JP2005064053A

JP2005064053A - 光量制御装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2005064053A
Application number: JP2003207651A
Authority: JP
Inventors: Chikao Ikeda; 周穂池田; Hideki Moriya; 秀樹守屋; Hidehiko Yamaguchi; 英彦山口; Masao Omori; 雅夫大森
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-08-15
Filing date: 2003-08-15
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-15
Also published as: JP4649824B2

Abstract

【課題】光量制御に用いる受光器が出力する光電流を用いてレーザの発光波形を観察できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】発光素子ＬＤ１、ＬＤ２と、発光素子からの光を受光する受光素子１１と、受光信号を入力する入力回路（ＡＰＣ回路６００の反転入力端子に接続される回路部分）と、受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成するＡＰＣ回路６００と、制御信号に基づいて受光素子を駆動する駆動手段１００とを備え、入力回路は目標光量の変化による入力端子（ＡＰＣ回路６００の反転入力端子に相当する）の電位変化を補償する補償電流（Ｉ１、Ｉα）を受光信号に重畳する補償電流源３３１、３４２を有し、入力端子の電位と補償電流源の電流値とに基づいて、発光素子の発光量に対応した光量モニタ信号を出力する光量モニタ手段３５０を具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の駆動制御に関し、特にレーザゼログラフィにその光源として用いられるレーザ素子の駆動に用いて好適な光量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ素子を光源とするレーザゼログラフィの分野では、より高解像度化、より高速化の要求が強くなってきている。入力画像データに応じてレーザ素子の駆動をオン／オフ制御する速度（以下、変調速度と記す）には限度がある。レーザ光のビーム数を１本とした場合には、主走査方向の解像度のみならず、副走査方向の解像度をも上げようとすると、変調速度が犠牲にならざるを得ない。したがって、変調速度を上げずに副走査方向の解像度を上げるためには、レーザ光のビーム数を増すしかない。レーザ光のビーム数を例えば４本にした場合は、変調速度が１本の場合と同じと仮定すると、主走査・副走査方向の解像度を２倍に向上できる。
【０００３】
レーザゼログラフィにその光源として用いられる半導体レーザは、レーザ光が活性層と平行な方向に取り出される構造の端面発光型レーザ素子（以下、端面発光レーザと記す）と、レーザ光が活性層に垂直な方向に取り出される構造の面発光型レーザ素子（以下、面発光レーザと記す）とに大別される。従来、レーザゼログラフィでは、レーザ光源として一般的に端面発光レーザが用いられていた。
【０００４】
しかしながら、レーザ光のビーム数を増やすという観点からすると、端面発光レーザは技術的に難しいとされており、構造上、端面発光レーザよりも面発光レーザの方がレーザ光のビーム数を増やすのに有利である。このような理由から、近年、レーザゼログラフィの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるために、レーザ光源として、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。
【０００５】
ところで、半導体レーザの駆動装置では、当該半導体レーザの光量を受光器で検出し、その検出光量に基づいて自動的に光量制御を行う自動光量制御（ＡＰＣ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路が用いられる。この光量制御に当たっては、面発光レーザの場合、レーザ光を活性層に垂直な方向に出射するという構造上の制約から、ハーフミラーを含む光学系によって出射光の一部を分離し、この分離した光をモニタ光として受光器に入射させることによって面発光レーザの光量を検出する構成が採られている。
【０００６】
このように、面発光レーザ、光学系および受光器の各素子がアセンブリされた構成となっていると素子相互の位置精度が悪く、そのような状況下でモニタ光を確実に受光できるようにするには受光器の受光面積を大きく設定する必要があるため、受光器の寄生容量が非常に大きくなる。このため、受光器の検出出力を受けて光量制御を行う回路系では、受光器の検出出力を低インピーダンスで受けないと、光量制御に必要な応答性を確保できない。
【０００７】
しかも、面発光レーザの場合は、面発光レーザと受光器との間にハーフミラーを含む光学系が介在するなどの理由によって受光器の出力電流（光電流）自体が非常に小さく、端面発光レーザの受光電流が１００μＡ程度であるのに対して数μＡ程度の微弱電流である。このような微弱な光電流を低い抵抗値の負荷で電圧に変換すると、面発光レーザの光量検出電圧は端面発光レーザと比較して二桁小さくなってしまい、このあとの差動増幅器のゲインだけでは自動光量制御に必要な負帰還時のゲインが不足し光量制御の精度が低下する。
【０００８】
このような光量制御において、レーザの発光波形を観察できるようにしておくことは、開発時の動作確認や調整だけでなく、量産時にも製造工程でのビーム調整などで必要である。
【０００９】
従来のレーザ駆動回路では例えば特許文献１に記載されているように、光量制御のための受光器出力（光電流）を抵抗で受けて電圧に変換した後、差動増幅器を介して出力する方法が知られている。このような方法によれば、発光波形は抵抗の端子電圧で観察することができる。ところが面発光レーザの場合には走査速度を上げる代わりにビーム数を増やしているため、１本あたりのビーム光量は端面発光レーザよりも一桁小さい。さらに光量制御に使用する受光器は端面発光レーザと異なり、感光体に向かう中心部分だけのビームを分岐し受光するので受光光量はさらに減少する。また、レーザから受光器までの距離が長いため入射の位置精度を抑えるのが難しく、受光器の面積が大きくなる。よって寄生容量は大きくなる。一方、面発光レーザはビーム本数が多いため１ビーム当たりの制御時間が長くなることは許されない。制御時間を端面発光のシングルレーザ並みに抑えようとすると受光器の出力電圧が変動しないことが望ましい。これは寄生容量が大きいために、受光器の出力電圧が変動すると、受光器が出力する光電流（受光電流）が寄生容量の充放電に使われ、制御に寄与しないためである。
【００１０】
このため、受光器が出力する光電流の値が変化しても、常に一定の条件で光電流を処理することで光量制御を行うことが望まれる。これを実現する技術として例えば特許文献２のように、レーザがオフの時に、レーザがオンしている時に得られる光電流に相当する電流（補償電流）を補償する方式、特許文献３のように光電流を相殺する方式、特許文献４のように演算増幅器の負帰還を利用し電位の変動を抑えるもの等がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６２−１６９３８６号公報
【特許文献２】
特開昭５４−１４２９８７号公報
【特許文献３】
特開昭５９−９０２４２号公報
【特許文献４】
特開昭６２−４０７８９号公報
【発明が解決しようとする課題】
これらの方式において、レーザの発光波形を観察するためには、光電流を電圧に変換する必要がある。ところが、特許文献２では光電流が無いときに光電流と等しい電流を流しているため、ノードの電位は変化しない。従って、光電流を電圧に変換しても、発光波形を観察することはできない。また、特許文献３では光電流に相当する電流を差し引いているため、差し引かれたあとのノード電位は変化しない。従って、同様に発光波形を観察することはできない。更に、特許文献４では受光器が接続されたノードは仮想接地となっており電位は変化しない。従って、発光波形を観察することはできない。なお、電流モードで動作する方式でレーザ駆動電流を制御するトランジスタの制御電位を観察することも考えられるが、トランジスタの制御電圧は電流に比例しない上、レーザには閾値電流があるため制御電圧から発光波形を予測することはできない。
【００１２】
本発明は上記従来技術の問題点を解決し、光量制御に用いる受光器が出力する光電流を用いてレーザの発光波形を観察できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、請求項１に記載のように、発光素子と、前記発光素子からの光を受光する受光素子と、該受光素子からの受光信号を入力する入力回路と、前記受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器と、前記制御信号に基づいて前記受光素子を駆動する駆動手段とを備えた光量制御装置において、前記入力回路は前記目標光量の変化による入力端子の電位変化を補償する補償電流を前記受光信号に重畳する補償電流源を有し、前記入力端子の電位と前記補償電流源の電流値とに基づいて、前記発光素子の発光量に対応した光量モニタ信号を出力する光量モニタ手段とを具備する光量制御装置である。この補償電流があるにもかかわらず、実際の自動光量制御の負帰還では応答性や発振しないように帰還量を抑えていることなどの理由により、僅かに変動する。つまり、この変動は負帰還が理想的でないことで生じる誤差電流と言える。よって、この誤差電流と補償電流とを用いると、光電流の変動を抽出することができ、発光素子の光量を示す光量モニタ信号が生成できる。
【００１４】
上記光量制御装置において、請求項２に記載のように、前記補償電流源は、前記発光素子がオフしている時に、オンしている時と同じ前記入力端子の電位とする電流源を含む構成とすることができる。この構成によれば、負帰還系を高速に収束させることができる。
【００１５】
上記光量制御装置において、請求項３に記載のように、前記前記補償電流源は、前記発光素子がオンしている時に、前記発光素子の目標光量の変化によらず前記入力端子の電位を一定とする電流源を含む構成とすることができる。この構成によれば、目標光量を変えた場合にも負帰還系を高速に収束させることができる。
【００１６】
上記光量制御装置において、請求項４に記載のように、前記光量モニタ手段は、前記補償電流源の電流値と前記光量モニタ信号とに応じた電位を生成する手段と、該電位と前記入力端子の電位とを比較する差動増幅器を有する構成とすることができる。上記構成によれば、補償電流源と出力されるべき光量モニタ信号とに応じた電位と前記入力端子電位とを比較しているため、精度の高い光量モニタ信号を得ることができる。
【００１７】
上記光量制御装置において、請求項５に記載のように、前記補償電流源の電流値と前記光量モニタ信号とに応じた電位を生成する手段と、該電位と前記入力端子の電位とを比較する差動増幅器と、該差動増幅器の出力で制御されるとともに、前記目標光量に応じた電流を生成するカレントミラー回路とを有し、該カレントミラー回路の出力電流は前記光量モニタ信号に相当する構成とすることができる。カレントミラー回路を用いた簡単な構成で光量モニタ信号を生成することができる。
【００１８】
上記光量制御装置において、請求項６に記載のように、前記入力回路は、前記受光信号と前記補償電流を増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段の主要部と共通構成の主要部を持ち、前記補償電流に応じた基準電流を増幅する第２の増幅手段とを有し、前記誤差増幅器は、前記第１及び第２の増幅手段の出力に基づいて前記制御信号を生成し、前記入力回路はカレントミラー回路を含み、前記光量モニタ回路は、前記カレントミラー回路により補償電流が重畳された前記受光信号を複製して得られた電流に基づいて前記入力端子の電位に対応する信号を生成し、当該信号と前記補償電流源の電流値とに基づいて、前記発光素子の発光量に対応した信号を出力する構成とすることができる。光電流を増幅する第１の増幅手段に対し、上記構成の第２の増幅手段を設け、これらの増幅手段の出力信号に基づいて制御信号を生成しているため、第１及び第２の増幅手段にそれぞれ同様に含まれる誤差を相殺することができ、光量制御を高い精度で行うことができるとともに、受光信号を増幅する第１の増幅手段とは別に、入力端子の電位を再現する前記光量モニタ信号を生成する光量モニタ手段を設けたため、精度良く光量モニタ出力を生成することができる。
【００１９】
本発明はまた、請求項７に記載のように、前記カレントミラー回路は前記補償電流が重畳された光電流を増幅するとともに、増幅後の出力から前記補償電流を差し引く電流源を有する構成とすることができる。上記構成によれば、光量モニタ信号のうち過渡的に変化する部分の多くは補償電流で決まっているため、補償電流の精度を高めることで光量モニタ手段の応答性を向上させることができる。
【００２０】
上記光量制御装置において、請求項８に記載のように、前記光量モニタ手段は、前記光量モニタ信号が流れる負荷と、該負荷に定常的にバイアス電流を供給する電流源とを有する。定常的にバイアス電流を供給するので、光量検出の不感帯が発生することがない。
【００２１】
上記光量制御装置において、請求項９に記載のように、前記第１及び第２の増幅手段は複数段のカレントミラー回路を有する構成とすることができる。
【００２２】
また、本発明は請求項１０に記載のように、複数の発光素子と、感光体と、前記複数の発光素子からの光ビームを感光体上に照射するための光学系と、前記複数の発光素子の光量を制御する光量制御装置とを有し、該光量制御装置は請求項１から請求項９のいずれか一項記載の画像形成装置を含む。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。光量制御装置は、複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に共通に設けられた受光器１１、ＡＰＣ回路６００及び駆動部１００を有する。受光器１１、ＡＰＣ回路６００及び駆動部１００はフィードバックループを形成し、各発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の発光光量が目標光量になるように自動的に制御する機能を持つ。また、光量制御装置は後述する光量モニタ手段として機能する光量モニタ回路３５０を有する。
【００２４】
駆動部１００は、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２を駆動する。図１では便宜上２つの発光素子ＬＤ１、ＬＤ２のみを示しているが、実際にはより多くの発光素子が駆動部１００に接続されている。発光素子ＬＤ１、ＬＤ２は例えば面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）である。受光器１１が複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に共通に設けられている。受光器１１は例えばフォトダイオードからなり、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２から発せられる光を受光し、その光量に応じた光電流Ｉｐｄを出力ラインＬ上に出力する。出力ラインＬには、受光器１１の寄生容量（主に、フォトダイオードの空乏層容量）Ｃｏが存在する。
【００２５】
ＡＰＣ回路６００はオペアンプを含む回路構成を有する。ＡＰＣ回路６００の詳細は図５を参照して後述するが、以下ではＡＰＣ回路６００はオペアンプであるとして説明する。出力ラインＬはＡＰＣ回路６００の反転入力端子に接続されている。出力ラインにはスイッチＳＷＰを介して電流源３３１が接続されている。電流源３３１は電源ＶＤＤに接続され、全ての発光素子ＬＤ１、ＬＤ２がオフの時はスイッチＳＷＰはオンし、電流源３３１からＡＰＣ回路６００の反転入力端子に補償電流Ｉ１が与えられる。他方、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の少なくとも１つがオンしている時は受光器１１からの光電流Ｉｐｄ（受光電流ともいう）がＡＰＣ回路６００の反転入力端子に与えられる。電流Ｉ１は目標光量に対応する受光器１１からの光電流Ｉｐｄに等しい値を持つ。補償電流Ｉ１を供給することにより、出力ラインＬの電位変動が抑えられＡＰＣの収束性が向上する。ＡＰＣ回路６００の反転入力端子は負荷（第１の負荷）５１０を介してグランドに接続されている。負荷５１０に光電流Ｉｐｄ又は補償電流Ｉ１が流れることで、対応する電圧（検出電圧という）がＡＰＣ回路６００の非反転入力端子６００に与えられる。
【００２６】
ＡＰＣ回路６００の非反転入力端子には、電流源３３２が接続されている。電流源３３２は、電流源３３１が供給する補償電流Ｉ１と同じ大きさの電流Ｉ１（モニタ補償電流という）を供給する。ＡＰＣ回路６００の反転入力端子は、負荷（第４の負荷）５４０を介してグランドに接続されている。負荷５４０と負荷５１０は、同一の抵抗値を有する。電流源３３２の電流Ｉ１が負荷５４０に流れることで、ＡＰＣ回路６００の非反転入力端子には目標光量に対応した電圧（基準電圧）が発生する。ＡＰＣ回路６００は、光電流Ｉｐｄと基準電流との差に応じた出力電圧を発生する。
【００２７】
スイッチ１１０とコンデンサＣ１１１、Ｃ１１２はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）を構成する。発光素子ＬＤ１の駆動時に、スイッチ１１０がコンデンサＣ１１１側に切り替ることで、ＡＰＣ回路６００で検出された誤差電圧がコンデンサＣ１１１にホールドされる。同様に、発光素子ＬＤ２の駆動時に、スイッチ１１０がコンデンサＣ１１２側に切り替ることで、ＡＰＣ回路６００で検出された制御電圧がコンデンサＣ１１２にホールドされる。駆動回路１１３_１、１１３_２は発光素子ＬＤ１、ＬＤ２を駆動する駆動部１００を構成する。コンデンサＣ１１１とＣ１１２、更にはスイッチ１１０を含めて駆動部１００と定義しても良い。駆動回路１１３_１、１１３_２は、コンデンサＣ１１１、Ｃ１１２のホールド電圧に応じて発光素子ＬＤ１、ＬＤ２をそれぞれ駆動する。駆動回路１１３_１、１１３_２の各々と発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の各々の間には、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２を駆動するタイミングでオン（閉）状態になるスイッチ１１４_１、１１４_２が設けられている。
【００２８】
光量モニタ回路３５０は、電流源３４２、スイッチＳＷＱ、負荷（第２の負荷）５２０、差動アンプ（オペアンプ）６２０、トランジスタＭ１、Ｍ２及び負荷（第３の負荷）５３０を含んで構成されている。なお、図１に示す光量モニタ回路３５０は、モニタ補正電流Ｉαを供給する補正電流源３６２を含んでいるが、これについては後述する。なお、図１モニタ補正電流と同一の電流Ｉαを供給する補正電流源３６１についても後述する。電流源３４２と負荷５２０と差動アンプ６２０はそれぞれ、電流源３３２、負荷５４０及びＡＰＣ回路６００で構成される回路と同様の回路を構成する。電流源３４２は、電流源３３１が供給する補償電流Ｉ１と同じ大きさの補償電流Ｉ１を負荷５２０に供給する。光電流Ｉｐｄが出力されている時は、スイッチＳＷＱはオフである。他方、光電流Ｉｐｄが出力されない時、スイッチＳＷＱがオンする。負荷５２０に流れる電流に対応する電圧が差動アンプ６２０の反転入力端子に与えられる。差動増幅器６２０の非反転入力端子には、負荷５１０で生成された検出電圧が与えられる。負荷５２０は、負荷５１０や５４０と同じ抵抗値を有する。差動アンプ６２０の出力端子は、カレントミラー回路を構成するトランジスタＭ１とＭ２のゲートに接続されている。トランジスタＭ１とＭ２のソースは共通に接続され、トランジスタＭ１のドレインは負荷５２０と非反転入力端子との接続ノードに接続されている。トランジスタＭ２のドレインは負荷５３０を介して接地される。負荷５３０にはモニタ用電流が流れ、負荷５３０の両端に発生する電圧を光量モニタ出力とする。負荷５３０は他の負荷５１０、５２０、５４０と異なる抵抗値であってもよいし、同一でもよい。また、トランジスタＭ１とＭ２のカレントミラー回路の増幅度は１であってもよいし、１を超える値であってもよい。
【００２９】
差動アンプ６２０の出力はトランジスタＭ１のゲート電圧を制御し、ＡＰＣアンプ６００の非反転入力端子の電位に、差動アンプ６２０の非反転入力端子の電位が等しくなるようにする。光電流Ｉｐｄが出力されている時には、差動アンプ６２０の出力は、光電流Ｉｐｄが負荷５１０に流れることで生成される非反転入力端子の電位と、反転入力端子の電位とが等しくなるように、トランジスタＭ１とＭ２で構成されるカレントミラー回路を制御する。ここで、レーザ光量制御での負帰還制御の限界（収束に要する時間はゼロではない）により負荷５１０の端子電圧は僅かに変動する。この変動を負荷５３０で再現するために、差動アンプ６２０で負荷５２０と負荷５１０との差電圧を検出し、誤差電圧をトランジスタＭ１のゲートに与える。この制御によりトランジスタＭ１には受光電流に等しい電流が流れ、そして、トランジスタＭ１に流れる電流をトランジスタＭ２で複製して、これをモニタ用電流として負荷５３０に流す。この結果、負荷５３０を介して光電流Ｉｐｄに対応した電圧が光量モニタ出力として得られる。このように、わずかに変化する受光器出力電位を利用し負帰還によって光電流Ｉｐｄに対応する電流を生成することで、制御性を損なうことなく光量モニタ波形を得る方法を提供する。
【００３０】
ここで、好ましくは、図１に示すように、補正電流Ｉαを供給する補正電流源３６１と、モニタ補正電流Ｉαを供給する補正電流源３６２を設ける。補正電流源３６１の補正電流は補償電流の一形態である。つまり、図１の構成において光電流に重畳される補償電流は、電流源３３１が供給する補償電流Ｉ１と、電流源３６１が供給する補正電流Ｉαとを含む。補正電流源３６１はスイッチＳＷＸを介して負荷５１０に接続されている。また、補正電流源３６２はスイッチＳＷＹを介して負荷５２０に接続されている。スイッチＳＷＸ及びＳＷＹは、光量を補正するために使用され、発光素子ＬＤ１とＬＤ２のいずれかがオン（点灯）しているときにオンする。スイッチＳＷＸをオフにしておくと、上述したように光電流Ｉｐｄと補償電流Ｉ１とが等しくなるように光量制御が行われる。これに対し、スイッチＳＷＸをオンにすることで上記補正電流を加味した光量制御は、ＡＰＣ回路６００の非反転入力端子側、つまり負荷５４０に流れ込む電流Ｉ１と反転入力側に流れ込む電流、つまり光電流Ｉｐｄと補正電流Ｉαとが等しくなるように行われる。換言すれば、光電流Ｉｐｄが補償電流から補正電流を引いた値に等しくなるような光量制御が行われる。この光量制御は目標光量をＩ１からＩ１−Ｉαに補正した場合に相当する。スイッチＳＷＸをオン、オフしても、負荷５１０の電位は変化しないので、負帰還回路の収束性を悪化させることはない。このような補正電流源３６１を設けたことに対応して、光量モニタ回路３６０にも補正電流源３６２を設けてある。
【００３１】
以上、今まで説明してきた図１に示す光量制御装置を要約すると、この光量制御装置は、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２と、前記発光素子からの光を受光する受光素子１１と、該受光素子からの受光信号を入力する入力回路（ＡＰＣ回路６００の反転入力端子に接続される回路部分）と、前記受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器として機能するＡＰＣ回路６００と、前記制御信号に基づいて前記受光素子を駆動する駆動手段１００とを備えた光量制御装置であって、前記入力回路は前記目標光量の変化による入力端子（ＡＰＣ回路６００の反転入力端子に相当する）の電位変化を補償する補償電流（Ｉ１、Ｉα）を前記受光信号に重畳する補償電流源３３１、３４２を有し、前記入力端子の電位と前記補償電流源の電流値とに基づいて、前記発光素子の発光量に対応した光量モニタ信号を出力する光量モニタ手段として機能する光量モニタ回路３５０を具備するものである。
【００３２】
このように目標光量を補正することができるので、例えばアレイ状に配列された発光素子単位で目標光量を補正することができ、より細かな光量制御を実現することができる。
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２の実施形態による光量制御装置を示す図である。図中、図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。出力ラインＬ上の電流は第１の増幅手段として機能するカレントミラー回路３６０で電流増幅されて、ＡＰＣアンプ６００の反転入力端子に接続された負荷５１０に与えられる。また、カレントミラー回路３６０には、電流源３３４からバイアス電流Ｉ２が供給されている。また、カレントミラー回路３６０と主要部が同一構成のカレントミラー回路３７０が設けられている。カレントミラー回路３７０は第２の増幅手段として機能し、カレントミラー回路３６０を含む負帰還系のダミー回路として設けられている。カレントミラー回路３７０には、電流源３３５からバイアス電流Ｉ２が供給されている。カレントミラー回路３７０の出力は、ＡＰＣアンプ６００の非反転入力端子に接続された負荷５４０に与えられる。カレントミラー回路３６０、３７０はバイアス電流Ｉ２が供給されたインピーダンス変換回路として機能し、バイアス電流Ｉ２により入力を低インピーダンスで受け、高インピーダンスで出力する。このインピーダンス変換により応答性良く、高速動作が可能になる。カレントミラー回路３６０は、負荷５１０に供給する電流と同じ電流を複製し、負荷５３０に供給する。負荷５３０には、電流源３４５と、スイッチＳＷＹを介して電流源３６２とが接続されている。電流源３４５は、カレントミラー回路３６０の出力電流から補償電流Ｉ１に等しい一定電流Ｉ１を差し引くために設けられている。同様に、カレントミラー回路３６０の負荷５１０側の出力端子には、一定電流Ｉ１を受光電流から差し引くための電流源３４６が設けられている。また、電流源３６２は、スイッチＳＷＹがオンすると、カレントミラー回路３６０の出力電流から電流Ｉαを差し引く。発光素子ＬＤ１、ＬＤ２のいずれかがオンしている時には、スイッチＳＷＰはオフでスイッチＳＷＸ及びＳＷＹは必要に応じてオンしている。また、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２のいずれもがオフの時には、スイッチＳＷＰがオンし、スイッチＳＷＸ、ＳＷＹがオフしている。更に、負荷５３０には、電流源３３７が、スイッチＳＷＵを介して接続されている。スイッチＳＷＵはスイッチＳＷＰがオフのときオンし、電流源３３７は負荷５３０に補償電流Ｉ１を供給する。この補償電流Ｉ１と電流源３３１が供給する補償電流Ｉ１は同一の電流値である。
【００３３】
前述したように、負帰還系の負帰還制御の限界（収束に要する時間はゼロではない）により負荷５１０の端子電圧は僅かに変動する。この変動が負荷５３０で再現される。この結果、負荷５３０を介して発光波形に対応した電圧を得ることができる。
【００３４】
図３は、図２に示す光量制御装置の回路図である。図３中、図２と同一の構成要素には同一の参照番号を付してある。カレントミラー回路３６０は２段構成で、前段はトランジスタＱ１１とＱ１２で構成され、後段はトランジスタＱ１３とＱ１４で構成される。また、後段にはトランジスタＱ２６が接続され、負荷５１０に供給される電流と同じ電流が複製される。同様に、カレントミラー回路３７０は２段構成で、前段はトランジスタＱ１５とＱ１６で構成され、後段はトランジスタＱ１７とＱ１８で構成される。電流源３３４は、１段目のカレントミラー回路の入力に接続されており、ＡＰＣ回路６００を含む負帰還系の時定数よりも、寄生容量Ｃｏと入力インピーダンスとの積からなる時定数を小さくするために、カレントミラー回路３６０を高速に動作させるためのバイアス電流Ｉ２をカレントミラー回路３６０に供給する。１段目のカレントミラー回路の入力電流に電流源３３４からのバイアス電流Ｉ２が加算され、インピーダンスが変換される。
同様に、電流源３３５は、１段目のカレントミラー回路の入力に接続されており、補償電流Ｉ１よりも大きなバイアス電流Ｉ２を供給する。１段目のカレントミラー回路の入力電流に電流源３３５からのバイアス電流Ｉ２が加算され、インピーダンスが変換される。
【００３５】
このように、カレントミラー回路３６０、３７０で形成されるインピーダンス変換回路に補償電流Ｉ１とバイアス電流Ｉ２を加え、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２をオン、オフした際の受光器１１の出力ラインＬ上の電圧変動を抑制すると共に、カレントミラー回路３６０、３７０の入力インピーダンスを低くし応答性を向上している。また、カレントミラー回路３７０はバイアス電流Ｉ２に応じた一定の出力を有し、カレントミラー回路増幅部３６０は受光信号とバイアス電流Ｉ２とに応じた出力を有し、ＡＰＣ回路６００はこれら２つの出力の差に相当する差動誤差信号を出力するので、オフセット電流を相殺することができる。
【００３６】
トランジスタＱ２１とＱ２２はカレントミラー回路を構成し、トランジスタＱ２１とＱ２５はカレントミラー回路を構成する。これらのカレントミラー回路は、電流源３３４に起因するカレントミラー回路３６０に含まれるバイアス電流を、電流源３５５に起因するカレントミラー回路３７０の出力電流に基づいて差し引くために設けられている。つまり、カレントミラー回路３６０とカレントミラー回路３７０とは全く同一に作られ、カレントミラー回路３７０には電流源３５５によってバイアス電流Ｉ２のみが入力されているため、カレントミラー回路３７０には電流源３５５に起因するバイアス電流のみがトランジスタＱ２１に流れ込む。したがって、トランジスタＱ２１とカレントミラーを構成するトランジスタＱ２５は、トランジスタＱ２６の出力電流から光量波形に不要なバイアス電流を差し引く。これにより、光量モニタ出力にバイアス電流が影響しないようにしている。
【００３７】
オペアンプで構成される差動増幅器３４０はバッファとして機能し、電流Ｉ２に対応した電圧を生成し、ＡＰＣ回路６００の非反転入力端子に出力する。この電圧が差動増幅の非反転入力になる。他方、トランジスタＱ１４は光電流Ｉｐｄ（又は補償電流Ｉ１）にバイアス電流Ｉ２が加算された電流を出力するが、トランジスタＱ２２の作用により電流Ｉ１＋Ｉ２が差し引かれるので、負荷５１０には目標光量に対する誤差電流のみが与えられる。光電流Ｉｐｄが目標光量に対応している場合には、ＡＰＣアンプ６００の反転入力端子の電圧は非反転入力電圧に一致する。相違する場合には、誤差電圧がＡＰＣアンプ６００から出力される。
【００３８】
トランジスタＱ２６は、トランジスタＱ１４に流れる電流Ｉｐｄ（Ｉ１）＋Ｉ２を複製する。複製された電流が負荷５３０に流れることで発生する電圧が光量モニタ出力となる。電流源３３７はスイッチＳＷＵを介して負荷５３０に電流Ｉ１を供給する。もしもレーザの自動光量制御による誤差が全くない場合には光電流入力端子の電位は変動せず、電流源３３７の電流がそのまま光量モニタ電流となる。電流源３４８は、光量モニタ用のバイアス電流源であり、負荷５３０に一定電流を流し込むようにしてある。これにより、微小光量時に不感帯を生じさせないようにすることができる。これに代えて、フィードバックループで光量がゼロの時に光量モニタ出力が一定の電圧、又はゼロになるように制御することもできる。このように、図３の回路構成における光量モニタ回路は、トランジスタＱ１３とＱ２６からなるカレントミラー回路、電流源３３７と３４８、負荷５３０を含む構成である。
【００３９】
オペアンプで構成される差動増幅器３５６は、差動増幅器３４０の出力電圧とトランジスタＱ２５のドレイン電圧との差に応じた電圧をトランジスタＱ２３とＱ２４のゲートに印加する。トランジスタＱ２３はトランジスタＱ２２に直列に接続され、トランジスタＱ２４はトランジスタＱ２５に直列に接続されている。
トランジスタＱ２５は、トランジスタＱ２６が出力する電流からバイアス電流Ｉ２を差し引くために設けられている。差動増幅器３５６は、トランジスタＱ２２とＱ２５にそれぞれ流れる電流が等しくなるように制御する。
【００４０】
このように、ＡＰＣ回路６００が比較する電圧は、途中で重畳されたバイアス電流Ｉ２を含まない電流に起因したものなので、動作点が変化することがない。
そして、カレントミラーを用いた増幅器がある場合にカレントミラーで光電流Ｉｐｄを含んだ電流の複製を作製して増幅後に光電流Ｉｐｄに加えた電流に対応した電流を差し引くことで制御性を損なうことなく光量モニタ波形を得ることができる。
【００４１】
なお、図３に示すように、各電流源を外部制御信号で制御できる構成とすることが好ましい。電流値Ｉ１の電流源３３１、３３７及び３３２は光量制御装置１０の内部で共通に接続され、外部接続端子Ｔ１に接続されている。外部接続端子Ｔ１には電圧源Ｖ１が接続されており、この電圧源Ｖ１の電圧値を変化させることで、電流値Ｉ１を調整することができる。同様に、電流値Ｉ２の電流源３３４と３５５とは光量制御装置の内部で共通に接続され、外部接続端子Ｔ２に接続されている。外部接続端子Ｔ２には電圧源Ｖ２が接続されており、この電圧源Ｖ２の電圧値を変化させることで、電流値Ｉ２を調整することができる。更に、電流値Ｉαの電流源３６１と３６２とは光量制御装置１０の内部で共通に接続され、外部接続端子Ｔ３に接続されている。外部接続端子Ｔ３には電圧源Ｖ３が接続されており、この電圧源Ｖ３の電圧値を変化させることで、電流値Ｉαを調整することができる。
〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３の実施形態による光量制御装置を示す図である。出力ラインＬはスイッチＳＷＰを介して電流源３３１に接続されている。電流源３３１は補償電流Ｉ１を供給するもので、スイッチＳＷＰとグランドとの間に位置している。スイッチＳＷＰと出力ラインＬとの接続ノードはＡＰＣ回路６００の反転入力端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されている。
補償電流Ｉ１と同じ電流を供給する電流源３３２は、差動アンプ６２０の反転入力端子とグランドとの間に接続されている。また、差動アンプ６２０の反転入力端子と電流源３３２との接続ノードは、抵抗Ｒ２を介して接地されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とは同じ抵抗値を持つ。トランジスタＭ１のドレインと電流源３３２とは、スイッチＳＷＱを介して接続されている。
【００４２】
受光器１１の出力を電流源３３１と直接に接続し、その接続点をＡＰＣ回路６００（オペアンプ）に入力するのではフィードバックループのゲインが大きくなりすぎ、発振する可能性がある。そこで、上記接続点には抵抗Ｒ１を接続してインピーダンスを下げて、フィードバックでの発振を防止している。同様に、光量モニタ回路にも抵抗Ｒ２を設けてある。
〔第４実施形態〕
次に、図５から図７を参照して、本発明の第４実施形態に係る光量制御装置について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の第４実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。図５において、光量制御装置１０は複数個の発光素子を駆動する。図５の構成では、光量制御装置１０は３２個の発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を駆動する。換言すれば、光量制御装置１０は３２チャネル構成である。各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２は面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）で形成され、マトリクス状に配置されている。光量制御装置１０は例えばＩＣチップで形成され、内部に以下に説明する回路を備える。
【００４４】
光量制御装置１０は各チャネル毎に、つまり発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２毎にドライバ１００_１〜１００_３２を有する。また、光量制御装置１０は各チャネルに共通の制御部として、共通制御電位設定回路２００、電流アンプ３００、光量モニタ４００、強制点灯回路５００、ＡＰＣ回路６００を有する。電流アンプ３００は、前述した第１から第４実施形態に係る構成を有する。強制点灯回路５００はＡＰＣ回路６００の負荷の大きさを調整でき、かつ画像信号の描画開始位置を決めるために必要な発光素子の強制点灯機能を備えたものである。
【００４５】
ドライバ１００_１〜１００_３２は、上記各チャネルに共通の制御部からの信号を、バス１５０を介して受け取り、それぞれ発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を駆動制御するための制御を行う。具体的には、ドライバ１００_１〜１００_３２は各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２の光量制御を行うＡＰＣ制御と、ＡＰＣ制御後の変調制御とを行う。後述するように、ＡＰＣ制御では、ドライバ１００_１〜１００_３２は発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２に印加する電圧と電流との両方を制御する。電圧駆動時、ドライバ１００_１〜１００_３２は各端子ＣＯＵＴを介して、発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２のカソードにそれぞれ接続されているコンデンサＣｄ_１〜Ｃｄ_３２を制御する。
電流駆動時、ドライバ１００_１〜１００_３２は各端子ＬＤＯＵＴを介して、各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２に流れる電流量を制御する。
【００４６】
ドライバ１００_１〜１００_３２は複数個ずつが、端子ＬＤＣＯＭを介して共通に接続されるとともに、負荷１０５に接続されている。図５の構成では、ドライバ１００_１〜１００_４のＬＤＣＯＭ端子は共通に接続され、一端がグランドに接続された負荷１０５の他端に接続されている。各ドライバ１００_１〜１００_３２は対応する発光素子を駆動していないときには、駆動電流に対応する電流（相補出力）を出力する。この電流を負荷１０５に流すことにより、発光素子の点灯の数等に依存することなく常に一定の電流が光量制御装置１０に流れるようにして、動作の安定化を図っている。
【００４７】
光量制御装置１０は、各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２のレーザ光量をＡＰＣ制御で適切な値に設定した後、変調制御を行う。ＡＰＣ制御の概略は次の通りである。まず、発光素子ＬＤ１のレーザ光量を調整する。ドライバ１００_１は発光素子ＬＤ１を駆動する。各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２に共通に設けられた受光器ＰＤ（例えばフォトダイオードであって、前述の受光器１１に相当する）には、発光素子ＬＤ１のレーザ光量に応じた電流が流れる。電流アンプ３００は受光器ＰＤに流れる電流に対し、スイッチＳＷＳａをオンし、電流源４５０からの加算電流を加算した電流を低インピーダンスで受けて増幅する。この場合、スイッチＳＷＳｂがオンすることで電流源４６０から供給される基準電流で加算電流を相殺し、残った電流を基準電圧Ｖｒｅｆ２に接続された抵抗に供給して電流アンプ３００が出力する電流を電圧に変換し、この電圧（検出電圧という）を、スイッチＳＷ１９を介してＡＰＣ回路６００に出力する。ＡＰＣ回路６００はオペアンプ６１と、１つのスイッチ（ＳＷｆｂ１〜ＳＷｆｂ３２の何れか１つ）とコンデンサ（Ｃｆｂ１〜Ｃｆｂ３２の何れか１つ）との直列回路とを複数個備える。図１〜図４に示すＡＰＣ回路６００は、図５のオペアンプ６１に相当する。各直列回路はオペアンプ６１の出力端子と反転入力端子との間に接続されている。各直列回路はサンプルホールド回路を構成する。１つのサンプルホールド回路が１つの発光素子に対応する。例えば、スイッチＳＷｆｂ１とコンデンサＣｆｂ１とのサンプルホールド回路は、発光素子ＬＤ１に対応する。同様に、スイッチＳＷｆｂ３２とコンデンサＣｆｂ３２とのサンプルホールド回路は、発光素子ＬＤ３２に対応する。
【００４８】
オペアンプ６１は、発光素子ＬＤ１を駆動したときの差電圧を増幅しバス１５０の対応する信号線に出力する。ドライバ１００_１はこの差電圧がゼロになるように発光素子ＬＤ１に与える駆動電流を変化させる。これにより、発光素子ＬＤ１のレーザ光量が変化し、受光器ＰＤに流れる電流量が変化する。受光器ＰＤに流れる電流に応じた検出電圧が電流アンプ３００からＡＰＣ回路６００に出力される。このようなフィードバック制御により、電流アンプ３００の入力出力に加えられた加算電流は相殺される結果消え、ＡＰＣ基準電圧Ｖｒｅｆで発生した基準電流に対応するレーザ光量となるように発光素子ＬＤ１の駆動状態を設定する。なお、この駆動状態の設定とは、発光素子ＬＤ１に与える駆動電圧と駆動電流の両方をＡＰＣ基準電圧Ｖｒｅｆに対応する値に調整することを意味している。
【００４９】
このようにして発光素子ＬＤ１を制御している間、ＡＰＣ回路６００の３２個のサンプルホールド回路のうち、スイッチＳＷｆｂ１のみがオンとなっており、発光素子ＬＤ１のレーザ光量がＡＰＣ基準電圧Ｖｒｅｆに相当する値に収束する際の電圧がコンデンサＣｆｂ１に蓄積される。以下同様に、発光素子ＬＤ２〜ＬＤ３２を順番に１つずつＡＰＣ制御する。
【００５０】
なお、後述するように、ＡＰＣ制御は２回行うことが好ましい。２回目のＡＰＣ制御では、１回目のＡＰＣでオンしていたスイッチＳＷＳａをオフする。電流アンプ３００の出力側に供給されている相殺電流は基準電流＋加算電流（補正電流Ｉαに相当する）がそのままであるため、受光電流Ｉｐｄは基準電流Ｉ１＋加算電流Ｉαに対応する電流で制御が行われる。ＡＰＣ回路６００中の３２個のサンプルホールド回路を１回目及び２回目のＡＰＣ制御で共通に用いることができるが、２回目のＡＰＣ制御用に新たに３２個のサンプルホールド回路を設けてもよい。
【００５１】
光量モニタ回路４００は、電流アンプ３００に流れる電流から各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２のレーザ光量を示す光量モニタ信号を出力するもので、前述の図１〜図４に示す構成のいずれかを有する。
【００５２】
強制点灯回路５００は、ＡＰＣ制御を行う前に必要となる同期信号を生成する回路である。光量制御装置１０が組み込まれる複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像処理装置では、画像を描画する位置を正確に決定するために、描画開始位置の少し手前に光センサを設け、発光素子が出力する光が光センサを横切るタイミングに基づき描画開始位置を決定している。
【００５３】
図７に、本発明の光量制御装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例と、各センサ出力とを示す。レーザゼログラフィ装置におけるレーザ光走査系の基本的な構成は、次の通りである。レーザ光源１０ｄから出射されたレーザ光は、レンズ１５、ポリゴンミラー１２及びレンズ１３、１４を介して感光体表面１６に照射される。そして、ポリゴンミラー１２の回転により、上記レーザ光が感光体表面１６を繰り返し走査する。また、レーザ光源１０ｄから出射されたレーザ光の一部は、半透過型ミラー１９を介して受光器１１に入力する。図７において、このときの受光器１１の出力を光量制御センサ出力として示し、描画開始位置の少し手前に設けられた光センサの出力をＳＯＳ（ＳｔａｒｔｏｆＳｃａｎ）センサ出力として示す。ＡＰＣのための領域は、走査領域の前後に設けられている。なお、参照番号１８は前述した光量制御装置１０に相当する。
【００５４】
前述したように、発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２の個々のレーザ光量は端面レーザに比べ小さいので、複数個を同時にＯＮさせて、ＳＯＳセンサ上を走査する。この場合、特に二次元に配列された発光素子のうち、中央部分に位置する複数の発光素子のみをＯＮすることが好ましい。しかしながら、ＡＰＣ制御では発光素子を１つずつＯＮさせて条件設定（フィードバックループのゲイン）を行っているため、所定数の発光素子を同時にＯＮさせてしまっては、ＡＰＣ制御のフィードバックループが発振してしまう可能性がある。従って、この問題点を解決するために、強制点灯回路５００は、変調信号（変調データ）に応じて電流アンプ３００の負荷の大きさを変化させる。つまり、ＯＮすべき発光素子の数に応じた負荷を電流アンプ３００の出力に接続する。図示する構成では、複数の抵抗がスイッチを介して電流アンプの出力に接続されている。オペアンプ６１に着目すれば、強制点灯回路５００は、ＯＮすべき発光素子の数に応じて電流電圧変換ゲインを小さくし全体として負帰還のゲインが変わらないようにする。このような構成により、常に１つの発光素子のみをＯＮさせた状態と等価な状態が得られるため、換言すれば、フィードバックループのゲインは１つの発光素子のみをＯＮさせた状態の値となる。この結果、フィードバックループが発振してしまうのを防止することができる。
【００５５】
共通制御電位設定回路２００は、各ドライバ１００_１〜１００_３２内で必要とされる各種の電流を生成するために必要な制御電位を生成する回路である。図５の構成では、共通制御電位設定回路２００は、各ドライバ１００_１〜１００_３２内で流れるバイアス電流を設定するための共通電位を生成する回路と、オフセット電流を生成するための共通電位を生成する回路とを備えている。バイアス電流とオフセット電流とは典型的な例であって、各ドライバ１００_１〜１００_３２は駆動と制御に必要なその他の電流を生成するために必要な制御電位を設定することができる。バイアス電流設定用の共通制御電位は、演算増幅器（オペアンプ）２１１、電流源２１２，２１３及び負荷２１４，２１５を含む回路で生成される。オフセット電流設定や他の電流設定用の共通制御電位もそれぞれ同様の回路で生成される。外部からのバイアス電流設定信号に応じて、電流源２１２は指示された電流を負荷２１４に供給する。負荷２１４の端子電圧がオペアンプ２１１のプラス側端子に与えられる。定電圧源２１６に接続された定電流源２１３は、オペアンプ２１１の出力に応じた電流を負荷２１５に流す。負荷２１５の端子電圧がオペアンプ２１１のマイナス側端子に与えられる。オペアンプ２１１は、電流源２１３がバイアス電流設定信号で設定されたバイアス電流と同一の電流を流すように電流源２１３を制御する。このときのオペアンプ２１１の出力信号は、バス１５０の対応するバス線に出力される。他方、定電圧源２１６のプラス側電圧がバス１５０の対応するバス線に出力される。このバス線は、夫々の共通制御電位に共通であって、かつ各ドライバ１００_１〜１００_３２に共通である。このように、外部から設定されたバイアス電流値が差分電圧の形でバス１５０を介して各ドライバ１００_１〜１００_３２に供給される。各ドライバ１００_１〜１００_３２は後述するようにして、受け取った差分電圧からバイアス電流を生成する。この結果、たとえ定電圧源２１６の電源電圧が変動しても、上記電位差は一定となり、電源電圧の変動による影響を回避することができる。なお、オペアンプ２１１の出力電圧と定電圧源２１６の電圧とは、平衡二線で伝送することが好ましい。
【００５６】
次に、図６を参照してドライバ１００_１〜１００_３２の内部構成について説明する。各ドライバ１００_１〜１００_３２は同一構成なので、以下では１〜３２の添え字を省略し、単にドライバ１００として説明する。
【００５７】
ドライバ１００は２つの乗算器２１、２２を有する。乗算器２１は電流源３０を制御するために設けられ、乗算器２２は図５に示すコンデンサＣｄ１〜Ｃｄ３２のうちの対応する１つを制御するために設けられている。以下、便宜上、対応する１つのコンデンサをＣｄとし、図６に破線で示す。コンデンサＣｄはレーザへの駆動電圧が立ち上がる短い時間電圧源として機能する。電流源３０は対応する発光素子ＬＤに流す電流を生成し、電圧源として機能するコンデンサＣｄは対応する発光素子ＬＤに駆動電圧を与える。
【００５８】
ここで、面発光レーザの駆動電流と駆動電圧（端子電圧）との関係（電圧−電流特性）は、面発光レーザの内部抵抗が高いことから実用的な範囲では比例関係（直線関係）となり、また、駆動電流とレーザ光量との関係も実用的な範囲で比例関係（直線関係）となる。このような特性を踏まえて、１回目のＡＰＣ制御において電流源３０の電流量は発光素子ＬＤのレーザ光量が基準光量（第１の光量）となるように決められ、２回目のＡＰＣ制御においてレーザ光量が第２の光量となるように決められる。同様に、１回目のＡＰＣ制御においてコンデンサＣｄが蓄積する駆動電圧は発光素子ＬＤのレーザ光量が基準光量（第１の光量）となるように決められ、２回目のＡＰＣ制御においてレーザ光量が第２の光量となるように決められる。これらの２つの値を用いた内挿又は外挿処理により、レーザ光量を任意の光量に補正することができるようになる。
【００５９】
乗算器２１と２２は４象限アナログ乗算器を用いることができ、その乗算器に接続されるべき電圧源としてコンデンサを用いることができる。各乗算器２１、２２の入力は差動構成となっている。各乗算器２１、２２の＋と−で表記された２つの差動入力をそれぞれＶ１ａ、Ｖ１ｂ及びＶ２ａ、Ｖ２ｂとすると、差動構成の各乗算器２１、２２はＩｏｕｔ＝α（Ｖ１ａ−Ｖ１ｂ）（Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ）で記述される電流を出力する。ただし、αは定数である。
【００６０】
このようなレーザ駆動装置では、各乗算器２１及び２２の一方の入力端子（乗数端子）には補正信号が入力し、他方の入力端子（被乗数端子）には制御電圧が入力する。通常差動で構成する乗算器の相補出力の＋側出力を利用した場合オフセット電流が存在するが上記各乗算器２１及び２２にオフセットが存在してもその出力に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２によりＡＰＣ時当該オフセットがキャンセルされる。補正信号は、レーザ光の走査位置によりレーザ光量が異なる状況を考慮したもので、レーザ光の走査位置に応じた制御電圧を有する。
【００６１】
まず、第１のＡＰＣ制御により、第１の光量（基準値とする）を次のように設定する。スイッチＳＷＳａはオン、ＳＷＳｂはオフ、ＳＷ１はオフ、ＳＷ２はオフ、ＳＷ３はオフ、ＳＷ５−１はオン、ＳＷ５−２はオフ、ＳＷ５−３はオフ、ＳＷ５−４はオン、ＳＷ６−１はオン、ＳＷ６−２はオフ、ＳＷ６−３はオフ、ＳＷ６−４はオン、ＳＷ７はオフ、ＳＷ８はオン、ＳＷ１１はオン、ＳＷ１１−１はオン、ＳＷ１１−２はオフ、ＳＷ１２はオフ、ＳＷ１３はオン、ＳＷ１５−１はオフ、ＳＷ１５−２はオン、ＳＷ１６はオフ、スイッチＳＷＳａをオンに設定する。また、第１の光量を設定する際には、各乗算器２１及び２２の乗数端子に０Ｖの補正信号を与える。この状態では、乗数が０であるため、被乗数端子にどのような制御電圧が入力されても各乗算器２１及び２２はオフセット電圧を出力する。また、図５に示すＡＰＣ回路６００のオペアンプ６１には、第１のＡＰＣ基準電圧Ｖｒｅｆ１が与えられる。オペアンプ６１は、発光素子ＬＤのレーザ光量が第１のＡＰＣ基準電圧Ｖｒｅｆ１となるような制御電圧を出力する。この制御電圧は図６のスイッチＳＷ８、オペアンプ２６、インバータ２８及びスイッチＳＷ１１を通り、電流源３０に与えられる。電流源３０は受け取った制御電圧に応じた電流を発光素子ＬＤに与える。また、オペアンプ２６が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサＣ３−１に格納される。補正信号は０Ｖに設定されているため、乗算器２１はオフセット電圧を出力する。よって、コンデンサＣ１は、上記制御電圧と乗算器２１から出力されるそのオフセット電圧との差電圧で充電される。他方、図５のオペアンプ６１が出力する制御電圧は、コンデンサＣ２に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサＣ４−１に格納される。補正信号は０Ｖに設定されているため、乗算器２２はオフセット電圧を出力する。よって、コンデンサＣ２には制御電圧と乗算器２２のオフセット電圧との差電圧で充電される。
【００６２】
そして、第２のＡＰＣ制御により第２の光量（これを補正光量という）を次のように設定する。スイッチＳＷＳａはオフ、ＳＷＳｂはオフ、ＳＷ１はオフ、ＳＷ２はオフ、ＳＷ３はオフ、ＳＷ５−１はオフ、ＳＷ５−２はオン、ＳＷ５−３はオン、ＳＷ５−４はオフ、ＳＷ６−１はオフ、ＳＷ６−２はオン、ＳＷ６−３はオン、ＳＷ６−４はオフ、ＳＷ７はオフ、ＳＷ８はオフ、ＳＷ１１はオフ、ＳＷ１１−１はオン、ＳＷ１１−２はオフ、ＳＷ１２はオフ、ＳＷ１３はオン、ＳＷ１５−１はオフ、ＳＷ１５−２はオフ、ＳＷ１６はオフ、ＳＷＳａをオフに設定する。また、第２の光量を設定する際には、各乗算器２１及び２２の乗数端子に所定電圧の補正信号を与える。更に、スイッチＳＷＳａがオフになっていることからオペアンプ６１は、第１のＡＰＣ制御に対し、電流源４５０の加算電流分、受光器ＰＤからの光量が増大するように制御電圧を出力する。この制御電圧は図６のスイッチＳＷ８、オペアンプ２６、インバータ２８及びスイッチＳＷ５−２、ＳＷ５−３、乗算器２１、抵抗Ｒ１１、キャパシタＣ１を通り、電流源３０に与えられる。電流源３０は、受け取った制御電圧に応じ、受光器ＰＤからの電流を、基準電流から、この基準電流に加算電流を加えた電流へと変化させる。また、オペアンプ２６が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサＣ３−２に格納される。コンデンサＣ１は、上記制御電圧と乗算器２１の出力との差電圧で充電される。第１のＡＰＣ制御において発光素子ＬＤに与えられる電流をＩとすれば、第２のＡＰＣ制御において発光素子ＬＤに与えられる電流はＩ＋ΔＩと記述することができる。他方、図５のオペアンプ６１が出力する制御電圧は、コンデンサＣ２に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサＣ４−２に格納される。コンデンサＣ２には制御電圧と乗算器２２の出力との差電圧で充電される。第１のＡＰＣ制御においてコンデンサＣ２に格納される電圧をＶとすれば、第２のＡＰＣ制御においてコンデンサＣ２に格納される電圧はＶ＋ΔＶと記述することができる。
【００６３】
ここではスイッチＳＷ６−１、ＳＷ６−４をオン、ＳＷ６−２、ＳＷ６−３をオフしたが、２回目以降のＡＰＣではＳＷ６−３、ＳＷ６−１をオン、ＳＷ６−２、ＳＷ６−４をオフとしてもよく、この方が変調時と同じ条件のため精度向上が期待できる。
【００６４】
発光素子ＬＤの変調時には、レーザ光の走査位置に応じた光量補正量に対応した補正電圧が各乗算器２１、２２の乗数端子に入力される。それにより、乗算器２２、コンデンサＣ２及びオペアンプ２６で構成される電圧源から面発光レーザに印加される駆動電圧、及び電流源３０から発光素子ＬＤに供給される駆動電流の双方が同時に制御され、上記レーザ光の走査位置に応じて補正された光量にて発光素子ＬＤの発光がなされる。
【００６５】
コンデンサＣ１には直列に抵抗Ｒ１１を接続する。すなわち、本実施形態では、コンデンサＣ１を含むサンプルホールド回路をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチＳＷ１１のオン／オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。また、このローパスフィルタにはコンデンサＣ１１を並列に接続する。これにより、ローパスフィルタの時定数に依って負帰還ループの位相が遅れることを防止できる。同様に、コンデンサＣ２に直列に抵抗Ｒ２１を接続することで、これを含むサンプルホールド回路をローパスフィルタで構成する。
これにより、スイッチＳＷ８のオン／オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。更に、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２１で構成されたローパスフィルタに、負帰還ループの位相遅れを防止するためのコンデンサＣ２１を並列に接続し、負帰還ループでの発振を防止する。
【００６６】
電圧印加時間調整回路８００は、スイッチＳＷ２を制御して発光素子ＬＤに電圧を印加する時間を調整する。この電圧はコンデンサＣｄに蓄積された電圧である。前述したように、本実施形態では、発光素子ＬＤに与える電圧と電流との両方を制御して発光素子ＬＤを駆動する。発光素子ＬＤを駆動する際、まず電圧で駆動し次に電流で駆動する。電圧駆動の電圧印加時間を調整可能にすることで、図５のＬＤＯＵＴ端からレーザまでの配線が長く立ち上がりに時間がかかる場合のように発光素子ＬＤの実装状態に応じた電圧印加時間を適切に設定することができる。
【００６７】
電圧印加時間調整回路８００は、遅延回路８１と排他的論理和回路８２とを２組有する。２つの遅延回路８１は、インバータ８３で図示するように接続されている。遅延回路８１は、電圧印加時間信号と変調信号とを受け取り、電圧印加時間信号に従って変調信号を遅延させる。一方の遅延回路８１の出力信号と変調信号との排他的論理和をとり、その出力信号でスイッチＳＷ２をオンさせる。この結果、出力信号は変調信号の立ち上がりで立ち上がり、遅延した変調信号の立ち上がりで立ち下がる第１のパルスと変調信号の立ち下がりで立ち上がり、遅延した変調信号の立ち下がりで立ち下がる第２のパルスを発生する。つまり、遅延回路８１の遅延時間と同じパルス幅で電圧を変調信号の立ち上がり時と立ち下り時に印加するようになる。このようにして、適切な電圧印加時間を設定することが可能になる。同様に、他方の遅延回路８１と排他的論理和回路８２の作用によりスイッチＳＷ１を制御しえＯＦＦバイアスを供給することで、発光素子ＬＤがオンからオフへの動作を制御する（高速化する）。
【００６８】
電流生成回路７００は、図５に示す共通制御電位設定回路２００が出力する電流毎の差分電圧を受け取り、差分電圧に応じた電流を生成する。電流生成回路７００のオペアンプ３４と定電流源３２とは基準共通電位と基準オフセット電位で形成される差分電圧を受け取り、差分電圧に応じたオフセット電流を生成する。
オフセット電流はスイッチＳＷ１６を介して負荷２４に流れる。オフセット電流に応じてコンデンサＣ２の端子電位が決まり、これにより電圧源として機能するコンデンサＣ２が発光素子ＬＤに与える駆動電圧を調整することができる。駆動電圧を調整することで、駆動パルスをオーバーシュートさせ、短いパルス幅までレーザを追従させることでハイライトの再現性を高めることができ、駆動電圧を少し大きめに設定することで画像の輪郭を強調できるなど、画像に合わせてこれらを適宜設定することで画質の調整にも使用することができる。オペアンプ３５と電流源３１とは、基準共通電位と基準バイアス電位で形成される差分電圧をスイッチ７５０を介して受け取り、差分電圧に応じたバイアス電流を生成する。また、スイッチ７５０に接続される図中の電圧源が設定するＯＦＦバイアス電圧を受けた電流源３１は、ＯＦＦバイアス電圧応じたレーザ駆動電流を生成する。
【００６９】
以上説明したように、第４実施形態に係る光量制御装置は、第１から第４の実施形態に係る作用、効果、つまり精度よく光量をモニタすることができるとともに、上述した他の様々な特徴を備えた装置である。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光量制御に用いる受光器が出力する光電流を用いてレーザの発光波形を観察できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図３】図２の構成の詳細な回路図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すドライバの内部構成を示す回路図である。
【図７】本発明の光量制御装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例と、各センサ出力とを示す図である。
【符号の説明】
１０光量制御装置ＬＤ１〜ＬＤ３２発光素子
１００_１〜１００_３２ドライバ２００共通制御電位設定回路
２１１演算増幅器（オペアンプ）２１２、２１３定電流源
２１４、２１５負荷２１６定電圧源
３００電流アンプ４００光量モニタ
５００強制点灯回路６００ＡＰＣ回路
６１オペアンプＳＷｆｂ１〜ＳＷｆｂ３２スイッチ
Ｃｆｂ３２〜Ｃｆｂ３２コンデンサ
Ｖｒｅｆ、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２ＡＰＣ基準電圧
１５０バスＣＯＵＴ端子Ｃｄ_１〜Ｃｄ_３２コンデンサ
ＬＤＯＵＴ端子ＬＤＣＯＭ端子１１負荷
ＰＤ受光器ＳＷ１９スイッチ２１、２２乗算器
３０電流源２６オペアンプ２８インバータ
８００電圧印加時間調整回路８１遅延回路
８２排他的論理和回路７００電流生成回路
３４オペアンプ３２定電流源２４負荷
３５オペアンプ９００バイアス回路
３１電流源Ｒ１１、Ｒ２１抵抗Ｃ１１、
Ｃｄ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３−１、Ｃ４−１、Ｃ３−２、Ｃ４−２コンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５−１、ＳＷ５−２、ＳＷ５−３、ＳＷ５−４、ＳＷ６−１、ＳＷ６−２、ＳＷ６−３、ＳＷ６−４、ＳＷ７、ＳＷ８、ＳＷ１１、ＳＷ１１−１、ＳＷ１１−２、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１５−１、ＳＷ１５−２、ＳＷ１６スイッチ

Claims

発光素子と、前記発光素子からの光を受光する受光素子と、該受光素子からの受光信号を入力する入力回路と、前記受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器と、前記制御信号に基づいて前記受光素子を駆動する駆動手段とを備えた光量制御装置において、
前記入力回路は前記目標光量の変化による入力端子の電位変化を補償する補償電流を前記受光信号に重畳する補償電流源を有し、
前記入力端子の電位と前記補償電流源の電流値とに基づいて、前記発光素子の発光量に対応した光量モニタ信号を出力する光量モニタ手段とを具備することを特徴とする光量制御装置。
前記補償電流源は、前記発光素子がオフしている時に、オンしている時と同じ前記入力端子の電位とする電流源を含むことを特徴とする請求項１記載の光量制御装置。
前記補償電流源は、前記発光素子がオンしている時に、前記発光素子の目標光量の変化によらず前記入力端子の電位を一定とする電流源を含むことを特徴とする請求項１記載の光量制御装置。
前記光量モニタ手段は、前記補償電流源の電流値と前記光量モニタ信号とに応じた電位を生成する手段と、該電位と前記入力端子の電位とを比較する差動増幅器を有することを特徴とする請求項１記載の光量制御装置。
前記光量モニタ手段は、前記補償電流源の電流値と前記光量モニタ信号とに応じた電位を生成する手段と、該電位と前記入力端子の電位とを比較する差動増幅器と、該差動増幅器の出力で制御されるとともに、前記目標光量に応じた電流を生成するカレントミラー回路とを有し、該カレントミラー回路の出力電流は前記光量モニタ信号に相当することを特徴とする請求項１記載の光量制御装置。
前記入力回路は、前記受光信号と前記補償電流を増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段の主要部と共通構成の主要部を持ち、前記補償電流に応じた基準電流を増幅する第２の増幅手段とを有し、
前記誤差増幅器は、前記第１及び第２の増幅手段の出力に基づいて前記制御信号を生成し、
前記入力回路はカレントミラー回路を含み、前記光量モニタ回路は、前記入力端子の電位を再現する前記光量モニタ信号を生成し、当該信号と前記補償電流源の電流値とに基づいて、前記発光素子の発光量に対応した信号を出力することを特徴とする請求項１記載の光量制御装置。
前記カレントミラー回路は前記補償電流が重畳された光電流を増幅するとともに、増幅後の出力から前記補償電流を差し引く電流源を有することを特徴とする請求項６記載の光量制御装置。
前記光量モニタ手段は、前記光量モニタ信号が流れる負荷と、該負荷に定常的にバイアス電流を供給する電流源とを有することを特徴とする請求項１から７記載の光量制御装置。
前記第１及び第２の増幅手段はそれぞれ、複数段のカレントミラー回路を有することを特徴とする請求項７記載の光量制御装置。
複数の発光素子と、感光体と、前記複数の発光素子からの光ビームを感光体上に照射するための光学系と、前記複数の発光素子の光量を制御する光量制御装置とを有し、該光量制御装置は請求項１から請求項９のいずれか一項記載の画像形成装置。