JP2004216836A - 半導体レーザ駆動装置、光書き込み装置、画像形成装置及び半導体レーザ駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地汚れや、感光体の減衰の原因となる自然発光を抑えるとともに、発振ディレイの小さい良好なレーザ発光パルスを得ることができるようにする。
【解決手段】発光指令信号は遅延制御信号に基づいて遅延部１２で遅延され変調信号となる。発光指令信号及び遅延信号は閾値信号生成部１３で外部からの指令信号とオアされて閾値ＯＮ信号となる。変調信号によりスイッチ１，７が駆動されてＬＤ駆動電流を生成し、閾値電流Ｉｔｈは外部からのサンプルホールド信号によりサンプリングされ、ＡＰＣ制御が行われる。微分量子効率検出部９では、所定の発光量が得られる電流と、所定の発光量の一定の割合の光量が得られる電流から、微分量子効率ηを求める動作を行い、発光電流Ｉηを測定する。その発光電流Ｉηに外部から設定可能な任意の電流Ｉｓｕｂ電流を加えて、半導体レーザＬＤをスイッチングする変調電流とする。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調信号により発光させる半導体レーザ駆動装置、この半導体レーザ駆動装置を使用した光書き込み装置、この光書き込み装置を備えたレーザープリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置、及び変調信号により発光させる半導体レーザの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発明として例えば特開２００１−８８３４４公報に開示された発明及び特開２００２−３２１４０２公報に開示された発明が公知である。
【０００３】
前者は、周囲温度の変化に関わらず、常に安定した光出力強度を得ることができ、結果として濃度の安定した画像を形成することができるようにするため、半導体レーザ発振器から出力されるレーザ光により感光体ドラム上を走査露光することにより感光体ドラム上に画像を形成するデジタル複写機などの画像形成装置において、非画像形成時の半導体レーザ発振器の発光レベルと、画像形成時の半導体レーザ発振器の発光レベルの両方に対し、それぞれの発光レベルが所定値となるよう発光レベル安定化制御を行なうしたものである。
【０００４】
また、後者は、低廉・小型な構成で半導体レーザの高速な変調制御を可能にすると共に消光比を確保する画像形成装置を提供するため、変調信号により半導体レーザを変調すると共に半導体レーザからの光ビームを走査して感光体上に静電潜像を形成する画像形成装置は、半導体レーザが実質的に発光せずに高速変調可能な状態になる第１の電流を変調信号に基づく第１のタイミングで半導体レーザに流す第１の電流駆動部と、変調信号に応じてオン・オフする第２の電流を変調信号に基づく第１のタイミングより遅い第２のタイミングで半導体レーザに流す第２の電流駆動部を含み、第１の電流と第２の電流との合計電流で半導体レーザを発光させるようにしたものである。
【０００５】
一方、半導体レーザ（ＬＤ）は、温度や経時により閾値電流（Ｉｔｈ）や動作電流（Ｉｏｐ）が変化するため、半導体レーザの部品に内蔵されたモニタフォトダイオード（ＰＤ）により、光量をモニタして、出力光量が一定になるように半導体レーザに流す電流を制御する必要がある。そこで、入力された画像データに応じて半導体レーザをオンオフ制御し、ビームを走査して画像を書き込む光書き込み装置においては、半導体レーザ駆動回路は、
▲１▼ 点灯時に所定光量が得られる電流（Ｉｏｐ）を流し、消灯時には電流を流さない。
▲２▼ 発振ディレイ時間を減らし、スイッチング速度を上げるために、消灯時にバイアス電流（Ｉｂ）を流す。
▲３▼ 発振ディレイのバラツキを減らすため、変調電流は固定値とし、バイアス電流を閾値電流の変動に合わせて変動させる。
というような制御が行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１６は前記▲１▼のような制御を行う半導体レーザ駆動回路における印加電流と光量との関係を示す特性図、図１７は回路図である。この方式では、半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザＬＤ、スイッチ１、電流源２、サンプルホールド回路３、増幅器４及びフォトダイオードＰＤからなる。スイッチ１は、変調信号によって動作し、半導体レーザに印加される変調電流のオン・オフを制御し、電流源２はサンプルホールド回路３によって設定される電圧に応じて半導体レーザＬＤに駆動電流を制御し、フォトダイオードＰＤは半導体レーザＬＤの発光量を増幅器４にフィードバックし、サンプルホールド回路３は外部からのサンプリング信号によりフォトダイオードＰＤからのフィードバック信号と発光制御電圧が入力される差分増幅器４の出力をサンプリングし、ＡＰＣ制御が行われる。そして、ＡＰＣ制御された電圧が電流源２に印加される。
【０００７】
この方式の場合には、半導体レーザＬＤの励起時間により、電流を流してからレーザ発光に至るまで時間が数ｎｓかかってしまうことが知られている。これを発振ディレイと呼ぶ（図１８参照）。また、スイッチング電流の振幅が比較的大きいので、スイッチング素子（トランジスタなど）のスイッチング速度を上げ難く、レーザ発光の立ちあがり、立下り時間が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、図１９及び図２０に前記▲２▼のような制御を行う半導体レーザ駆動回路における特性図及び回路図をそれぞれ示す。この方式は、消灯時に固定値のバイアス電流を流すようにしたもので、このため、図２０に示すようにバイアス電流のための電流源、すなわち、バイアス電流源５をスイッチ１及び変調電流の電流源２に対して並列に設けている。その他の各部は図１７の回路図と同様である。
【０００９】
この方式では、図１９に示すように温度変動や素子のバラツキにより、閾値電流（Ｉｔｈ）が変動した場合にも閾値を超えないように設計しなければならないため、バイアス電流は大きな値が取れない。そのため、バイアス電流を流す効果が十分に得られないし、実際の閾値電流との電流差も含めてスイッチングするので、発振ディレイ時間がばらついてしまう。なお、閾値電流Ｉｔｈは、図１９では、２５℃の特性の変調電流対光量変化の変化量が多い領域の特性を示す線（勾配が急な線）を延長した線が横軸（光量変化０の線）を切った点に対応する電流で、固定バイアス電流よりも大きい値となっている。前記勾配（傾き）は、微分量子効率とも称される。なお、微分量子効率はηで示される。
【００１０】
さらに、図２１及び図２２に前記▲３▼のような制御を行う半導体レーザ駆動回路における特性図及び回路図をそれぞれ示す。この方式では、図２０に示すバイアス電流源５を図２２に示すように閾値電流としたもので、その他の各部は図５と同様である。なお、この方式は、前述の特許文献１に対応する。この方式であれば、バイアス電流を常に閾値電流に制御するので、発振ディレイも小さく、良好な発光を得ることができる。
【００１１】
しかし、常に閾値電流が流れるので、発光の必要のない時にも自然発光し、自然発光といえども、感光体に照射し、地汚れ（カブリ）や、感光体の減衰の原因となる。また、微分量子効率は図１６、図１９及び図２１の特性図から分かるように温度が上がると小さくなる傾向にあるので、低温時に検出した変調電流を高温時に適用すると、バイアス電流が実際の閾値電流より大きくなり、オフセット発光が大きくなるという問題もある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、前述の問題点を解決し、地汚れ（カブリ）や、感光体の減衰の原因となる自然発光を抑えるとともに、発振ディレイの小さい良好なレーザ発光パルスを得ることができる半導体レーザ駆動装置及び半導体レーザ駆動方法を提供することにある。
【００１３】
また、他の目的は、地汚れ（カブリ）や、感光体の減衰の原因となる自然発光を抑えるとともに、発振ディレイの小さい良好なレーザ発光パルスを得ることができる半導体レーザ駆動装置を備えた光書き込み装置及びこの光書き込み装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の手段は、変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動装置において、発光しない期間は固定のバイアス電流を供給し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給する制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
第２の手段は、変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動装置において、発光しない期間は電流の供給を停止し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給する制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
第３の手段は、第１または第２の手段において、前記所定の電流が発光閾値電流に近い電流であることを特徴とする。
【００１７】
第４の手段は、第１または第２の手段において、前記所定の電流は、バイアス電流と半導体レーザの発光状態をサンプリングして得られた電流とを加算したものであることを特徴とする。
【００１８】
第５の手段は、第１または第２の手段において、前記制御手段は、電源投入時及びジョブ開始時の少なくともいずれかの時点で微分量子効率を測定することを特徴とする。
【００１９】
第６の手段は、第１または第２の手段において、前記制御手段は、所定の時間間隔で、微分量子効率を測定することを特徴とする。
【００２０】
第７の手段は、第５または第６の手段において、前記制御手段は、所定の発光量が得られる電流と、所定の発光量の一定の割合の光量が得られる電流から、微分量子効率を求めることを特徴とする。
【００２１】
第８の手段は、第１または第２の手段において、前記制御手段は、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない所定の電流と発光閾値電流との差分を設定する機能を備えていることを特徴とする。
【００２２】
第９の手段は、第８の手段において、前記差分の設定は、外部端子から行われることを特徴とする。
【００２３】
第１０の手段は、第８の手段において、前記差分は、初期化時の発光電流と高温推移時の発光電流の差分以上の値に設定されることを特徴とする。
【００２４】
第１１の手段は、第１または第２の手段において、前記発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の発光閾値電流を流す時間を設定する手段を備えていることを特徴とする。
【００２５】
第１２の手段は、第１または第２の手段において、半導体レーザを所定の光量で駆動する期間を示す入力信号とは独立して発光閾値電流に満たない電流を供給する期間を示す信号を入力する手段を備えていることを特徴とする。
【００２６】
第１３の手段は、第１または第２の手段において、前記制御手段が、変調信号によるスイッチ動作に基づいて半導体レーザに変調電流を供給する変調電流源と、前記変調電流源に対して並列に設けられ、固定値であるバイアス電流を供給するバイアス電流源と、前記変調電流源に対して並列に設けられ、閾値オン信号によるスイッチ動作に基づいてサンプルホールド回路によって設定された制御電流を供給する制御電流源とを含んでなることを特徴とする。
【００２７】
第１４の手段は、第１ないし第１３の手段に係る半導体レーザ駆動装置と、前記半導体レーザ駆動装置によって駆動された半導体レーザから出射されたレーザ光を回転多面鏡によって走査し、像担持体に光書き込みを行う手段とから光書き込み装置を構成したことを特徴とする。
【００２８】
第１５の手段は、第１４の手段において、前記半導体レーザおよび半導体レーザ近傍のいずれかの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段によって検出された温度に基づいて半導体レーザ駆動装置の初期化を行う初期化手段とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
第１６の手段は、第１４または第１５の手段に係る光書き込み装置と、前記光書き込み装置によって像担持体に書き込まれた画像を顕像化する顕像化手段と、顕像化手段によって顕像化された画像を記録媒体に記録させる記録手段とから画像形成装置を構成したことを特徴とする。
【００３０】
第１７の手段は、第１６の手段において、画像入力装置をさらに備え、前記画像入力装置によって入力された画像情報に基づいて前記記録媒体に画像を記録させることを特徴とする。
【００３１】
第１８の手段は、変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動方法において、発光しない期間は固定のバイアス電流を供給し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給することを特徴とする。
【００３２】
第１９の手段は、変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動方法において、発光しない期間は電流の供給を停止し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給することを特徴とする。
【００３３】
第２０の手段は、第１８または第１９の手段において、前記発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を供給する時間を任意に設定することを特徴とする。
【００３４】
第２１の手段は、第１８または第１９の手段において、前記発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の供給うす期間を示す信号が、前記半導体レーザを所定の光量で駆動する期間を示す信号とは独立して入力されることを特徴とする。
【００３５】
第１、第２、第３、第４、第１８及び第１９の手段によれば、発光しない期間は、電流を供給しないか固定のバイアス電流を供給し、発光期間の前に発光閾値電流に近いが発光閾値電流に満たない電流を供給するようにしたので、発光の必要のない時には自然発光を抑え、発光時には発振ディレイを抑えた良好なレーザ発光パルスを得ることができる。
【００３６】
第５の手段によれば、電源投入時や、ジョブ開始時に発光閾値電流を測定する動作を行うようにしたので、微分量子効率の測定による不要な発光を必要最小限に抑えることができる。これにより例えば画像形成装置に適用した場合には、感光体上に不要なトナー像を書いたり、感光体の減衰を抑えることができる。
【００３７】
第６の手段によれば、所定の時間間隔で微分量子効率を測定し、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を制御する動作を行うので、温度変化をモニタする手段がなくても、自然発光量が必要以上に大きくならないようにすることができる。
【００３８】
第７の手段によれば、所定の発光量が得られる電流と、所定の発光量の一定の割合の光量が得られる電流とから微分量子効率を求める動作を行うようにしたので、発光閾値を求める動作を合理的に行うことができる。
【００３９】
第８の手段によれば、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流と発光閾値電流との差分を設定可能にしたので、発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光の量を抑えることができる。また、温度変化に対する微分量試効率の変化による閾値と動作電流の差の変化があっても、自然発光量が必要以上に大きくならないようにすることができる。
【００４０】
第９の手段によれば、差分の設定は外部端子から行うことができるので、半導体レーザの特性に合わせた設定が可能となる。
【００４１】
第１０の手段によれば、前記差分は、初期化時の発光電流と高温推移時の発光電流の差分以上の値、例えば数ｍＡに設定したので、発光時の発光ディレイを抑えること、及び発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光量を抑えることの両立を図ることができる。
【００４２】
第１１及び第２０の手段によれば、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の発光閾値電流を流す時間が設定できるので、発光時の発光ディレイを抑えること、及び発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光時間を抑えることの両立を図ることができる。
【００４３】
第１２及び第２１の手段によれば、半導体レーザを所定の光量で駆動する期間を示す入力信号とは独立して発光閾値電流に満たない電流を供給する期間を示す信号を入力できるので、他の制約を受けずに発光閾値に満たない電流を流すことが可能となり、これにより、発光時の発光ディレイを抑えること、及び発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光時間を抑えることの両立を図ることができる。また、半導体レーザ駆動装置は、アナログのデバイスであり、大規模なロジックを組みこむと高コストになるが、例えば、発光閾値に満たない電流を流す期間を前段のデジタルＩＣで構成すると、半導体レーザ駆動装置を安価に実現することができる。
【００４４】
第１３の手段によれば、閾値オン信号によるスイッチ動作に基づいてサンプルホールド回路によって設定された制御電流を供給することができるので、発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光時間を抑えることが可能となる。
【００４５】
第１４の手段によれば、第１ないし第１３手段の効果を奏する光書き込み装置を提供することができる。
【００４６】
第１５の手段によれば、半導体レーザの温度を監視し、温度上昇に応じて微分量子効率を測定し、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を制御する動作を行うようにしたので、機内温度が変化しても、自然発光量が必要以上に大きくならないようにすることができる。
【００４７】
第１６または第１７の手段によれば、第１４及び第１５の手段の効果を奏する画像形成装置を提供することができる。
【００４８】
なお、以下の実施形態において、バイアス電流はＩｂｉに、制御手段は全体としてＡＳＩＣ３０に、発光閾値電流はＩｔｈに、バイアス電流と半導体レーザの発光状態をサンプリングして得られた電流とを加算した所定の電流はＩｂｉ＋Ｉｓｈに、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない所定の電流と発光閾値電流との差分を設定する機能は任意の電流Ｉｓｕｂに、外部端子はＩｓｕｂ設定端子に、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の発光閾値電流を流す時間を設定する手段は閾値電流オン信号（設定は前段のＩＣによって行う）に、所定の光量で駆動する期間を示す入力信号とは独立して発光閾値電流に満たない電流を供給する期間を示す信号を入力する手段は閾値電流オン信号（設定は前段のＩＣによって行う）に、変調電流源は電流源２に、バイアス電流源は電流源５に、制御電流源は電流源６に、温度検出手段は温度センサ１５に、初期化手段はＬＤドライバ３０にそれぞれ対応する。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００５０】
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の機械的構成の概略を示す図、図２は書き込みユニットの概略構成を示す平面図である。同図に示す画像形成装置は、概略的に自動原稿送り装置（以下、ＡＤＦと称す）２００と画像形成装置本体１００により構成されている。ＡＤＦ２００における原稿台２２０に原稿２１０の画像面を上にして置かれたシート原稿束は、原稿セット検知センサ２０９によって検知され、図示しない操作部上のスタート（ＰＲＩＮＴ）キーが押下されると、一番上の原稿から給送され、原稿先端がレジストセンサ２０５配設位置まで到達すると停止する。レジストセンサ２０５の位置まで到達した原稿は、さらに再スタートして画像形成装置本体１００側のＡＤＦ原稿読み取り位置１１０において読み取りを行う。片面読み取りの場合はそのまま原稿排紙トレイ２０７に排出され、両面読み取りの場合は原稿分岐爪２０６により原稿排紙トレイ２０７の上で反転し再給紙することによって裏面の読み取りを行う。また、ブック原稿などは、コンタクトガラス１０８上に載置して読み取りユニット１５０により読み取る。
【００５１】
画像形成装置本体側の第１給紙トレイ１１１、第２給紙トレイ１１２、第３給紙トレイ１１３にそれぞれ積載された転写紙は、第１給紙装置１１４、第２給紙装置１１５、第３給紙装置１１６のいずれかから給紙され、共通の縦搬送ユニット１１７によって搬送路２６をレジストローラ１１７ａまで送られ、レジストローラ１１７ａからさらに感光体１１８に当接する位置まで搬送される。読み取りユニット１５０によって読み取られた画像データは、書き込みユニット１５７からのレーザビームによって感光体１１８に書き込まれ、現像ユニット１２７を通過することによってトナー像が形成される。そして、転写紙は感光体１１８の回転と等速で搬送ベルト１１９によって搬送されながら、感光体１１８上のトナー像が転写される。その後、転写紙上の画像は定着ユニット１２０で定着され、画像が定着された転写紙は、排紙トレイ１２１に排出される。
【００５２】
転写紙の両面に画像を作像する場合は、定着ユニット１２０から排紙トレイ１２１側に導かないで、経路切り替えのための分岐爪１３１によって、一旦両面搬送パス１３２に搬送する。その後、両面搬送パス１３２の転写紙は再び感光体１１８に作像されたトナー画像を転写するために再給紙され、トナー像が転写されると、定着ユニット１２０を経由して排紙トレイ１２１に導かれる。このように転写紙の両面に画像を作成する場合に両面搬送パス１３２は使用される。
【００５３】
読み取りユニット１５０は、原稿を載置するコンタクトガラス１０８と光学走査系で構成されており、光学走査系には、露光ランプ１５１、第１ミラー１５２、第２ミラー１５５、第３ミラー１５６、レンズ１５３、ＣＣＤイメージセンサ１５４等々で構成されている。露光ランプ１５１及び第１ミラー１５２は図示しない第１キャリッジ上に固定され、第２ミラー１５５及び第３ミラー１５６は図示しない第２キャリッジ上に固定されている。
【００５４】
コンタクトガラス１０８上の原稿像を読み取るときには、光路長が変わらないように、第１キャリッジと第２キャリッジとは２対１の相対速度で機械的に走査される。この光学走査系は、図示しないスキャナ駆動モータにて駆動される。一方、ＡＤＦ２００により原稿を給紙しながら原稿像を読み取るときには、露光ランプ１５１及び第１ミラー１５２を搭載した第１キャリッジと第２ミラー１５５及び第３ミラー１５６を搭載した第２キャリッジは図１に示す位置に固定される。原稿画像は、ＣＣＤイメージセンサ１５４によって読み取られ、電気信号に変換されて処理される。
【００５５】
書き込みユニット１５７はポリゴンミラー１８５を含むレーザ出力ユニット、結像レンズ１５９及びミラー１６０で構成され、レーザ出力ユニットの内部には、レーザ光源である半導体レーザ（ＬＤ）及びモータによって高速で定速回転する回転多面鏡（ポリゴンミラー）１５８が備わっている。半導体レーザＬＤより照射されるレーザ光は、定速回転するポリゴンミラー１５８で偏向され、結像レンズ１５９を通り、ミラー１６０で折り返され、感光体１１８の表面に集光結像する。偏向されたレーザ光は感光体１１８が回転する方向と直交する方向（主走査方向）に露光走査され、図示しない画像処理部の出力データセレクタより出力された画像信号のライン単位の記録を行う。感光体１１８の回転速度と記録密度に対応した所定の周期で主走査を繰り返すことによって、感光体１１８表面上に画像（静電潜像）が形成される。
【００５６】
前述のように書き込みユニット１５７から出力されるレーザ光が、画像作像系の感光体１１８に照射される。図２に示すように感光体１１８の一端近傍のレーザビームを照射される位置に、主走査同期信号を発生するビームセンサ１３０が配置されている。この主走査同期信号をもとに主走査方向の画像記録開始タイミングの制御、および画像信号の入出力を行うための制御信号の生成が行われる。なお、符号３０は後述するＡＳＩＣ、３１はＣＰＵ、３２は画像入力装置である。
【００５７】
図３の半導体レーザＬＤの電流−光量特性（ＩＬカーブ）を示す特性図、図４は波形図、図５の回路図を用い本発明の動作について説明する。
【００５８】
本実施形態では、図５の回路図から分かるようにスイッチ７と、（閾値電流−Ｉｓｕｂ）で示される電流を供給する電流源６を直列に設けるとともに、これら直列に設けられたスイッチ７と電流源６を図２２におけるバイアス電流源５に対してさらに並列に設けたものである。バイアス電流の電流源５に流れる電流は固定値であり、この電流による半導体レーザＬＤの発光（オフセット発光）は、感光体１１８の減衰や地汚れの原因とならない程度の発光とする。例えば１ｍＡ程度の電流であれば、オフセット発光はほとんどないが、電流を流さない時に比べ、半導体レーザＬＤの順方向電圧はある程度かかるので、スイッチングを早くできる。もちろん、その必要がなければ電流を流さなくても良く、電流を流さなくても本発明の効果を妨げるものではない。なお、Ｉｓｕｂは後述の図１３から分かるように初期化時の発光電流ＩηＮと高温推移時の発光電流ＩηＨの差分以上の任意の値（電流値）であって、温度上昇があったととしてもオフセット発光が書き込み光量以上にならないような値に設定される。以下、Ｉｓｕｂを任意の電流と称す。
【００５９】
図３及び図４において、変調電流を流す直前に閾値電流Ｉｔｈに近いが閾値電流に満たない電流（閾値電流Ｉｔｈ−任意の電流Ｉｓｕｂ）を流す。その後、変調電流をプラスして流すことにより、所定の発光量で半導体レーザＬＤが点灯する。半導体レーザＬＤは温度により閾値電流Ｉｔｈが変化するので、（閾値電流Ｉｔｈ−任意の電流Ｉｓｕｂ）を制御電流として、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）をかける（図５参照）。ＡＰＣは、半導体レーザＬＤに内蔵されたフォトダイオードＰＤの出力電流が一定になるように、発光時の半導体レーザＬＤに流れる電流を制御することにより、発光時の光量を一定に保つ動作を言う。ＡＰＣのタイミングは知られているように、画像を書き込むライン間や、紙間に行ったり、あるいは画像を書き込む点灯時にも行うこともある。
【００６０】
図４では、閾値電流から任意の電流を引いた値（Ｉｔｈ−Ｉｓｕｂ）を変調電流の１〜１０ｎｓ前に流す例が示されている。この電流により、半導体レーザＬＤの発振ディレイや光波形のオーバシュートを抑え、光波形を改善できる。このように閾値電流Ｉｔｈから任意の電流Ｉｓｕｂをマイナスすると、前述した微分量子効率（傾き）は温度が上がると小さくなる傾向にあるので、低温時に検出した変調電流を高温時に適用すると、バイアス電流が実際の閾値電流より大きくなり、オフセット発光が大きくなるという問題を解決することができる。図３のＩＬカーブにはそれが示されている。この例では、２５℃で検出した閾値電流と所定の光量（Ｐ０）が得られる動作電流の差（発光電流：Ｉη）に任意の電流Ｉｓｕｂを加えた値を変調電流としている。半導体レーザＬＤの温度が６０℃に上がって発光電流Ｉηが若干大きくなっても、任意の電流Ｉｓｕｂ分がマージンとしてあるため、半導体レーザＬＤがオフしている時の電流は閾値電流Ｉｔｈを超えることがなく、オフセット発光は抑えられる。
【００６１】
任意の電流Ｉｓｕｂを大きくすると、オフセット光のマージンは大きくなるが、発振ディレイやオーバシュートの改善効果が薄れることから、１ｍＡ〜数ｍＡの間が適している。なお、任意の電流Ｉｓｕｂの値は、半導体レーザＬＤや光書き込み装置により最適な値が異なるので、任意の電流Ｉｓｕｂの値をＩＣの外付け回路などで設定できるようにする。この設定は、後述するが図６のＩｓｕｂ設定端子から行う。
【００６２】
（閾値電流Ｉｔｈ−任意の電流Ｉｓｕｂ）を流す時間が変調電流の１〜１０ｎｓ程度の短時間であれば、実際のレーザプリンタやデジタル複写機を想定した場合に、１ドット分程度以下になるので多少のオフセット光があっても画像には影響しないこともある。半導体レーザＬＤによっては、バイアス電流をある程度流さないと、所定のパワーに至るまでの時間がかかるケースがある。あるいはドゥループ特性の良くない半導体レーザＬＤの場合も、バイアス電流をある程度の大きさで流してやることが有効である。そのために、本発明では（閾値電流Ｉｔｈ−任意の電流Ｉｓｕｂ）を流す時間を設定可能にした。
【００６３】
なお、（閾値電流Ｉｔｈ−任意の電流Ｉｓｕｂ）を流す時間を設定する代わりに、前段のデジタルＡＳＩＣなどで作成した信号を入力する外部ピンを備えても良い。外部ピンを備えておけば、常に（閾値電流Ｉｔｈ−任意の電流Ｉｓｕｂ）を流すことも簡単に実施できる。
【００６４】
前述のように、本発明では変調電流は、ＡＰＣを掛けても一定であるが、閾値電流Ｉｔｈと所定の光量（Ｐ０）が得られる動作電流の差（発光電流：Ｉη）は、半導体レーザＬＤによって、あるいは光量によってばらつくので、発光電流Ｉηを測定する必要がある。発光電流Ｉηの測定動作（イニシャライズ動作）は走査位置と無関係な半導体レーザＬＤの点灯を伴い、感光体に不要なレーザ光を照射してしまうので、電源投入時やジョブ開始時に行えば良い。
【００６５】
次に、発光電流Ｉηを測定する方法について図７を用いて説明する。
【００６６】
この方法は、閾値電流Ｉｔｈを超えた発光電流Ｉηは、直線で近似できることを前提としている。まず、所定の光量ＰＯになるようにＬＤ電流を制御して値を記憶する（Ｉｏｐ１）。次に、所定の光量の１／２になるようにＬＤ電流を制御して値を記憶する（Ｉｏｐ２）。Ｉｏｐ１−Ｉｏｐ２が発光電流Ｉηの１／２になるので、発光電流Ｉηは、その値を２倍すれば良い。この例では１／２の光量で測定を行ったが、どんな割合で行っても、実現は可能である。
【００６７】
図６は図５に示した半導体レーザ駆動回路を１チップのＡＳＩＣ３０として構成したときの回路図である。同図において図５と同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６８】
ＡＳＩＣ３０は、スイッチ１、電流源２，５，６、サンプルホールド回路３、増幅器４、スイッチ７、タイミング生成部８、微分量子効率検出部９、デジタル・アナログ変換部（Ｄ／Ａ部−ＤＡＣ）１０、加算器１１、遅延部１２及び閾値信号生成部１３から構成されている。
【００６９】
遅延部１２には発光指令信号が入力され、発光指令信号は遅延制御信号に基づいて遅延部１２で遅延され、変調信号となる。また、発光指令信号及び遅延信号は閾値信号生成部１３で外部からの指令信号（ここでは、閾値ＯＮ信号、サンプルホールド信号）とオアされて閾値ＯＮ信号となる。変調信号は変調電流のスイッチ１を、閾値ＯＮ信号は閾値電流のスイッチ７をそれぞれ駆動することにより、図９に示すようなＬＤ駆動電流を生成することができる。また、閾値電流Ｉｔｈは、外部からのサンプルホールド信号によりサンプリングされ、ＡＰＣ制御が行われる。サンプルホールド信号は、毎ラインあるいは数ラインに１回、あるいはページ間には発光指令信号をオンして半導体レーザＬＤを点灯している期間に入力される。
【００７０】
一方、微分量子効率検出部９では、所定の発光量が得られる電流と、所定の発光量の一定の割合の光量が得られる電流から、微分量子効率ηを求める動作を外部のイニシャライズ指令信号とタイミング生成部８からの信号に基づいて行い、発光電流Ｉηを測定する。その発光電流Ｉηに外部から設定可能な任意の電流Ｉｓｕｂ電流を加えて、半導体レーザＬＤをスイッチングする変調電流とする。バイアス電流源５は、常に半導体レーザＬＤに電流を流す回路であるが、そのバイアス電流値は外部から設定可能なようにバイアス電流設定端子１４を備えている。
【００７１】
図８は半導体レーザ駆動回路（ＬＤドライバ）を構成するＡＳＩＣ３０と、半導体駆動装置全体の制御を司るＣＰＵ３１と、画像入力装置３２との関係を示すブロック図で、半導体レーザＬＤに、半導体レーザＬＤの温度を測る温度センサ１５を設け、半導体レーザＬＤの温度変化に応じて後述の初期化を行うようにしている。すなわち、半導体レーザＬＤの特性は前述の温度により変化するので、初期化（イニシャライズ）動作は、温度変化に応じて行い、半導体レーザＬＤの温度変化による微分量子効率ηの変動によるオフセット光の不具合を回避するようにしている。この場合、温度センサ１５を設けなくても、温度変化はある程度予想できるので、一定の時間間隔でイニシャライズを行ったり、印刷枚数や印刷ドット数をカウントして温度変化を予期してイニシャライズを行うようにしても良い。
【００７２】
なお、ＣＰＵ３１からはイニシャライズ指令信号がＡＳＩＣ３０に入力され、画像入力装置３２からは発光指令信号、遅延制御信号、閾値電流オン信号、サンプルホールド信号、発光制御信号、バイアス電流設定信号及びＩｓｕｂ設定信号がそれぞれ入力される。
【００７３】
以下、初期化及び本実施形態に係るＡＳＩＣの機能について一部既述したが、詳細に説明する。
【００７４】
（１）電源投入後、最初の半導体パワー制御（ＡＰＣ）開始前に、ＡＳＩＣ３０に接続されたＬＤユニットの閾値電流Ｉｔｈと発光電流Ｉηを個別に検出する。ここでは、この検出工程を初期化と称す。
【００７５】
（２）閾値電流Ｉｔｈはサンプルホールド回路３により設定され、初期化以降、ＡＰＣ動作により常時補正される。発光電流ＩηはＤ／Ａ部１０のコードに設定され、次の初期化まで固定値となる。
【００７６】
（３）初期化後、点灯／消灯にかかわらず約１ｍＡのバイアス電流Ｉｂｉが常に流れる。
【００７７】
（４）閾値電流Ｉｔｈはサンプルホールド回路３により設定電流Ｉｓｈとバイアス電流Ｉｂｉとを加算して生成される。すなわち、
Ｉｔｈ＝Ｉｂｉ＋Ｉｓｈ
である。発光電流ＩηはＤ／Ａ部（ＤＡＣ）１０から出力されるＤＡＣ電流Ｉｄａｃによって生成され、
Ｉη＝Ｉｄａｃ
となる。また、ＬＤ駆動電流Ｉｏｐは、

となる。
【００７８】
（５）変調信号により点灯／消灯制御が行われるが、この変調信号はＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）形式のデータ、ＤＡＴＡ、ＤＡＴＡＢ信号であり、これらのＤＡＴＡ、ＤＡＴＡＢ信号により点灯／消灯制御が行われる。
【００７９】
（６）半導体レーザＬＤ点灯の約８ｎｓ手前から閾値電流Ｉｔｈを発生し、このＩｔｈ生成期間に半導体レーザＬＤを活性化することにより、ＤＡＴＡパルス幅と同じ発光パルス幅を得る。また、半導体レーザＬＤ点灯期間に発光電流Ｉηを加算することにより正しい光量を得る。
【００８０】
（７）消灯信号による発光電流Ｉη停止を検出後、設定電流Ｉｓｈを停止させる（図９のタイミングチャート参照）。設定電流Ｉｓｈ停止前に次の設定電流Ｉｓｈを発生させる高速点灯時は、設定電流ＩｓｈはＤＣ的に発生する（図１０のタイミングチャート参照）。
【００８１】
（８）初期化完了時に温度変化があった場合、閾値電流Ｉｔｈは変動するが、発光電流Ｉηは変動しないと考えて、図１１の特性図に示すように閾値電流Ｉｔｈのみ補正する（Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２）。
【００８２】
（９）初期化後、半導体レーザＬＤが高温に推移し、高温時に半導体レーザＬＤの微分効率ηが低下する場合、同じ発光量に必要となる発光電流Ｉηは大きくなる。ＬＤ駆動電流ＩｏｐはＡＰＣにより必要な値（増加）に設定されるのに対し、発光電流Ｉηは初期化時にＤ／Ａ部１０により設定される固定値であるため、不足分は設定電流Ｉｓｈの増加で補う。その結果、Ｉｔｈ生成期間の電流が実際の閾値電流Ｉｔｈを越えて半導体レーザＬＤが発光する。すなわち、
Ｉｂｉ＋Ｉｓｈ＞Ｉｔｈ
となる。この状態は、再初期化されるまで保持される。この特性を図１２に示す。
【００８３】
（１０）初期化後、高温に推移し、Ｉｔｈ生成期間に半導体レーザＬＤが発光してしまうことに対する対策として、発光電流Ｉη検出値から任意の電流Ｉｓｕｂを加算してＤＡＣ電流Ｉｄａｃを設定する。すなわち、
Ｉｄａｃ＝Ｉη＋Ｉｓｕｂ
とする。任意の電流Ｉｓｕｂは、初期化時の発光電流ＩηＮと高温推移時の発光電流ＩηＨの差分以上の値に設定する。すなわち、
Ｉｓｕｂ＞ＩηＨ−ＩηＮ
とする。このとき、半導体レーザＬＤの駆動電流はＩｏｐは、

である。このときの特性を図１３に、また、タイミングチャートを図１４にそれぞれ示す。
【００８４】
（１１）外部端子からＩｔｈ生成期間は任意のタイミングに制御することが可能である。すなわち図１５のタイミングチャートに示すように半導体レーザＬＤ点灯の８ｎｓ以上手前から閾値電流Ｉｔｈを生成することにより、半導体レーザＬＤの熱特性による光量変動を抑えることができる。Ｉｔｈ生成期間が長くなり、半導体レーザＬＤの微弱（オフセット）発光による画像への影響が無視できない場合は、任意の電流Ｉｓｕｂ量を増やし、閾値電流Ｉｔｈ生成期間の電流を減らすようにする。これにより、オフセット発光による影響は回避することができる。
【００８５】
以上のように、本実施形態によれば、
▲１▼発光しない期間は、電流を供給しないか固定のバイアス電流を供給し、発光期間の前に発光閾値電流に近いが発光閾値電流に満たない電流を供給するようにしたので、発光の必要のない時には自然発光を抑え、発光時には発振ディレイを抑えた良好なレーザ発光パルスを得ることができる。
【００８６】
▲２▼電源投入時や、ジョブ開始時に発光閾値電流を測定する動作を行うようにしたので、微分量子効率の測定による不要な発光を必要最小限に抑え、感光体上に不要なトナー像を書いたり、感光体の減衰を抑えることができる。
【００８７】
▲３▼所定の発光量が得られる電流と、所定の発光量の一定の割合の光量が得られる電流から、微分量子効率を求める動作を行うようにしたので、発光閾値を求める動作を合理的に行うことができる。
【００８８】
▲４▼発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流と発光閾値電流との差分を設定可能にしたので、発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光の量を抑えることができる。
【００８９】
▲５▼発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流と発光閾値電流との差分を設定可能にしたので、温度変化に対する微分量試効率の変化による閾値と動作電流の差の変化があっても、自然発光量が必要以上に大きくならないようにすることができる。
【００９０】
▲６▼発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の発光閾値電流との差分が数ｍＡ以下であるようにしたので、また、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の発光閾値電流を流す時間を設定可能にしたので、さらに、自由自在に発光閾値に満たない電流を流すことが可能なので、発光時の発光ディレイを抑え、かつ、発光期間の前に供給する発光閾値に満たない電流による自然発光量を抑えることができる。
【００９１】
▲７▼半導体レーザの温度を監視し、温度上昇に応じて微分量子効率を測定し、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を制御する動作を行うようにしたので、機内温度が変化しても、自然発光量が必要以上に大きくならないようにすることができる。
【００９２】
▲８▼所定の時間間隔で微分量子効率を測定し、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を制御する動作を行うので、温度変化をモニタする手段がなくても、自然発光量が必要以上に大きくならないようにすることができる。
【００９３】
▲９▼ポリゴンミラー（回転多面鏡）を使用した光書き込み装置及びこの種の光書き込み装置を備えた画像形成装置において、上記各効果を奏することができる。
【００９４】
などの効果を奏する。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、地汚れ（カブリ）や、感光体の減衰の原因となる自然発光を抑えるとともに、発振ディレイの小さい良好なレーザ発光パルスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の機械的構成の概略を示す図である。
【図２】書き込みユニットの概略構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態における半導体レーザＬＤの電流−光量特性（ＩＬカーブ）を示す特性図である。
【図４】図３の特性図及び図５の回路図に対応した信号の波形図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体レーザ駆動装置の回路図である。
【図６】図５に示した半導体レーザ駆動回路を１チップのＡＳＩＣとして構成したときの回路図である。
【図７】図６における発光電流Ｉηを測定する方法を説明するための特性図である。
【図８】半導体レーザ駆動回路（ＬＤドライバ）を構成するＡＳＩＣと、半導体駆動装置全体の制御を司るＣＰＵと、画像入力装置との関係を示すブロック図である。
【図９】ＤＡＴＡ、ＤＡＴＡＢ信号に応じて点灯／消灯制御を行うときのタイミングを示すタイミングチャート（その１）である。
【図１０】ＤＡＴＡ、ＤＡＴＡＢ信号に応じて点灯／消灯制御を行うときのタイミングを示すタイミングチャート（その２）である。
【図１１】初期化完了時に温度変化があった場合に閾値電流Ｉｔｈのみ補正するときの特性を示す特性図である。
【図１２】初期化後、半導体レーザＬＤが高温に推移し、高温時に半導体レーザＬＤの微分効率ηが低下したときに、Ｉｔｈ生成期間の電流が実際の閾値電流Ｉｔｈを越えて半導体レーザＬＤが発光するときの特性を示す特性図である。
【図１３】初期化後、高温に推移し、Ｉｔｈ生成期間に半導体レーザＬＤが発光することのないように発光電流Ｉη検出値から任意の電流Ｉｓｕｂを加算してＤＡＣ電流Ｉｄａｃを設定したときの特性を示す特性図である。
【図１４】図１３の特性の場合の各信号の出力タイミングを示すタイミングチャートである。
【図１５】Ｉｔｈ生成期間に外部端子から任意のタイミングに制御するときのタイミングチャートである。
【図１６】点灯時に所定光量が得られる電流（Ｉｏｐ）を流し、消灯時には電流を流さないという従来例に係る制御を行う半導体レーザ駆動回路における印加電流と光量との関係を示す特性図である。
【図１７】図１６の特性を示す従来例の回路構成を示す回路図である。
【図１８】図１６の特性を示す従来例における発振ディレイの状態を示す波形図である。
【図１９】発振ディレイのバラツキを減らすため変調電流は固定値とし、バイアス電流を閾値電流の変動に合わせて変動させる制御を行う半導体レーザ駆動回路における特性図である。
【図２０】図１９の半導体レーザ駆動回路の回路構成を示す回路図である。
【図２１】発振ディレイのバラツキを減らすため、変調電流は固定値とし、バイアス電流を閾値電流の変動に合わせて変動させる制御を行う半導体レーザ駆動回路における特性図である。
【図２２】図２１の半導体レーザ駆動回路の回路構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１，７ スイッチ
２，５，６ 電流源
３ サンプルホールド回路
４ 増幅器
８ タイミング生成部
９ 微分量子効率検出部
１０ Ｄ／Ａ部
１１ 加算機
１２ 遅延部
１３ 閾値信号生成部
１５ 温度センサ
３０ ＡＳＩＣ
３１ ＣＰＵ
３２ 画像入力装置
Ｉｂｉ バイアス電流
Ｉｏｐ 駆動電流
Ｉｓｈ 設定電流
Ｉｓｕｂ 任意の電流
Ｉｔｈ 閾値電流
Ｉη 発光電流
Ｉｄａｃ ＤＡＣ電流
ＬＤ 半導体レーザ
ＰＤ フォトダイオード

Claims (21)

1. 変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動装置において、
   発光しない期間は固定のバイアス電流を供給し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給する制御手段を備えていることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動装置において、
   発光しない期間は電流の供給を停止し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給する制御手段を備えていることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
3. 前記所定の電流が発光閾値電流に近い電流であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 前記所定の電流は、バイアス電流と半導体レーザの発光状態をサンプリングして得られた電流とを加算したものであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 前記制御手段は、電源投入時及びジョブ開始時の少なくともいずれかの時点で微分量子効率を測定することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
6. 前記制御手段は、所定の時間間隔で、微分量子効率を測定することを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
7. 前記制御手段は、所定の発光量が得られる電流と、所定の発光量の一定の割合の光量が得られる電流から、微分量子効率を求めることを特徴とする請求項５または６記載の半導体レーザ駆動装置。
8. 前記制御手段は、発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない所定の電流と発光閾値電流との差分を設定する機能を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
9. 前記差分の設定は、外部端子から行われることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ駆動装置。
10. 前記差分は、初期化時の発光電流と高温推移時の発光電流の差分以上の値に設定されることを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ駆動装置。
11. 前記発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流の発光閾値電流を流す時間を設定する手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
12. 半導体レーザを所定の光量で駆動する期間を示す入力信号とは独立して発光閾値電流に満たない電流を供給する期間を示す信号を入力する手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
13. 前記制御手段が、
    変調信号によるスイッチ動作に基づいて半導体レーザに変調電流を供給する変調電流源と、
    前記変調電流源に対して並列に設けられ、固定値であるバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
    前記変調電流源に対して並列に設けられ、閾値オン信号によるスイッチ動作に基づいてサンプルホールド回路によって設定された制御電流を供給する制御電流源と、
    を含んでなることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ駆動装置。
14. 請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ駆動装置と、
    前記半導体レーザ駆動装置によって駆動された半導体レーザから出射されたレーザ光を回転多面鏡によって走査し、像担持体に光書き込みを行う手段と、
    を備えてなる光書き込み装置。
15. 前記半導体レーザおよび半導体レーザ近傍のいずれかの温度を検出する温度検出手段と、
    温度検出手段によって検出された温度に基づいて半導体レーザ駆動装置の初期化を行う初期化手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項１４記載の光書き込み装置。
16. 請求項１４または１５記載の光書き込み装置と、
    前記光書き込み装置によって像担持体に書き込まれた画像を顕像化する顕像化手段と、
    顕像化手段によって顕像化された画像を記録媒体に記録させる記録手段と、
    を備えていることを特徴とする画像形成装置。
17. 画像入力装置をさらに備え、
    前記画像入力装置によって入力された画像情報に基づいて前記記録媒体に画像を記録させることを特徴とする請求項１６記載の画像形成装置。
18. 変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動方法において、
    発光しない期間は固定のバイアス電流を供給し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給することを特徴とする半導体レーザ駆動方法。
19. 変調信号により半導体レーザを変調し、発光させる半導体レーザ駆動方法において、
    発光しない期間は電流の供給を停止し、発光期間の前に発光閾値電流に満たない所定の電流を供給することを特徴とする半導体レーザ駆動方法。
20. 前記発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を供給する時間を任意に設定することを特徴とする請求項１８または１９記載の半導体レーザ駆動方法。
21. 前記発光期間の前に供給する発光閾値電流に満たない電流を供給する期間を示す信号が、前記半導体レーザを所定の光量で駆動する期間を示す信号とは独立して入力されることを特徴とする請求項１８または１９記載の半導体レーザ駆動方法。

Images