JP2004281588A - レーザダイオード制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＤを使用している場合でも、コネクタやピン数を増加せずに駆動電流値信号を送信することで、低コストでかつある程度ＬＤ劣化の判定速度を保ったＬＤ制御装置を提供することにある。
【解決手段】複数の光源１２を備え、それぞれの光源１２ごとに個別の駆動電流測定装置１４、１６、１８を備えたレーザダイオード制御装置において、測定した複数の駆動電流値をアナログオア回路２１によって演算し、その信号を外部装置２２に伝送する構成を有しており、各光源１２を１つずつ独立に点灯することによって、前記外部装置２２に伝送された信号を基に各チャンネルの電流値を読み取るレーザダイオード制御装置。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザダイオードから放射されるレーザ光量を制御するレーザダイオード駆動回路に関し、とりわけ、デジタル複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ等において光ビームで画像の書き込みを行なうためのレーザダイオード（以下ＬＤ）制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
劣化を起こしやすい素子であるＬＤの発生した劣化を検出するためのＬＤ劣化検出回路は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２０４８９０号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＤは劣化を起こしやすい素子である上、ＬＤが劣化を起こした場合、所望の光量が得られなくなったり、発散角が変化することで異常（レーザープリンターでは画像異常など）を起こすことが多い。
このためＬＤ制御装置では通常、ＬＤの駆動電流値を監視することで、ＬＤが劣化していないかを判断し、機械の動作を停止するなどして画像異常などの不具合が発生するのを未然に防いでいる。また、工場出荷時にＬＤ劣化進行具合をチェックするために、ＬＤの駆動電流値を測定して判断することがある。
ところが、プリンタなどの画像形成装置では、ＬＤ制御装置は通常、本体制御装置とは離れた位置に配置されているため、本体制御装置とＬＤ制御装置との間をケーブルなどの信号線で接続してＬＤ駆動電流値を送信していることが多い。
このため、従来のこの種の技術では、とくに複数のＬＤを使用している場合、駆動電流値信号を本体制御装置に送信するために、ＬＤ数に応じた信号線が必要となり、コネクタやピン数増加が増加してコスト上昇が避けられない。
また、チャンネルごとに順番に点灯して電流値を測定することとして、加算回路を使用するなどして信号線をまとめた場合であっても、通常ＬＤ制御回路は高速変調を目的として常時バイアス電流を流している。
それにより他チャンネルのＬＤ点灯信号を消すだけでなく、チャンネルごとにバイアス電流を遮断する信号線が必要となる。このため、この方法でもやはり信号線の増加によってコネクタやピン数が増加してコスト上昇が避けられない。
また、コストは低減できても、各チャネルを１つずつ劣化判定するのに時間がかかるという問題がある。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、複数のＬＤを使用している場合でも、コネクタやピン数を増加せずに駆動電流値信号を送信することで、低コストでかつある程度ＬＤ劣化の判定速度を保ったレーザダイオード（ＬＤ）制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、複数のレーザダイオードを光源として備え、それぞれのレーザダイオードごとに個別の駆動電流測定装置を備えたレーザダイオード制御装置において、測定した複数の駆動電流値を演算するアナログオア回路と、該アナログオア回路により演算された信号を外部装置に伝送する伝送手段を備え、前記各レーザダイオードを１つずつ独立に点灯して前記アナログオア回路により演算することによって、前記外部装置に伝送された信号を基に各チャンネルの電流値を読み取ることを特徴とする。
請求項２記載の発明では、とくにすべてのレーザダイオードの測定電流値をアナログオア回路によって演算し、演算した信号を１本の信号線のみで外部に伝送する請求項１記載のレーザダイオード制御装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、測定した複数の電流値を幾つかのグループに分け、そのグループごとに各測定信号をアナログオア回路によって演算し、それぞれのグループに対応する演算信号を外部に伝送する構成を有するとともに、異なるグループに属するレーザダイオード同士を同時に点灯して、複数のレーザダイオードの駆動電流値を同時並行して読み取る請求項１に記載のレーザダイオード制御装置を主要な特徴とする。
請求項４の発明では、レーザダイオードにより潜像を形成する画像形成装置において、請求項１乃至３に記載のレーザダイオード制御装置を備えたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明によるＬＤ制御装置を適用するマルチレーザビームプリンタの光学系を示す概略斜視図である。このレーザビームプリンタは複数のレーザビームで同時に画像書き込みを行なう。
マルチビームレーザプリンタＡでは、図１に示すようにレーザーダイオード・ユニット（ＬＤＵ）１の内部において、それぞれ個別に制御され、なおかつ近接した複数のレーザーダイオード（ＬＤ）から射出された複数のレーザビームがＬＤＵ１内部のコリメートレンズによって平行光線となる。
この平行光線が回転多面鏡（以下ポリゴンミラー）２によって偏向走査された後、ｆ−θレンズ等から構成される結像レンズ３によってドラム状の感光体４の帯電した表面に画像を結像する。図中、６は同期検知ミラー、７は反射ミラーである。
このさいにそれぞれのレーザビームは画像信号に基いて変調されて点灯、消灯を繰り返し、ポリゴンミラー２の回転にしたがって図中矢印の主走査方向に反復して走査されると同時に、感光体４が回転して副走査を行なうことによって感光体４上に静電潜像を形成する。
形成された静電潜像は帯電した現像剤（トナー）によって現像され、さらに現像剤とは反対の電荷を与えられた転写紙等の転写材が感光体４に密着させられることで現像剤が転写材に転写される。そして、転写材が感光体４から分離した後、加熱されることで現像剤が転写材上に融着して定着が行われる。
ここで、感光体４上の走査領域外に配置された受光素子５はレーザービームを検知し、ＬＤ制御部は、受光素子５によって得られた検知信号を基に、画像が感光体４上に書き込まれる期間である有効走査期間を割り出している。
【０００６】
図２は書き込み制御部の回路構成を示すブロック図である。 各ＬＤは全く同等の方法で制御されているため、図２では、１つのＬＤの制御方法のみについて説明する。図２において中央演算処理装置（以下ＣＰＵ）８はレーザープリンタＡ全体を制御している。
画像処理部（以下ＩＰＵ）９は画像データを電気的に処理しＬＤドライバ１０等で構成される書き込み部にパラレルで画素クロックと画像データ（図中一括してＤＡＴＡ）ならびに制御信号を送信している。
書き込み部に送信された画像データはパルス幅変調（以下ＰＷＭ）部１１によって変調され、ＬＤドライバ１０に送信される。ＬＤドライバ１０は送信された信号をもとにＬＤ１２を駆動している。
そして有効走査期間外にＡＰＣ（自動電力制御）用にＬＤ１２を点灯し、サンプル＆ホールド信号（Ｓ／Ｈ信号）をサンプル状態にすることで、ＬＤパッケージに内蔵されたフォトダイオード（ＰＤ）１３で発生するモニタ電流をＡＰＣ回路内蔵のＬＤドライバ１０にフィードバックしてＡＰＣを行なう。
そして有効走査期間内においてはＳ／Ｈ信号をホールド状態にしてＬＤドライバ１０の出力電流を一定値に固定している。ＬＤドライバ１０に内蔵されたＡＰＣ回路について以下で説明する。
【０００７】
図３はＬＤドライバに内蔵されたＡＰＣ回路を示す回路ブロック図である。
ＬＤ１２には常時、発光を起こさない程度のバイアス電流がバイアス電流発生回路１４ａにより流されている。ＡＰＣ動作時にＬＤ制御装置である画像処理部９から制御信号としてＬＤ点灯信号とそれに続くサンプル信号が送出される。
ＬＤ点灯信号は図３のスイッチ回路１４をオンに切り換えるとともにサンプル信号はＳ／Ｈスイッチ１７をオンに切り換える。すると、ホールドコンデンサ１５の電圧値に基いた電流が信号電流発生回路１６からスイッチ回路１４を介してＬＤ１２に流れ込んでバイアス電流に加算されることでＬＤ１２が発光し、ＬＤ１２の光強度に比例した電流がＰＤ１３に流れ込む。
そして、Ｉ／Ｖ変換回路１８においてＰＤ１３を流れる電流値が電圧に変換される。その変換後の電圧と基準電圧がコンパレータ１９によって比較された結果に基いてホールドコンデンサ１５が充電もしくは放電されて、電圧値が変化することで、信号電流発生回路１６の出力電流がコントロールされ、ＬＤ光量が一定に制御される。
そして画像書き込み時には、Ｓ／Ｈ信号がホールド用のものに変って、Ｓ／Ｈスイッチ１７がオフに切り換わる。その結果ホールドコンデンサ１５の値が一定値に固定されるため、信号電流発生回路１６からＬＤ１２に流れる電流は一定値に固定される。
そしてＰＷＭ部１１から送出される画像データ信号に基いて、ＬＤドライバ１０内部のＬＤ変調用スイッチ回路が切り換わり、ＬＤ１２光源を変調して感光体４に画像の書き込みが行われる。
【０００８】
図４はＬＤへの入力電流とＬＤ出力光量の関係を示す特性図である。ここで、ＬＤ１２への入力電流とＬＤ出力光量の関係は図４のようになっていて、閾値電流と呼ばれる電流値まではＬＤ１２は発光せず、閾値電流を超えて初めて発光する特性を持っていることが知られている。
このため、ここではＬＤ１２を高速動作させるために、バイアス電流と呼ばれる閾値電流程度の電流値をＬＤ１２に常時流しておき、ＬＤ１２点灯の場合のみ、信号電流と呼ばれる電流をバイアス電流に加算することで高速にＬＤ制御を行なっている。
ここではマルチビームの光源として、単体のＬＤ１２を複数用いたシステムの動作を説明したが、もちろんマルチビームの光源として、１つの素子の中に個別に駆動可能な複数のＬＤ１２を内蔵したＬＤＡ（レーザダイオードアレイ）を用いたものであってもよい。
図５はＬＤ駆動電流値−電圧値変換回路を示す回路図である。このマルチビームレーザプリンタＡにおいては、図５のように各ＬＤ１２を駆動している電流量はＬＤ１２ごとに、ＬＤ駆動電流量は電流−電圧変換回路２０によって常時電圧値に変換されている。
図６はＬＤごとに電圧に変換された電流値を演算するアナログオア回路を示す回路図である。ＬＤ１２ごとに電圧に変換された電流値は、図６に示すアナログオア回路２１で演算され、その出力がＬＤ駆動装置（ドライバ）１０とは別の本体制御装置に送出される構成になっている。
ここでアナログオア回路２１について簡単に説明する。アナログオア回路２１は、図６に示すような多入力１出力のアナログ回路で、複数の入力のうち、もっとも高い入力電圧と等しい電圧が出力される回路である。このためアナログオア回路２１は別名最大値検出回路としても知られている。
図７はＬＤ駆動電流測定する検出回路全体を示す構成ブロック図である。ＬＤドライバ１０、Ｉ／Ｖ変換回路１８およびＬＤ１２からなる３つの入力側がアナログオア回路２１に接続され、出力側は基板間伝送線２３でＡＤＣ２２に接続されている。
【０００９】
図８は点灯チャンネルの電流が最大となる理由をグラフで説明する図である。無点灯状態においては、チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈｎ）ごとに少しずつ異なる値のバイアス電流が流れているため、各チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈｎ）のうち一番大きなバイアス電流値が出力される。
そこで任意の１ｃｈだけＬＤ１２をＡＰＣ点灯した場合、そのチャンネルのみバイアス電流に加えて、信号電流が流れるため、各チャンネルのバイアス電流値に多少のバラツキがあったとしても、点灯したチャンネルに一番大きな電流が流れることになる。
このため、アナログオア回路２１の電圧は点灯したチャンネルに流れる電流値を指し示すことになる。そして、全体制御装置に送信されたアナログオア回路２１の出力電圧をＡＤＣ２２等で読み取れば、その値を点灯させたチャンネルの電流値とみなすことができる。
このように、ＬＤ１２ごとに個別に測定した駆動電流値を、アナログオア回路２１によって演算した上で、演算した信号を外部に伝送する構成としたことにより、各ＬＤ１２を１つずつ独立に点灯することで、外部装置によって各チャンネルの電流値を読み取ることができる。このため、駆動電流値信号を送信するコネクタやピン数の増加は抑えることができ、それによって低コストのＬＤ制御装置を提供することができる。
図９はＬＤ駆動電流測定の測定手順を説明するフローチャートである。図９のフローチャートに示すように、チャンネル１ｃｈを点灯させて、ＡＤＣ２２で読み取り（Ｓ１）、チャンネル２ｃｈを点灯させて、ＡＤＣ２２で読み取り（Ｓ２）、チャンネル３ｃｈを点灯させて、ＡＤＣ２２で読み取る（Ｓ３）。
さらに、チャンネル４ｃｈを点灯させて、ＡＤＣ２２で読み取り（Ｓ４）、そしてチャンネルｎｃｈを点灯させて、ＡＤＣ２２で読み取る（Ｓ５）。その都度、全体制御装置に送信されたアナログオア回路２１の出力電圧をＡＤＣ２２で読み取れば、個々のＬＤ１２の動作電流を順番に測定することができる。
【００１０】
図１０はＬＤ劣化程度によるＬＤ駆動電流の違いを説明する特性図である。ＬＤ出力光量は、図１０のように入力電流がＬＤ１２の閾値電流を超えると微分量子効率と呼ばれる傾きを持って増大することが知られているが、ＬＤ１２が劣化した場合、図１０のように微分量子効率が低下することが知られている。
このため劣化したＬＤ１２をＡＰＣによって所定の光量に光らせるのには通常より大きな駆動電流が必要となるので、ここではＡＰＣ点灯時にＬＤ１２に流れる電流量を調べて、ＬＤ１２が劣化しているか否か、劣化の進行状況を調べる。図１１は図７のＬＤ駆動電流測定する検出回路の変形例を示す構成ブロック図である。マルチビームレーザプリンタについて説明するのは図７のＬＤ駆動電流測定する検出回路と同じである。
図１１のＬＤ駆動電流測定する検出回路の変形例はＬＤ１２ごとに電圧に変換された電流値をいくつかのグループに分け、そのグループごとに独立に同時並行してアナログオア回路演算・その出力送信および電流測定を行なうこと以外は前述と全く同等である。
図１１のようにグループごとに各測定信号をアナログオア回路２１、２１ａによって演算して、その結果を送信して、ＬＤ１２が劣化しているか否か、劣化が進行しているかを判断している。本発明は光ディスクや光通信などの情報・通信分野において使用されるレーザビーム光源に応用が可能である。
このように、ＬＤ１２ごとに個別に測定した電流値をいくつかのグループに分け、そのグループごとに各測定信号をアナログオア回路２１、２１ａによって演算し、それぞれのグループに対応する演算信号を外部に伝送するので、複数のＬＤ１２を使用している場合でも、コネクタやピン数の増加によるコスト上昇を抑えると同時にある程度ＬＤ１２劣化の判定速度を保ったＬＤ制御装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１および２によれば、ＬＤごとに個別に測定した駆動電流値を、アナログオア回路によって演算した上で、演算した信号を外部に伝送する構成をとり、さらに各光源を１つずつ独立に点灯することで、外部装置によって各チャンネルの電流値を読み取る構造になっており、駆動電流値信号を送信するコネクタやピン数の増加を押さえ、低コストのＬＤ制御装置を提供することができる。
請求項３によれば、ＬＤごとに個別に測定した電流値をいくつかのグループに分け、そのグループごとに各測定信号をアナログオア回路によって演算し、それぞれのグループに対応する演算信号を外部に伝送するので、複数のＬＤを使用している場合でも、コネクタやピン数の増加によるコスト上昇を抑えると同時にある程度ＬＤ劣化の判定速度を保ったＬＤ制御装置を提供することができる。 請求項４によれば、本発明のレーザダイオード制御装置を画像形成装置に採用するので、コスト的に安価な装置を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＬＤ制御装置を適用するマルチレーザビームプリンタの光学系を示す概略斜視図である。
【図２】書き込み制御部の回路構成を示すブロック図である。
【図３】ＬＤドライバに内蔵されたＡＰＣ回路を示す回路ブロック図である。
【図４】ＬＤへの入力電流とＬＤ出力光量の関係を示す特性図である。
【図５】ＬＤ駆動電流値−電圧値変換回路を示す回路図である。
【図６】ＬＤごとに電圧に変換された電流値を演算するアナログオア回路を示す回路図である。
【図７】ＬＤ駆動電流を測定する検出回路全体を示す構成ブロック図である。
【図８】点灯チャンネルの電流が最大となる理由をグラフで説明する図である。
【図９】ＬＤ駆動電流測定の測定手順を説明するフローチャートである。
【図１０】ＬＤ劣化程度によるＬＤ駆動電流の違いを説明する特性図である。
【図１１】図７のＬＤ駆動電流測定する検出回路の変形例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
１０ ＬＤドライバ
１２ 光源（ＬＤ、レーザダイオード）
１４ スイッチ回路（駆動電流測定装置）
１６ 信号電流発生回路（駆動電流測定装置）
１８ Ｉ／Ｖ変換回路（駆動電流測定装置）
２１ アナログオア回路
２１ａ アナログオア回路
２２ ＡＤＣ（外部装置）
２３ 基板伝送線（１本の信号線）

Claims (4)

1. 複数のレーザダイオードを光源として備え、それぞれのレーザダイオードごとに個別の駆動電流測定装置を備えたレーザダイオード制御装置において、測定した複数の駆動電流値を演算するアナログオア回路と、該アナログオア回路により演算された信号を外部装置に伝送する伝送手段を備え、
   前記各レーザダイオードを１つずつ独立に点灯して前記アナログオア回路により演算することによって、前記外部装置に伝送された信号を基に各チャンネルの電流値を読み取ることを特徴とするレーザダイオード制御装置。
2. すべてのレーザダイオードの測定電流値を前記アナログオア回路によって演算し、演算した信号を１本の信号線のみで外部に伝送することを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード制御装置。
3. 測定した複数の電流値を幾つかのグループに分け、該グループごとに各測定信号を前記アナログオア回路によって演算し、それぞれのグループに対応する演算信号を外部に伝送する構成を有するとともに、異なるグループに属するレーザダイオード同士を同時に点灯して、複数のレーザダイオードの駆動電流値を同時並行して読み取ることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード制御装置。
4. レーザダイオードにより潜像を形成する画像形成装置において、請求項１乃至３に記載のレーザダイオード制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images