得たビーム検出器信号にてカウンタが
動作し、カウンタ値で設定された選択回路で、この区間
に行なう複数個のレーザを決定している。

【００２１】以下に光量制御回路４の動作について説明
する。

【００２２】光量制御回路４とレーザ駆動回路５の実施
例を図３に示す。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ＳＷ
１、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ＳＷ２、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、ＡＭＰ５、ここまでがレーザ６−１、６−
２の光量制御回路４で構成されている。次に、前記レー
ザ６−1、６−２に流す電流を制御するバファアンプＡ
ＭＰ４、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に
て、レーザ６−１、６−２のレーザ駆動回路５が構成さ
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、ＳＷ
２からバッファアンプＡＭＰ４、ＡＭＰ６、レーザ６−
１、６−２までの回路ＬＤ１、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。

【００２３】このような構成において、図５を用いて具
体的な動作について説明する。まず、図２でも説明した
ように、カウンタ値で設定された複数レーザ選択器によ
って発光するレーザ６−１、６−２、６−３が選択さ
れ、各レーザがタイマ回路によって発光する時間が設定
され、それぞれのレーザは図に示すように時分割に発光
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Ｓ１によって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、図
２に示した遅延回路によって、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が供給される
(Ｂ−Ｃ区間)。アナログスイッチＳＷ１が閉じ、比較器
ＡＭＰ２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Ｃ
１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、上記ホトディテクタ
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。

【００２４】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。

【００２５】次に、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、複数レーザ選択器によって選
択されたレーザ６−２によって変調信号Ｓ２の供給が開
始され、レーザ６−２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、フォトディ
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Ｓ
２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、遅延回路にてある特定の
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ＳＷ２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ＡＭＰ５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６−２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、上記ホトデ
ィテクタ７のモニタ電流に応じてレーザ６−２が一定の
光量で発光するように制御が行なわれる。

【００２６】次にサンプリング信号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
−２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６−２の光をオンオフすることが可能となる。

【００２７】上記と同様に、レーザ６−３も同様に、光
量が制御され一定の光量を保つように制御される。その
後、ビーム検出のため、全ビームが発光する。

【００２８】そして、次のビーム検出を行う前に、複数
レーザ選択器にて選択したレーザ６−４、６−５、６−
６が上記と同様にAPC動作を時分割で動作する。その
後、次のビーム検出を行う前に、複数レーサ゛選択器にて選
択したレーザ６−７、６−８、６−９が上記と同様にＡ
ＰＣ動作を時分割で動作する。

【００２９】上記した様に、３回のビーム検出、つまり
３回の走査後にすべてのビームのＡＰＣ動作が行われる
ことになり、これを繰り返していく。

【００３０】本説明では、１走査の間に３個の半導体レ
ーザのＡＰＣ動作を行うことについて説明したが、９個
のレーザすべてを１走査間で行ったり、２走査で９個の
レーザを行うために最初５個行い、次に４個行うなど組
み合わせは自由に行っても構わない。

【００３１】また、図６に示したように、ビーム検出器
１に入るビームは、Ｂ１、Ｂ４、Ｂ７がほぼ同時であ
り、次のビームＢ２、Ｂ５、Ｂ８そしてＢ３、Ｂ６、Ｂ
９も同様にほぼ同時に入射する。このため、ビーム検出
器１には、３つのビーム（例えばＢ１、Ｂ４、Ｂ７）の
合成光量が入射されるため、３つのビームの内１つでも
検出時に光量が変化してしまうと、合成光量値が変化し
てしまい、一定の基準レベルと比較したときに、合成光
量値が基準レベルを交差する時間がずれてしまう。つま
り、感光体上の書き出し位置がずれてしまい、書き出し
位置精度が悪化し、縦線などの揺れにつながって来る。
そのために、１走査でのAPC動作を行う半導体レーザ
を、ビームＢ１、Ｂ４、Ｂ７である６−１、６−４、６
−７とすることで、ビーム検出器１に入ってくる光量を
常に一定に保持することが可能となる。同様に、ビーム
Ｂ２、Ｂ５、Ｂ８（半導体レーザ６−２、６−５、６−
８）、そしてビームＢ３、Ｂ６、Ｂ９（半導体レーザ６
−３、６−６、６−９）の組み合わせにて、１走査ごと
にＡＰＣ動作を実施することで、精度の高いビーム検出
器の出力を得ることが可能となる。

【００３２】

【発明の効果】上記したように、簡単な回路構成ですべ
てのビームを短期間にＡＰＣ動作を終了することが可能
となった。また、最適な組み合わせにて半導体レーザの
ＡＰＣ動作を行うことによって位置精度の高いビーム検
出信号を得ることができた。なお、 今回ビーム本数は
３×３の２次元ビームの構成で考えたが、複数のビーム
構成であれば自由である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る制御ブロック図。

【図２】 本発明に係る制御ブロック図。

【図３】 ＡＰＣ回路図。

【図４】 回路のタイミングチャート。

【図５】 回路のタイミングチャート。

【図６】 ビーム検出器の一例。

【図７】 ３×３の２次元半導体レーザアレイの配置図
一例。

【図８】 光学系の概略構成図。

【符号の説明】

１はビーム検出器、２はハーフミラー、３はレンズ、４
は光量制御回路、５はレーザ駆動回路、６は2次元半導
体レーザアレイ、７はフォトディテクタ、１１はコリメ
ータレンズ、１３は非球面レンズ、１４はポリゴンミラ
ー、１２は感光体、１７は半導体レーザ選択回路であ
る。

Claims (3)

【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ことにより走
   査光を発生する光学系と、該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記録装置
   であって、半導体レーザビームの配列が一列またはｎ×
   ｍの複数個で構成され、かつ感光体上に静電潜像するた
   めに、ビームがある特定の角度で斜め走査した光走査光
   学系で、複数のビームを発生する半導体レーザアレイの
   光の一部をフォトディテクタに集光し、該フォトディテ
   クタより得た光ビームの光量を電圧変換し、その結果と
   比較する比較器と、該比較器の結果を時分割に決定保持
   するための保持回路を有する半導体レーザの光量制御方
   法において、１走査間に複数個の半導体レーザの光量を
   時分割に一定の光量に制御することを特徴とした光量制
   御方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の光量制御方法において、 前記光走査光学系は、時分割に複数個の半導体レーザの
   光量を制御するために、ビーム検出器の信号にて動作す
   るカウンタと、該カウンタの値から複数のレーザを選択
   する選択回路により制御されることを特徴とした光量制
   御方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の光量制御方法にお
   いて、 前記光学系は前記半導体レーザのビームを感光体上の書
   き出し位置を決定するために、半導体レーザの光を検出
   するビーム検出器を設けており、１走査間に光量制御さ
   れる複数個の半導体レーザは、前記ビーム検出器のビー
   ム受光面内に同時に入射されるｎ個のビームを発生する
   ｎ個の半導体レーザであることを特徴とする光量制御方
   法。