JP2005047034A - 画像形成装置及びレーザ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で正確にドループに対する正確な補正が可能な画像形成装置及びレーザ駆動回路を提供する。
【解決手段】レーザ素子１０１に駆動電流を供給する定電流発生手段８と、画像データに基づいて定電流発生手段からレーザ素子に駆動電流を供給するスイッチング手段７と、レーザ素子の発光量を検出する発光量検出手段ＰＤ，９と、レーザの発光量を基準強度にするための基準信号を発生する基準信号発生手段１１と、発光量検出手段の出力信号と基準信号とを比較して発光量が基準強度に維持されるように定電流発生手段による出力電流を制御する光量制御手段１０を有し、光量制御手段に、画像形成領域外で１走査期間にわたり基準信号と出力信号を比較して差分を出力する比較手段と、画像形成領域で比較手段からの出力信号に応じてスイッチング手段によりレーザ素子に供給される駆動電流を制御するドループ補正手段を備えた。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザダイオード（以下、「レーザ素子」とも記す。）を光源としてその駆動を制御するレーザ駆動回路、及び、そのレーザ駆動回路が用いられるプリンタ、デジタル複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の画像形成装置に用いられるレーザ駆動回路では、レーザ素子に一定のＤＣ電流（この電流のことをバイアス電流と呼ぶ）を流しておき、それに重畳して画像データに基づいてスイッチされるスイッチ電流を流して駆動するのが一般的である。
【０００３】
レーザ素子には閾値電流なる変化点が存在し、閾値電流より小さい電流を印加しただけでは、レーザ発光せずに位相もばらばらな拡散光であるダイオード発光を行う。このダイオード発光中の光量はレーザ発光時に比べて極めて小さく、閾値電流より大きい電流を流して初めてレーザ発光を行う。
【０００４】
また、レーザ素子は印加電流に比例して発光量が変化するという特性を有するため、画像形成のために感光体を露光するレーザ素子の発光量は、レーザ素子に流れる電流量により制御され、一般的には、発光量を一定に保つために、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）制御されている。
【０００５】
ＡＰＣ制御とは、レーザ素子に内蔵されたフォトダイオードでレーザの発光量を検出して、この検出信号と発光量の目標となる所定のリファレンス値とを比較して、発光量が小さければ電流を増やして光量を上げ、大きければ電流を減らして光量を下げるという電流制御を行って、発光量を一定に保つというものである。
【０００６】
上述のＡＰＣ制御は、実際にレーザ素子を発光させて行うために、発光パターンが画像データに基づいて変動する画像形成中には行えず、基本的に画像領域外のいわゆるブランキング期間に行わる。そして、このブランキング期間で行われたＡＰＣ制御により調整された電流量が、１水平同期期間内の発光タイミングでレーザ素子に流され、画像形成が行われる。
【０００７】
ここで、レーザ素子には、流す電流量ばかりではなく温度に対しても発光量が変化するドループという温度特性があり、レーザ素子を発光させる際に同じ電流値で駆動してもレーザチップの温度によって発光量が変わる。そのため、上述したブランキング期間にＡＰＣ制御を行い、一定の電流値で１走査期間発光させても、厳密には１走査期間の発光の最初と最後では発光量が変わっている。この現象は、レーザ素子が発光するとレーザチップ自体の温度が上昇するので、この温度の影響を受けて発光量が落ちるためである。
【０００８】
このドループによる発光量の変化を補正する方法として、発光パターンが一定となっている画像形成中にＡＰＣ制御する方法（特許文献１）や、１走査期間の最後の画像領域外でドループによる補正量を決定して保持し、次のラインの画像領域で補正を行う方法（特許文献２）が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２４０３４５号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５４６９７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１による方法では、予め１走査分の画像情報を記憶して、所定の時間以上連続してレーザ素子を発光させる画像情報があるか否かの判断をして、画像形成中にＡＰＣ制御を行う期間を決定するものであり、画像形成中にＡＰＣ制御する期間の情報を記憶して、画像形成中に前記画像情報に基づくレーザ発光と同期してＡＰＣ制御を行ってドループによる補正を行う物であったので、回路構成が複雑になるばかりか、十分な容量の記憶領域を備えた記憶装置が余分に必要となるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献２による方法では、１走査期間の最後の画像領域外でドループによる補正量を決定し、この補正量に対応した電圧を記憶して次のラインの画像領域でコンデンサに充電することにより、レーザ駆動電流に補正電流を重畳して補正を行うものであったので、１走査期間中の任意の時間での補正が正確に出来ない、補正電流を重畳するための回路が余分に必要であるという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、簡単な構成でドループに対する正確な補正が可能な画像形成装置及びレーザ駆動回路を提供する点にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明による画像形成装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、レーザ素子に駆動電流を供給する定電流発生手段と、画像データに基づいて前記定電流発生手段から前記レーザ素子に駆動電流を供給するスイッチング手段と、前記レーザ素子の発光量を検出する発光量検出手段と、前記レーザ素子の発光量を基準強度に制御するための基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記発光量検出手段の出力信号と前記基準信号とを比較して前記レーザ素子の発光量が基準強度に維持されるように前記定電流発生手段による出力電流を制御する光量制御手段を有するレーザ駆動回路により、画像データに基づいて光変調されたレーザ光を感光体上に照射して画像を形成する画像形成装置であって、前記光量制御手段に、画像形成領域外で１走査期間にわたり前記基準信号と前記出力信号を比較して差分を出力する比較手段と、画像形成領域で前記比較手段からの出力信号に応じて前記スイッチング手段により前記レーザ素子に供給される駆動電流を制御するドループ補正手段を備えた点にあり、このように構成することにより、１走査期間のドループによるレーザ素子の発光量の変動特性を把握できるので、その変動特性に応じて適切に駆動電流を制御して発光量を一定に維持することが可能となる。
【００１４】
同第二の特徴構成は、請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記ドループ補正手段に、前記比較手段からの出力信号を記憶する記憶装置を設け、前記記憶装置に記憶された出力信号に基づいて前記駆動電流を制御する点にある。
【００１５】
同第三の特徴構成は、請求項３に記載した通り、上述の第二特徴構成に加えて、前記ドループ補正手段は、１走査期間内の所定インタバルで前記駆動電流を制御する点にある。
【００１６】
同第四の特徴構成は、請求項４に記載した通り、上述の何れかの特徴構成に加えて、前記比較手段は、画像形成単位毎に作動される点にある。
【００１７】
さらに、本発明によるレーザ駆動回路の第一の特徴構成は、請求項５に記載した通り、レーザ素子に駆動電流を供給する定電流発生手段と、画像データに基づいて前記定電流発生手段から前記レーザ素子に駆動電流を供給するスイッチング手段と、前記レーザ素子の発光量を検出する発光量検出手段と、前記レーザ素子の発光量を基準強度に制御するための基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記発光量検出手段の出力信号と前記基準信号とを比較して前記レーザ素子の発光量が基準強度に維持されるように前記定電流発生手段による出力電流を制御する光量制御手段を有するレーザ駆動回路であって、前記光量制御手段に、画像形成領域外で１走査期間にわたり前記基準信号と前記出力信号を比較して差分を出力する比較手段と、画像形成領域で前記比較手段からの出力信号に応じて前記スイッチング手段により前記レーザ素子に供給される駆動電流を制御するドループ補正手段を備えた点にある。
【００１８】
同第二の特徴構成は、請求項６に記載した通り、前記ドループ補正手段に、前記比較手段からの出力信号を記憶する記憶装置を設け、前記記憶装置に記憶された出力信号に基づいて前記駆動電流を制御する点にある。
【００１９】
同第三の特徴構成は、前記ドループ補正手段は、１走査期間内の所定インタバルで前記駆動電流を制御する点にある。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で正確にドループに対する補正が可能な画像形成装置及びレーザ駆動回路を提供することができるようになった。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明によるレーザ駆動回路を画像形成装置の一例であるレーザビームプリンタに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、レーザビームプリンタは、像担持体である感光体ドラム４と、回転駆動される感光体ドラム４上に均一帯電する一次帯電器３と、一次帯電器３により均一帯電された感光体ドラム４上に画像データに基づいて変調されるレーザ光を照射して静電潜像を生成する露光手段であるレーザスキャナ１と、生成された静電潜像にトナー粒子を付着して顕像化する現像器２と、現像されたトナー象をカセットＣに収容され、給紙された記録紙に転写する転写ローラ５と、トナー像が転写された記録紙にトナーを溶融定着する定着器６とを備えて構成される。
【００２２】
図２に示すように、前記レーザスキャナ１は、内部にレーザ光の一部を検出するフォトダイオード（以下、「ＰＤ」と記す。）が設けられた半導体レーザ素子１０１を備えてあり、レーザ素子１０１から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ１０２及び絞り１０３によりほぼ平行光に形成され、所定のビーム径で回転多面鏡１０４に入射する。回転多面鏡１０４は矢印の方向に等速度で回転しており、この回転に伴って入射光が連続的に角度を変える偏向ビームとなって反射される。
【００２３】
偏向ビームとなったレーザ光はｆ−θレンズ１０５によって集光作用を受け感光体４上に照射される。ｆ−θレンズ１０５は走査の時間的な直線性を保つように補正を行うため、偏向ビームは像坦持体である感光体ドラム４上に矢印方向に等速で走査される。ＢＤセンサ１０６は回転多面鏡１０４からの反射光を検出するセンサであり、ＢＤセンサ１０６の検出信号は回転多面鏡１０４の回転とデータの書き出しの同期を取るための同期信号として用いられる。
【００２４】
ＰＤの検出信号を用いてレーザダイオード１０１のＡＰＣ制御が行なわれる。図３に示すように、レーザ駆動回路は、レーザ素子に駆動電流を供給する定電流発生手段８としての電流源と、画像データに基づいて定電流発生手段８からレーザ素子１０１に駆動電流を供給するスイッチング手段７としてのスイッチング回路と、レーザ素子１０１の発光量を検出する発光量検出手段ＰＤ，９と、レーザ素子１０１の発光量を基準強度に制御するための基準信号を発生する基準信号発生手段１１と、発光量検出手段ＰＤ，９の出力信号と前記基準信号とを比較してレーザ素子１０１の発光量が基準強度に維持されるように定電流発生手段８による出力電流を制御する光量制御手段１０を有する。
【００２５】
具体的に説明すると、電流源によりレーザ素子１０１のレーザダイオード（以下、「ＬＤ」と記す。）を駆動する電流値が設定され、Ｖｉｄｅｏ信号（画像信号）に基づきＬＤが駆動され点灯する。ＬＤの消灯時には、駆動電流が負荷抵抗ＲＬに印加される。ＬＤが点灯するとその光がＰＤに照射され発光量に応じて光電変換により電流に変換され、光電変換された電流がＩ／Ｖ変換回路９により電圧に変換されて制御回路１０に入力される。図４に示すように、制御回路１０では、ＢＤセンサ１０６の検出信号時点から画像領域に到る所定時間前に点灯されたＬＤの発光量をＩ／Ｖ変換回路９により検出し、基準電圧と等しくなるように電流源８に対して設定電圧信号を出力することによりＡＰＣ制御する。その後、ＬＤは画像領域に到るまで消灯され、画像領域でＶｉｄｅｏ信号（画像信号）に基づきＬＤが駆動されて露光プロセスが実行される。
【００２６】
さらに、前記光量制御手段１０に、画像形成領域外で１走査期間にわたり前記基準信号と前記出力信号を比較して差分を出力する比較手段と、画像形成領域で前記比較手段からの出力信号に応じて前記スイッチング手段によりＬＤに供給される駆動電流を制御するドループ補正手段を備えてある。
【００２７】
詳述すると、このＡＰＣ制御完了後の非画像領域でＬＤを１走査期間連続点灯し、制御回路１０で電圧変換された発光量と基準電圧とを逐次比較してその差を検出して補正量を決定し、制御回路１０内にある記憶装置１０ａに記憶する。
【００２８】
つまり、画像形成のための走査時には、図４に示すように、ドループの影響によりＬＤの光量が走査方向に走査されるに従い低下する傾向があり、その光量低下の程度を基準電圧と比較するものであり、全走査領域で光量が一定になるように駆動電流の補正量を決定するのである。
【００２９】
そして、画像形成中は記憶装置１０ａに記憶された補正量に基づき１走査毎に電流源８に対して設定電圧を変更してドループによる発光量の変動を補正するのである。図４中の画像領域期間の破線は通常のドループ補正を行わない時の様子を示したものであり、画像領域の最初はＡＰＣにより調整された発光量で発光しているが、走査するに従ってドループにより発光量が減少している。一方、実線はドループ補正手段を兼ねるＡＰＣにより調整された発光量であり、この差分を補正するための補正量が記憶装置１０ａに記憶される。尚、記憶装置１０ａには補正量でなく、検出された差分値そのものを記憶して、その差分値に基づいて電流源８に対する設定電圧を制御するものであってもよい。
【００３０】
前記補正量または差分は、画像領域の走査開始から終了に対応する間を所定のインタバルでサンプリングして記憶し、実際の画像領域の走査時にそのサンプリングタイミングで電流源８に対する設定電圧を制御する。尚、ここで、サンプリングタイミングは等間隔でなくてもよく、少なくともドループによる光量変動の影響が顕在化しないような間隔で行なうことが好ましい。
【００３１】
上述した補正量の決定は画像形成単位の先頭で行うことにより装置の環境温度等により発光量が次第に変動した場合でも、その変動量を含んで補正することになりより正確な発光量の補正が可能となる。
【００３２】
上述した実施形態における制御ブロックは適宜公知の回路技術を用いて構成できるが、本発明は、その具体的回路構成を限定するものではなく、所期の効果を達成できるものであれば種々の回路構成が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の要部構成を示す説明図
【図２】レーザスキャナの光学系の構成図
【図３】レーザ駆動回路の要部回路構成の概略図
【図４】レーザ発光量の変化を示す図
【符号の説明】
１：レーザスキャナ
２：現像器
３：帯電器
４：感光ドラム
５：転写ローラ
６：定着器
７：スイッチング手段（スイッチング回路）
８：定電流発生手段（電流源）
９：発光量検出手段（Ｉ／Ｖ変換回路）
１０：光量制御手段（制御回路）
１０１：レーザ素子（半導体レーザ）
１０２：コリメータレンズ
１０３：絞り
１０４：回転多面鏡
１０５：ｆ−θレンズ
１０６：ＢＤセンサ

Claims (7)

1. レーザ素子に駆動電流を供給する定電流発生手段と、画像データに基づいて前記定電流発生手段から前記レーザ素子に駆動電流を供給するスイッチング手段と、前記レーザ素子の発光量を検出する発光量検出手段と、前記レーザ素子の発光量を基準強度に制御するための基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記発光量検出手段の出力信号と前記基準信号とを比較して前記レーザ素子の発光量が基準強度に維持されるように前記定電流発生手段による出力電流を制御する光量制御手段を有するレーザ駆動回路により、画像データに基づいて光変調されたレーザ光を感光体上に照射して画像を形成する画像形成装置であって、
   前記光量制御手段に、画像形成領域外で１走査期間にわたり前記基準信号と前記出力信号を比較して差分を出力する比較手段と、画像形成領域で前記比較手段からの出力信号に応じて前記スイッチング手段により前記レーザ素子に供給される駆動電流を制御するドループ補正手段を備えた画像形成装置。
2. 前記ドループ補正手段に、前記比較手段からの出力信号を記憶する記憶装置を設け、前記記憶装置に記憶された出力信号に基づいて前記駆動電流を制御する請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記ドループ補正手段は、１走査期間内の所定インタバルで前記駆動電流を制御する請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記比較手段は、画像形成単位毎に作動される請求項１から３の何れかに記載の画像形成装置。
5. レーザ素子に駆動電流を供給する定電流発生手段と、画像データに基づいて前記定電流発生手段から前記レーザ素子に駆動電流を供給するスイッチング手段と、前記レーザ素子の発光量を検出する発光量検出手段と、前記レーザ素子の発光量を基準強度に制御するための基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記発光量検出手段の出力信号と前記基準信号とを比較して前記レーザ素子の発光量が基準強度に維持されるように前記定電流発生手段による出力電流を制御する光量制御手段を有するレーザ駆動回路であって、
   前記光量制御手段に、画像形成領域外で１走査期間にわたり前記基準信号と前記出力信号を比較して差分を出力する比較手段と、画像形成領域で前記比較手段からの出力信号に応じて前記スイッチング手段により前記レーザ素子に供給される駆動電流を制御するドループ補正手段を備えたレーザ駆動回路。
6. 前記ドループ補正手段に、前記比較手段からの出力信号を記憶する記憶装置を設け、前記記憶装置に記憶された出力信号に基づいて前記駆動電流を制御する請求項５記載のレーザ駆動回路。
7. 前記ドループ補正手段は、１走査期間内の所定インタバルで前記駆動電流を制御する請求項６記載のレーザ駆動回路。

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