JP2005313468A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、感光体の劣化を抑制しつつレーザダイオードの発振ディレイによる画像悪化を防止して高品質の画像を高速度で形成する画像形成装置に関する。
【解決手段】レーザプリンタ１は、バイアス変調方式のＬＤ変調回路４０で、ＬＤ１０を駆動して光ビームを出射させ、走査結像光学系で、光ビームを感光体上に画像形成する際に、ＬＤ１０の発光光量及び走査結像光学系の全光利用効率を、ＬＤ１０の発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間の１／２以下となるように、ＬＤ１０の微分効率、閾値電流、レーザ媒質中のキャリア寿命及び１画素当たりの走査時間に基づいて設定している。したがって、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合に、ＬＤ１０のバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減させ、感光体の寿命を延ばしつつ、発振ディレイを抑えてＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、画像形成装置に関し、詳細には、感光体の劣化を抑制しつつレーザダイオードの発振ディレイによる画像悪化を防止して高品質の画像を高速度で形成する画像形成装置に関する。

ディジタル複写機やレーザプリンタ等のレーザ書込系を用いた電子写真方式の画像形成装置は、一般的に、画像データに基づいて変調されてレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode ）から射出された光ビームを回転多面鏡（ポリゴンミラー）で偏向走査して、一様に帯電されたドラム状の感光体表面に照射し、感光体表面上に静電潜像の画像を描画するという制御が一般的に行なわれている。

この静電潜像の形成に使用されているレーザダイオードは、発振ディレイと呼ばれる特性を有していることが知られている。この発振ディレイは、図１３に示すように、入力電流（駆動電流）が入力されてから実際にＬＤ発光を起こすまでの間に遅延を生じる性質である。

一方、画像形成装置は、その高速化・高画質化の進展に伴って、レーザダイオードを高速動作させる必要性が生じており、この発振ディレイの画像への影響が懸念されている。

この懸念に対して、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動させる場合には、発光時以外に意図的に閾値電流以下のバイアス電流をレーザダイオードに流しておくことで、発振ディレイを抑えられることが知られており、従来、バイアス電流によって発振ディレイを回避して動作速度を向上させるために、バイアス電流に信号電流を重畳させて変調するバイアス変調方式と呼ばれる従来技術が提案されている（特許文献１等参照）。

このバイアス電流変調方式は、一般的に、図１４のようなＬＤ変調回路１００を用いている。すなわち、ＬＤ変調回路１００は、エミッタが共通接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２のベースに、互いに論理反転された入力信号が入力され、トランジスタＱ１のコレクタには直接電源Ｖｃｃが接続され、トランジスタＱ２のコレクタには、ＬＤ（レーザダイオード）１０１が接続されて、当該ＬＤ１０１に電源Ｖｃｃが接続されている。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２の共通接続されているエミッタには、そのベースに信号電流制御信号の入力されるトランジスタＱｓのコレクタが接続されており、トランジスタＱｓのエミッタは、抵抗Ｒｓを介して接地されている。

そして、トランジスタＱ２とＬＤ１０１との間には、そのベースにバイアス電流制御信号の入力されるトランジスタＱｂのコレクタが接続されており、トランジスタＱｂのエミッタは、抵抗Ｒｂを介して接地されている。

このＬＤ変調回路１００は、トランジスタＱｂに入力するバイアス電流制御信号を調整して、ＬＤ１０１に流すバイアス電流Ｉｂを調整するとともに、論理反転した入力信号をトランジスタＱ１とトランジスタＱ２に入力して、ＬＤ１０１への電流供給をオン／オフすることで、ＬＤ変調を行っている。

特開平８−１１６１１５号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、バイアス電流を流すことで、微弱なオフセット発光が発生し、このオフセット発光に感光体が反応することで発生する地汚れを抑えるために、感光体に印加する帯電電位を高めることが必要となり、感光体電位を高める結果として、感光体の寿命を縮めてしまうという問題があった。

この問題に対応するために、閾値電流よりも少ないバイアス電流を流すと、発振ディレイを十分回避することができず、感光体寿命の問題と発振ディレイの問題を適切に対応する技術が要望されている。

そこで、本発明は、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合に、レーザダイオードへのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることのできる画像形成装置を提供することを目的としている。

具体的には、請求項１記載の発明は、バイアス変調方式の変調手段で、レーザダイオードの駆動を画像データに基づいて制御して当該レーザダイオードから当該画像データに基づいて変調された光ビームを出射させ、走査結像手段で、当該レーザダイオードの出射する光ビームを感光体上に走査結像させて画像形成するに際して、レーザダイオードの発光光量及び走査結像手段の全光利用効率を、レーザダイオードの発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間の１／２以下となるように、レーザダイオードの微分効率、レーザダイオードの閾値電流、レーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命及び１画素当たりの走査時間に基づいて設定することにより、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合に、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項２記載の発明は、レーザダイオードの発光光量及び走査結像手段の全光利用効率を、Ｐ_０をレーザダイオードの発光光量〔Ｗ〕、ηをレーザダイオードの微分効率〔Ｗ／Ａ〕、Ｉ_ｔｈをレーザダイオードの閾値電流〔Ａ〕、Ｉ_ｂをレーザダイオードのバイアス電流〔Ａ〕、τ_ｓをレーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕、ｔ_ｓｃを１画素あたりの走査時間〔ｓ〕、Ｐを感光体の必要光量〔Ｗ〕、η_０を感光体上に形成された薄膜を含む走査結像手段の全光利用効率〔Ｗ〕、η_ｃを走査結像手段の一部として使用されるアパーチャーのカップリング効率としたとき、Ｐ_０＝η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕なる式を満たすように、設定することにより、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合であっても、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項３記載の発明は、走査結像手段を、透過率が８０％以下の光学素子を用いたものとすることにより、走査結像手段で光量を減衰させてレーザダイオードから放射された光量を低減させて、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合にも、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項４記載の発明は、走査結像手段を、反射率が８０％以下の光学素子を用いたものとすることにより、走査結像手段で光量を減衰させることでレーザダイオードから放射された光量を低減させて、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項５記載の発明は、感光体を、その表面上に入射される光ビームの光エネルギーを減衰させる薄膜がコーティングされているものとすることにより、感光体に照射される光量を低減させて、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項６記載の発明は、走査結像手段を、６面よりも少ないポリゴン面数を有するポリゴンミラーを備え、当該ポリゴンミラーで、レーザダイオードから出射された光ビームを走査するものとすることにより、有効走査期間率を低くして、光ビームの走査速度を高め、単位時間当たりの感光体の必要光量そのものを高めて、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減し、感光体寿命を延ばすとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させる画像形成装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明の画像形成装置は、バイアス変調方式の変調手段で、レーザダイオードの駆動を画像データに基づいて制御して当該レーザダイオードから当該画像データに基づいて変調された光ビームを出射させ、走査結像手段で、当該レーザダイオードの出射する光ビームを感光体上に走査結像させて静電潜像を形成させ画像形成する画像形成装置において、前記レーザダイオードの発光光量及び前記走査結像手段の全光利用効率は、前記レーザダイオードの発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間の１／２以下となるように、前記レーザダイオードの微分効率、前記レーザダイオードの閾値電流、前記レーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命及び１画素当たりの走査時間に基づいて設定されていることにより、上記目的を達成している。

この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記レーザダイオードの発光光量及び前記走査結像手段の全光利用効率は、Ｐ_０を前記レーザダイオードの発光光量〔Ｗ〕、ηを前記レーザダイオードの微分効率〔Ｗ／Ａ〕、Ｉ_ｔｈを前記レーザダイオードの閾値電流〔Ａ〕、Ｉ_ｂを前記レーザダイオードのバイアス電流〔Ａ〕、τ_ｓを前記レーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕、ｔ_ｓｃを１画素あたりの走査時間〔ｓ〕、Ｐを前記感光体の必要光量〔Ｗ〕、η_０を前記感光体上に形成された薄膜を含む前記走査結像手段の全光利用効率〔Ｗ〕、η_ｃを前記走査結像手段の一部として使用されるアパーチャーのカップリング効率としたとき、
Ｐ_０＝η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕
なる式を満たすように、設定されているものであってもよい。

また、例えば、請求項３に記載するように、前記走査結像手段は、透過率が８０％以下の光学素子が用いられているものであってもよい。

さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記走査結像手段は、反射率が８０％以下の光学素子が用いられているものであってもよい。

また、例えば、請求項５に記載するように、前記感光体は、その表面上に入射される光ビームの光エネルギーを減衰させる薄膜がコーティングされているものであってもよい。

さらに、例えば、請求項６に記載するように、前記走査結像手段は、６面よりも少ないポリゴン面数を有するポリゴンミラーを備え、当該ポリゴンミラーで、前記レーザダイオードから出射された光ビームを走査させるものであってもよい。

請求項１記載の発明の画像形成装置によれば、バイアス変調方式の変調手段で、レーザダイオードの駆動を画像データに基づいて制御して当該レーザダイオードから当該画像データに基づいて変調された光ビームを出射させ、走査結像手段で、当該レーザダイオードの出射する光ビームを感光体上に走査結像させて画像形成するに際して、レーザダイオードの発光光量及び走査結像手段の全光利用効率を、レーザダイオードの発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間の１／２以下となるように、レーザダイオードの微分効率、レーザダイオードの閾値電流、レーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命及び１画素当たりの走査時間に基づいて設定しているので、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合に、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

請求項２記載の発明の画像形成装置によれば、レーザダイオードの発光光量及び走査結像手段の全光利用効率を、Ｐ_０をレーザダイオードの発光光量〔Ｗ〕、ηをレーザダイオードの微分効率〔Ｗ／Ａ〕、Ｉ_ｔｈをレーザダイオードの閾値電流〔Ａ〕、Ｉ_ｂをレーザダイオードのバイアス電流〔Ａ〕、τ_ｓをレーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕、ｔ_ｓｃを１画素あたりの走査時間〔ｓ〕、Ｐを感光体の必要光量〔Ｗ〕、η_０を感光体上に形成された薄膜を含む走査結像手段の全光利用効率〔Ｗ〕、η_ｃを走査結像手段の一部として使用されるアパーチャーのカップリング効率としたとき、Ｐ_０＝η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕なる式を満たすように、設定しているので、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合であっても、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

請求項３記載の発明の画像形成装置によれば、走査結像手段を、透過率が８０％以下の光学素子を用いたものとしているので、走査結像手段で光量を減衰させてレーザダイオードから放射された光量を低減させて、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でレーザダイオードを駆動する場合にも、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

請求項４記載の発明の画像形成装置によれば、走査結像手段を、反射率が８０％以下の光学素子を用いたものとしているので、走査結像手段で光量を減衰させることでレーザダイオードから放射された光量を低減させて、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

請求項５記載の発明の画像形成装置によれば、感光体を、その表面上に入射される光ビームの光エネルギーを減衰させる薄膜がコーティングされているものとしているので、感光体に照射される光量を低減させて、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

請求項６記載の発明の画像形成装置によれば、走査結像手段を、６面よりも少ないポリゴン面数を有するポリゴンミラーを備え、当該ポリゴンミラーで、レーザダイオードから出射された光ビームを走査するものとしているので、有効走査期間率を低くして、光ビームの走査速度を高め、単位時間当たりの感光体の必要光量そのものを高めて、レーザダイオードのバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイを抑えることでレーザダイオードの動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１〜図１２は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す図であり、図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を適用したレーザプリンタ１の走査結像光学系の要部概略構成図である。

図１において、レーザプリンタ１は、ＬＤＵ（レーザダイオードユニット）２、ポリゴンミラー３、ｆθレンズ４、反射ミラー５、ドラム状の感光体６、同期検知ミラー７及び同期検知受光素子８等を備えており、ポリゴンミラー３、ｆθレンズ４及びミラー５は、全体としてＬＤＵ２から出射されたレーザビームを走査して感光体６上に結像させる走査結像光学系（走査結像手段）９として機能している。

ＬＤＵ２は、図２に示すように、ＬＤ（レーザダイオード）１０とＰＤ（フォトダイオード）１１を内蔵するとともに、図示しないコリメートレンズを内蔵しており、ＬＤＵ２は、ＬＤから出射された発散性レーザビームをコリメートレンズで平行性レーザビームに変換して、ポリゴンミラー３に照射させる。このコリメートレンズは、例えば、多層膜コーティングを施して透過率が６０％となっているものが使用されている。

ポリゴンミラー３は、レーザプリンタ１の画像密度に応じた角速度で高速回転駆動され、ＬＵＤ２から入射されるレーザビームを主走査方向に偏向してｆθレンズ４に反射する。このポリゴンミラー３は、多層膜コーティングが施されていて、その反射率が７０％とされているとともに、ポリゴン面数が４面となっている。

ｆθレンズ４は、ポリゴンミラー３で反射偏向されたレーザビームを反射ミラー５を介して感光体６上に結像させるとともに、反射ミラー５のレーザビームの走査線上であって画像形成領域から外れた位置でかつ反射ミラー５に近接して配設された同期検知ミラー７にも照射させる。

感光体６は、回転駆動されて、図示しない帯電部で一様に帯電された後、上記レーザビームが照射されることで、静電潜像が形成され、その後、図示しない現像部でトナー（現像剤）が付与されてトナー画像が形成される。すなわち、ＬＤＵ２から出射されるレーザビームは、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３の回転に従って主走査方向に反復して走査されると同時に、感光体６が回転して副走査を行なうことによって感光体６上に静電潜像を形成する。また、この感光体６は、その表面が入射されるレーザビームの光エネルギーを減衰させる薄膜でコーティングされている。

レーザプリンタ１は、感光体６上のトナー画像を記録紙に転写し、記録紙上のトナー画像を定着部で定着させることで画像形成する。そして、レーザプリンタ１は、トナー画像の転写された感光体６をクリーニングした後、帯電部で一様に帯電させて、再度、画像形成に供する。

上記同期検知ミラー７は、ポリゴンミラー３で反射されｆθレンズ４を通過したレーザビームを反射して、同期検知素子８に入射させる。

同期検知素子８は、例えば、フォトダイオードが用いられており、上記同期検知ミラー７で反射されたレーザビームが入射されると、パルス出力である同期検知信号を図２に示す画像処理部２１に出力する。画像処理部２１は、同期検知素子８によって得られた同期検知信号に基づいて、画像が感光体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。

レーザプリンタ１は、図２に示す書込制御部２０を備えており、書込制御部２０は、画像処理部（ＩＰＵ：Image Processing Unit）２１、ＤＡＣ（デジタル／アナログコンバータ）２２、分圧抵抗Ｒｖ、ＬＤドライバ２３、ホールドコンデンサＣｈ及びＣＰＵ（Central Processing Unit ）２４等を備えている。

ＣＰＵ２４は、レーザープリンタ１の全体を制御し、画像処理部２１に制御信号を出力して、画像処理部２１の動作を制御する。

画像処理部２１には、ＣＰＵ２４からの制御信号及び同期検知受光素子８からの同期検知信号が入力されるとともに、図示しないが画像データが入力され、画像処理部２１は、画像データを電気的に処理して、画素クロックと画像データ（図３では一括して、画像データ信号ＤＡＴＡとしている。）を出力するとともに、ＬＤドライバ２３にサンプル／ホールド（Ｓ／Ｈ）信号を出力し、また、ＤＡＣ２２にデジタル制御信号を出力する。

ＤＡＣ２２は、ＩＰＵ２１からのデジタル制御信号をアナログ変換して、アナログ電圧出力を分圧抵抗Ｒｖに出力する。

分圧抵抗Ｒｖは、抵抗Ｒ１、可変抵抗Ｒｂ、抵抗Ｒ２が直列接続されていて、ＤＡＣ２２のアナログ電圧出力を分圧して、可変抵抗Ｒｂと抵抗Ｒ２の間から分圧電圧を光量基準電圧として、ＬＤドライバ２３に出力する。

したがって、画像処理部２１は、デジタル制御信号をＤＡＣ２２に出力することで、当該デジタル制御信号に対応して光量基準電圧を分圧抵抗ＲｖからＬＤドライバ２３に出力させて、ＬＤ１０の光量を、ＬＤドライバ２３を介して当該光量基準電圧の電圧値に応じた光量に制御する。

ＬＤドライバ２３には、上記ＬＤＵ２が接続されており、ＬＤＵ２は、ＬＤ（レーザダイオード）１０とＰＤ（フォトダイオード）１１を内蔵している。ＬＤ１０は、ＬＤドライバ２３により駆動されて、レーザビームを発光し、ＰＤ１１は、ＬＤ１０の発光するレーザビームを受信してモニタ電流をＬＤドライバ２３に出力する。

ＬＤドライバ２３には、ＬＤＵ２のＰＤ１１からのモニタ電流が入力されるとともに、画像処理部２１からサンプル／ホールド信号、画像データ信号ＤＡＴＡ及び分圧抵抗Ｒｖを介して光量基準電圧が入力される。ＬＤドライバ２３は、ＡＰＣ回路３０（図３参照）を内蔵しており、画像データ信号ＤＡＴＡに基づいてＬＤ１０を駆動するとともに、ＰＤ１１のモニタ電流に基づいてＡＰＣ（自動出力制御：Auto Power Control）動作を行う。そして、ＬＤドライバ２３は、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ＬＤ１０への出力電流を一定値に固定している。

すなわち、ＬＤドライバ２３は、図３に示すように、ＡＰＣ回路３０及びＬＤ変調回路４０を備えており、ＡＰＣ回路３０は、Ｉ／Ｖ変換回路３１、コンパレータ３２、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）スイッチ３３等を備えている。

Ｉ／Ｖ変換回路３１には、ＬＤＵ２のＰＤ１１からモニタ電流が入力され、Ｉ／Ｖ変換回路３１は、このモニタ電流を電圧変換して、モニタ電圧としてコンパレータ３２のマイナス（−）入力端子に出力する。

コンパレータ３２には、そのプラス（＋）入力端子に上記分圧抵抗Ｒｖから光量基準電圧が入力され、コンパレータ３２の出力は、Ｓ／Ｈスイッチ３３を介してホールドコンデンサＣｈ及びＬＤ変調回路４０に接続されている。コンパレータ３２は、Ｉ／Ｖ変換回路３１からのモニタ電圧と分圧抵抗Ｒｖからの光量基準電圧を比較して、比較結果をＳ／Ｈスイッチ３３に出力する。

Ｓ／Ｈスイッチ３３とＬＤ変調回路４０との間には、上記ホールドコンデンサＣｈが接続されており、Ｓ／Ｈスイッチ３３は、ＩＰＵ２１からのＳ／Ｈ信号に基づいてオン／オフする。

ＬＤ変調回路４０には、ＩＰＵ２１からの画像データ信号ＤＡＴＡがそのまま入力されるとともに、反転素子４１を介して入力され、画像書込時には、Ｓ／Ｈスイッチ３３がオフになっていることから、ＬＤ変調回路４０には、ホールドコンデンサＣｈの値が一定値に固定されて一定値の電流制御信号が入力されて、ＬＤ変調回路４０は、画像データ信号ＤＡＴＡに基づいて変調した駆動電流をＬＤ１０に出力することで、ＬＤ１０を駆動制御する。

そして、ＡＰＣ動作時には、ＬＤドライバ２３には、ＩＰＵ２１から制御信号としてＬＤ１０を連続点灯させる画像データ信号ＤＡＴＡとそれに続くサンプルを示すＳ／Ｈ信号が入力され、ＬＤドライバ２３は、ＬＤ変調回路４０がＬＤ１０を連続点灯させる画像データ信号ＤＡＴＡに基づいてＬＤ１０を連続点灯させる駆動電流をＬＤ１０に出力してＬＤ１０を連続的に発光させるとともに、サンプルを示すＳ／Ｈ信号によってＳ／Ｈスイッチ３３をオンに切り替える。ＬＤドライバ２３は、Ｓ／Ｈスイッチ３３がオンになると、ホールドコンデンサＣｈの電圧値に基づいて電流制御信号をＬＤ変調回路４０に入力して、ＬＤ変調回路４０が、電流制御信号に基づいた駆動電流をＬＤ１０に出力して、この駆動電流に応じた光強度で連続発光する。ＬＤ１０が連続発光すると、このＬＤ１０の発光強度に比例した電流がモニタ電流としてＰＤ１１に流れ、このモニタ電流がＬＤドライバ２３のＩ／Ｖ変換回路３１に流れる。Ｉ／Ｖ変換回路３１は、モニタ電流を電圧変換してモニタ電圧としてコンパレータ３２のマイナス（−）入力端子に出力し、コンパレータ３２が、このモニタ電圧と上記ＩＰＵ２１からの制御信号に基づくＤＡＣ２２及び分圧抵抗Ｒｖからの光量基準電圧とを比較してスイッチ３３を介してホールドコンデンサＣｈを充電または放電させて、ホールドコンデンサＣｈの電圧値を変化させることで、ＬＤ変調回路４０からＬＤ１０に出力する駆動電流をコントロールして、ＬＤ１０の発光光量を一定値に制御する。

そして、ＬＤドライバ２３は、画像書込時には、上述のように、ＩＰＵ２１からのＳ／Ｈ信号がホールドに変わって、Ｓ／Ｈスイッチ３３がオフに切り替わるため、ＬＤ変調回路４０には、ホールドコンデンサＣｈの一定の電圧値に基づいた一定の電流制御信号が入力され、ＬＤ変調回路４０が、この電流制御信号に基づいた一定の駆動電流をＩＰＵ２１からの画像データ信号ＤＡＴＡに基づいて変調してＬＤ１０に出力する。ＬＤ１０は、この変調された一定の駆動電流に基づいて発光し、感光体６に画像を書き込む。

そして、このＬＤ変調回路４０は、図１４に示したＬＤ変調回路１００と同様のバイアス変調方式であるが、ホールドコンデンサＣｈの電圧値に基づいた電流制御方式を元にして、ＬＤ点灯時にＬＤ１０（図１４の場合、ＬＤ１０１）に印加する電流量をコントロールするとともに、ＩＰＵ２１からの画像データ信号ＤＡＴＡに基づいてＬＤドライバ２３内部で生成された２つの互いに論理反転した入力信号に基づいてＬＤ１０への電流供給をオン／オフして、変調する。

また、図４に示す無バイアス変調方式とは異なり、本実施例のレーザプリンタ１のＬＤ変調回路４０で使用するバイアス変調方式では、ＬＤ１０が点灯しないときでも、ＬＤ１０の閾値電流以下のバイアス電流を流すために備えられたバイアス電流用のトランジスタＱｂが存在する。すなわち、図４に示す無バイアス変調方式の変調回路１１０は、エミッタが共通接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２のベースに、互いに論理反転された入力信号が入力され、トランジスタＱ１のコレクタには直接電源Ｖｃｃが接続され、トランジスタＱ２のコレクタには、ＬＤ１０１が接続されて、当該ＬＤ１０１に電源Ｖｃｃが接続されている。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２の共通接続されているエミッタには、そのベースに信号電流制御信号の入力されるトランジスタＱｓのコレクタが接続されており、トランジスタＱｓのエミッタは、抵抗Ｒｓを介して接地されている。そして、無バイアス変調方式の変調回路１１０は、バイアス変調方式の変調回路１００の備えているトランジスタＱｂを備えていない。すなわち、無バイアス変調方式の変調回路１１０は、トランジスタＱｂが存在せず、ＬＤ変調時にＬＤ１０１が点灯しないときには、バイアス電流を流さない。

また、本実施例のレーザプリンタ１のＬＤ変調回路４０は、図１４に示したバイアス変調方式の変調回路１００のバイアス電流制御信号として、図３に示す固定のバイアス電流基準電圧を使用しているが、このバイアス電流基準電圧は、常時一定値に固定するだけでなく、種々の制御方式で制御した電圧値としてもよい。

そして、本実施例のレーザプリンタ１において、ＬＤ１０の光量を決定する光量基準電圧を分圧抵抗Ｒｖの設定やＤＡＣ２２の出力電圧の設定を調整することで、ＬＤ１０の発光光量及び書込光学系の光利用効率を、次式（１）を満たすように設定することができる。

Ｐ_０＝η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕・・・（１）
η_０＝０．４
ただし、Ｐ＝η_０η_０Ｐ_０
ここで、Ｐ_０は、ＬＤ１０の発光光量〔Ｗ〕、ηは、ＬＤ１０の微分効率〔Ｗ／Ａ〕、Ｉ_ｔｈは、ＬＤ１０の閾値電流〔Ａ〕、Ｉ_ｂは、ＬＤ１０のバイアス電流〔Ａ〕、τ_ｓは、レーザ媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕、ｔ_ｓｃは、１画素当たりの走査時間〔ｓ〕、Ｐは、感光体６の必要光量〔Ｗ〕、η_０は、感光体６上に形成された薄膜を含む結像光学系９の全光利用効率、η_ｃは、結像光学系９の一部として使用されるアパーチャーのカップリング効率である。

すなわち、レーザプリンタ１は、上記式（１）を満たす光量でＬＤ１０を発光させて画像形成を行うようにＬＤ１０の発光光量の制御を行い、この式を満足していると、ＬＤ１０の発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間ｔ_ｓｃの１／２以下となるように、ＬＤ１０の微分効率η、閾値電流Ｉ_ｔｈ、ＬＤ１０のレーザ媒質のキャリア寿命τ_ｓ及び１画素当たりの走査時間ｔ_ｓｃに基づいて、ＬＤ１０の発光光量及び走査結像光学系９の全光利用効率が設定されることとなる。

そして、ＬＤＵ２は、上述のように、多層膜コーティングを施して透過率を６０％としたコリメートレンズが使用されており、また、ポリゴンミラー３も、多層膜コーティングを施して、反射率を７０％とし、ポリゴン面数を４面としたものが使用されている。さらに、感光体６の上面にも、入射されるレーザビームの光エネルギーを減衰させる薄膜がコーティングされている。

次に、本実施例の作用を説明する。本実施例のレーザプリンタ１は、ＬＤ１０をＭＨｚオーダー以上の駆動周波数で駆動する場合にも、バイアス電流Ｉ_ｂを抑制してオフセット発光量を低減させ、感光体６の寿命を長くするとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えてＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させている。

すなわち、一般的に、ＬＤを画像データに基づいて変調して駆動させ、走査結像光学系を介して感光体上に照射し、静電潜像を形成することで画像形成する場合に、１画素だけ孤立した画像を形成する場合、１画素当たりの走査時間に対する発振ディレイτ_ｄの比率が大きくなれば、その分だけ、光パルス幅が狭まることになる。

いま、仮に、１画素当たりの走査時間と発振ディレイτ_ｄとの比率の関係を示す図５に示すように、発振ディレイτ_ｄが１画素当たりの走査時間と同じになると、ＬＤが発光できなくなってしまい、全く画像形成することができない。

発振ディレイτ_ｄよりも１画素当たりの走査時間の方が大きい場合には、画像形成されるが、その形成される画像がどのような状態であるかは、発振ディレイτ_ｄと１画素当たりの走査時間との比率によって異なる。

すなわち、ＬＤ１０から任意の矩形波状の光パルス波形が与えられても、トナーで形成される画像は、光波形と当該光波形で形成される画像との関係を示す図６に示すように、矩形波状の分布とはならない。

この原因としては、まず、走査結像光学系の特性がある。すなわち、主走査方向に大きさゼロの光ビームを感光体上を走査させるものとして、この光ビームを時間変調する場合、矩形波状の光パルス波形を与えると、図６（ａ）に示すように、感光体上に与えられる光エネルギー照射量は、矩形波状の分布になる。ところが、ＬＤから放射された光ビームを、アパーチャ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等から構成される走査結像光学系を介して感光体上に結像させた場合、光ビームは、空間上の一点に集光できず、ガウシアン関数で表現される光量分布を持った有限の大きさのビームスポットになり、感光体に与えられる光エネルギー照射分布も、仮に矩形波状の光パルス波形を与えたとしても、図６（ｂ）に示すように、矩形波よりも鈍った分布を持つこととなる。さらに、感光体の特性が影響している。すなわち、感光体上においては、光エネルギー照射量に比例して、正負それぞれの電界を持ったチャージキャリアが生成されるが、生成されるチャージキャリアが再結合を起こし、また、光量が多い程、生成されるチャージキャリアも多く、最終的に、感光体上に生成される電荷密度分布は、照射される光エネルギー量に単純に比例せず、光エネルギー照射量の分布に応じて生成される電荷密度分布は、図６（ｃ）に示すように、矩形波よりもさらに鈍った分布を持つことになる。さらに、電荷密度分布によって、トナーを引き付けるクーロン力の原因となる電界強度分布が生成されるが、電界強度分布は、よく知られているように、Poisson方程式によって電荷密度分布から決定されるものであるため、図６（ｄ）に示すように、矩形波とはさらに異なった分布になる。

そして、このような電界強度分布に対してトナーを付着させてトナー像を形成すると、上述したようなトナーによる現像、用紙への転写、加熱による融着という一連の過程を経て形成される最終的なプリント画像は、図６（ｅ）に示すように、矩形波とは大きく異なったものになる。

本実施例のレーザプリンタ１も、以上のような性質を持っているため、ＬＤ１０から射出する変調された光波形がそのまま単純に画像形成される訳ではなく、このことを前提として、発振ディレイτ_ｄが画像に与える具体的な影響は、図７のように示すことができる。

すなわち、例えば、図７に示すように、主走査方向に対して垂直な直線（副走査方向に延在する直線）が主走査方向に対して１ｄｏｔおきに並んで構成された画像パターンＡ（図７の向かって右側の画像パターン）と、主走査方向に対して平行な直線（主走査方向に延在する直線）が副走査方向に対して１ｄｏｔおきに並んで構成された画像パターンＢ（図７の向かって左側の画像パターン）が隣接した画像パターンの場合、まず、図７の向かって右側のように、主走査方向に垂直な直線が１ｄｏｔおきに並んで構成された画像パターンＡでは、図７（ａ）に示す描画データの矢印の主走査に向かって画像を形成していくため、ＬＤ１０は、１ｄｏｔおきに点滅を繰り返すことになる。その結果、ＬＤ１０が点灯する毎に、発振ディレイτ_ｄによって発光タイミングに遅れが生じ、発振ディレイτ_ｄが大きい場合には、感光体６に照射される光エネルギーが減じられ、結果として、狙いよりも少し細い線が形成されてしまう。

一方、図７の向かって左側のように、主走査方向に対して平行な直線が副走査方向に１ｄｏｔおきに並んで構成された画像パターンＢの場合、図７に矢印で示す主走査方向に向かって画像が形成されていくため、ＬＤ１０は、連続点灯することになる。この場合、ＬＤ１０が連続点灯するため、発振ディレイτ_ｄは発生せず、狙い通りの光エネルギーが感光体６に照射され、狙い通りの太さの線が形成される。

このような２種類の画像パターンＡ、Ｂの画像を少し離して観察した場合、図７（ｃ）に示すように、図面に向かって右側の画像パターンＡは、若干線が細いため、図面に向かって左側の画像よりも全体として濃度が薄く見えてしまう。

ところが、経験的に、発振ディレイτ_ｄが１画素当たりの走査時間の１／２よりも小さい場合には、図７（ｂ）に示すように、上述したような光学系の特性、感光体特性により、濃度差を視認できないことが分かっている。

したがって、発振ディレイτ_ｄを１画素当たりの走査時間の１／２以内に抑えることで、画像品質を向上させることができるため、本実施例のレーザプリンタ１は、発振ディレイτ_ｄを、１画素当たりの走査時間の１／２以内に抑えている。

すなわち、縦単一モードのＬＤ１０の状態は、一般的に、以下に示すレート方程式（２）（３）で表される。

ｄＳ／ｄｔ＝ｇ_ｔＰＳ−Ｓ／τ_ｐ＋β_ｓｐｎ／τ_ｓ・・・（２）
ｄｎ／ｄｔ＝Ｊ／ｑｄ−ｇ_ｔΓＳ−ｎ／τ_ｓ・・・（３）
ここで、Ｓは、光子密度、ｎは、キャリア密度、Ｊは、注入電流密度、τ_pは、光子寿命、τ_s：キャリア寿命、ｇ_tは、利得係数、β_ｓｐは、自然放出光係数、Γは、光閉じ込め率、ｑは、電子の電荷、ｄは、ＬＤの活性層の厚さである。

上記レート方程式は、ＬＤ１０の活性層の微小領域についてのものであるため、単位体積当たりについての微視的表現形式となっている。

ここで、図８（ａ）に示すように、ｔ＝０においてステップ状の駆動電流をＬＤ１０に注入すると、ＬＤ１０では、キャリア密度が反転分布に達してからレーザ発振（誘導放出）を始めるが、外部からの電流注入によって供給されたキャリアは、自然放出によっても消費されてしまうため、図８（ｂ）に示すように、閾キャリア密度ｎ_ｔｈに達するまでに、発振ディレイτ_ｄ（発振遅延）と呼ばれる遅延時間ｔ_ｄが生じてしまう。

そこで、式（２）及び式（３）において、発振前には、光子密度Ｓは、Ｓ＝０と考えることができる。したがって、閾値電流をＪ_ｔｈとして、ｔ＝０での初期条件Ｊ＝０のもとに、ｔ＝０において注入電流ＪをＪ_ｂからＪ_ｏｐ（ただし、Ｊ_ｂ≦Ｊ_ｏｐ≦Ｊ_ｔｈ）まで増加するものとすると、キャリア密度ｎの時間変化は、上記式（３）から、次式（４）として得ることができる。

ｎ（ｔ）＝Ｊ_ｏｐτ_ｓ／ｑｄ−τ_ｓ（Ｊ_ｏｐ−Ｊ_ｂ）ｅｘｐ（−ｔ／τ_ｓ）／ｑｄ・・・（４）
ここで、式（４）において、ｔ→∞とおくと、ｎ＝Ｊτ_ｓ／ｑｄとなって、定常状態になることが分かる。
さらに、閾値電流Ｊ_ｔｈを注入すると、閾キャリア密度ｎ_ｔｈとの間に、次式（５）の関係が成立する。

ｎ_ｔｈ＝Ｊ_ｔｈτ_ｓ／ｑｄ・・・（５） ここで、上記式（４）において、ｔ＝ｔ_ｄで、キャリア密度ｎの時間変化ｎ（ｔ）が閾キャリア密度ｎ_ｔｈに達したとすると、上記式（４）及び式（５）から発振ディレイτ_ｄまたは発振遅延時間ｔ_ｄは、次式（６）で導き出すことができる。

ｔ_ｄ＝τ_ｓｌｎ〔（Ｊ_ｏｐ−Ｊ_ｂ）／（Ｊ_ｏｐ−Ｊ_ｔｈ）〕・・・（６） そして、上述したように、レート方程式（２）、（３）が単位体積当たりについての微視的表現形式になっているため、上記式（６）も同様に微視的表現形式となっている。
したがって、式（６）をレーザプリンタ１で使用される電子部品としてのＬＤ１０についての記述である巨視的な表現形式に書き直す必要がある。
そして、活性領域内での光子密度、キャリア密度は、ほぼ一定と考えられるので、Ｉ_ｏｐを、動作電流、Ｐを、ＬＤ１０の発光光量、Ｉ_ｔｈを、ＬＤ１０の閾値電流として、巨視的な表現形式に直すと、上記式（６）は、次式（７）のように表すことができる。
ｔ_ｄ＝τ_ｓｌｎ〔（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）〕・・・（７）
一方、上述のように、画像品質を向上させるためには、発振ディレイτ_ｄを１画素当たりの走査時間の１／２に抑える必要があり、以下の数式（８）を満足するように各種パラメータを設定する必要がある。
ｔ_ｄ＜ｔ_ｓｃ／２・・・（８）
ここで、ｔ_ｄは、発振ディレイまたは発振遅延時間、ｔ_ｓｃは、１画素あたりの走査時間である。

そして、発振ディレイτ_ｄを１画素当たりの走査時間の１／２に抑えるためには、式（８）に式（７）を代入した次式（９）を満足する必要がある。

ｔ_ｓｃ／２＞τ_ｓｌｎ〔（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）〕・・・（９）
さらに、キャリア寿命τ_ｓが０でないことから、上記式（９）の両辺をキャリア寿命τ_ｓで除算して、その結果について、両辺のｅｘｐをとれば、大小関係はそのまま保たれるので、次式（１０）を満足する必要があることが分かり、さらに、次式（１１）に変形することができる。

ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）＞（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｂ）／（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）・・・（１０）
（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）＞Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｂ・・・（１１）
そして、一般的に、ＬＤ１０の電流―光出力特性は、図９に示すように、閾値電流Ｉ_ｔｈと微分効率（スロープ効率）ηで特徴づけられている。微分効率（スロープ効率）ηは、ＬＤ１０の発振状態での電流―光出力特性（Ｉ―Ｌカーブ）の傾きであり、次式（１２）で示される。

η=ΔＰ／ΔＩ・・・（１２）
ただし、ΔＩは、電流増分、ΔＰは、対応する光出力増分である。

そして、図９から分かるように微分効率ηは、次式（１３）で表すこともできる。

η＝Ｐ／（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）・・・（１３）
ただし、ηは、微分効率、Ｐは、ＬＤ１０の発光光量、Ｉ_ｔｈは、ＬＤ１０の閾値電流、Ｉ_ｏｐは、ＬＤ１０の駆動電流である。
ここで、式（１３）の両辺に（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）を乗じ、さらに、ηが０でないことから両辺をηで除算すると、次式（１４）となる。
（Ｉ_ｏｐ−Ｉ_ｔｈ）＝Ｐ／η・・・（１４）
また、ここで、上記式（１４）から駆動電流Ｉ_ｏｐについての式を導くと、次式（１５）が導かれる。
Ｉ_ｏｐ＝Ｐ／η＋Ｉ_ｔｈ・・・（１５）
そして、上記式（１１）に上記式（１４）を代入すると、次式（１６）が導かれる。

（Ｐ／η）ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）＞Ｉ_ｏｐ−Ｉｂ・・・（１６）
さらに、上記式（１５）を上記式（１６）に代入すると、次式（１７）が導かれる。

（Ｐ／η）ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）＞Ｐ／η＋Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ・・・（１７）
また、上記式（１７）を変形すると、次式（１８）を得ることができる。
（Ｐ／η）〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕＞Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ・・・（１８）
ここで、ｔ_ｓｃ＞０、τ_ｓ＞０であるので、常に、次式（１９）が成り立つ。
ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１＞０・・・（１９）
したがって、上記式（１８）の両辺を、ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１、で除算することができ、次式（２０）を得ることができる。

Ｐ＞η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕・・・（２０）
したがって、上記式（２０）を満たす光量でＬＤ１０を駆動すると、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合であっても、発振ディレイτ_ｄを１画素当たりの走査時間の１／２に抑えることができ、画像品質を良好な状態で維持することができる。

また、上記（１）式によって、Ｐ_０（ＬＤ１０の発光光量）を計算する際に必要な物理量としては、η（ＬＤ１０の微分効率〔Ｗ／Ａ〕）、Ｉ_ｔｈ（ＬＤ１０の閾値電流〔Ａ〕）については、ＬＤ１０のカタログスペックとして記載されていることが多く、図９に示したＬＤ１０の電流―光出力特性さえ分かれば、容易に計算できるため、τ_ｓ（レーザー媒質中のキャリア寿命［ｓ］）を測定すれば、よいことになる。

そこで、いま、発振ディレイまたは発振遅延時間ｔ_ｄは、上述のように、上記式（７）で表現することができるため、バイアス電流Ｉ_ｂを流さずに、ＬＤ１０を駆動する場合、式（７）において、Ｉ_ｂ＝０となることが分かる。この条件Ｉ_ｂ＝０のもとで、上記式（７）の右辺を変形した上で、底を変換して、自然対数を常用対数に改めると、次式（２１）を得ることができる。

ｔ_ｄ＝２．３τ_ｓｌｏｇ〔１／（１−Ｉ_ｔｈ／Ｉ_ｏｐ）〕・・・（２１）
ここで、相対電流密度を、１／（１−Ｉ_ｔｈ／Ｉ_ｏｐ）として定義すると、上記式（２１）から発振遅延時間ｔ_ｄが相対電流密度の常用対数に比例していることが分かる。
そこで、バイアス電流Ｉ_ｂを流さずにＬＤ１０を駆動し、この状態で順次、動作電流Ｉ_ｏｐを変えたときの発振ディレイ量ｔ_ｄを測定して、その結果を、図１０に示すように、片対数グラフにプロットして直線で近似すれると、その直線の傾きからτ_ｓ（レーザー媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕）を算出することができる。

したがって、このτ_ｓ（レーザー媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕）及びη（ＬＤ１０の微分効率〔Ｗ／Ａ〕）、Ｉ_ｔｈ（ＬＤ１０の閾値電流〔Ａ〕）を用いて上記（１）式を使用してＬＤ発光量Ｐ_０を設定することで、発振ディレイτ_ｄを抑えて画像品質を維持することができる。

また、本実施例のレーザプリンタ１は、図１４に示したバイアス変調方式の変調回路を、ＬＤドライバ２３のＬＤ変調回路４０として使用しているため、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合であっても、オフセット発光に起因する感光体６の劣化を抑制し、感光体６の寿命をある程度保ったまま、同時に、発振ディレイτ_ｄを抑制して、ＬＤ１０の動作速度を向上させて、画像品質を向上させることができる。

すなわち、バイアス変調方式では、図１４に示したバイアス電流用のトランジスタＱｂからバイアス電流Ｉ_ｂを供給しているため、図１１に示すように、常時、バイアス電流Ｉ_ｂが流れ、その上に、画像データ信号ＤＡＴＡに合わせてオン／オフされる信号電流が加算されるという動作を行っている。また、上記ＡＰＣ動作においては、ＬＤ１０の閾値電流Ｉ_ｔｈが温度変動してもバイアス電流Ｉ_ｂを適正に制御することで、光量を一定にしている。

したがって、たとえ画像信号が途絶えても、ＬＤ１０に常時バイアス電流Ｉ_ｂが流れることで、微弱なオフセット発光が発生し、感光体６がオフセット発光を感知して、地汚れの原因となるため、オフセット発光の感光体６への影響を打ち消すために、感光体６に印加する電圧を高める必要がある。
しかしながら、感光体６に電圧を印加すると、感光体６の寿命が縮むことが知られている。
一方、無バイアス変調方式では、図４に示した無バイアス変調方式の動作メカニズムから分かるように、図１２に示すように、単純に信号電流がオン、オフするのみであり、ＡＰＣは信号電流を適正に制御することで光量が一定になっている。
したがって、画像信号が途絶えると、ＬＤ１０に電流はほとんど流れなくなり、バイアス電流Ｉ_ｂに起因する微弱なオフセット発光も発生しない。その結果、感光体６の地汚れを無くすために感光体６に印加する電圧を高める必要がなく、オフセット発光に起因して感光体６の寿命が縮むことがない。
ところが、無バイアス変調方式では発振ディレイτ_ｄを抑制しにくいという欠点があるため、ＭＨｚオーダー以上の高速変調を行なう場合に、無バイアス変調方式は、バイアス変調方式に比較して画像品質が劣る。

そこで、ＭＨｚオーダー以上の高速変調を行なう場合には、通常、図１４に示したバイアス変調方式が用いられるが、本実施例のレーザプリンタ１では、さらに走査結像光学系９の光利用効率を落とした上で、バイアス変調方式を採用しているため、ＬＤ発光量を高めることができ、ＬＤ発光量を高めることとバイアス電流Ｉ_ｂを印加することの相乗効果によって、より効果的に発振ディレイτ_ｄを抑制することができる。さらに、本実施例のレーザプリンタ１は、走査結像光学系９の光利用効率を落とすことで、バイアス電流Ｉ_ｂの印加に伴うオフセット発光の感光体６への影響をも低減することができる。

したがって、本実施例のレーザプリンタ１は、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合であっても、オフセット発光に起因した感光体６の劣化を抑制し、感光体６の寿命をある程度保ったまま、同時に発振ディレイτ_ｄを抑えてＬＤ１０の動作速度を向上させ、画像品質を向上させることができる。

次に、上述のように、ＬＤＵ２に、多層膜コーティングを施して透過率を６０％としたコリメートレンズを使用し、また、ポリゴンミラー３も、多層膜コーティングを施して、反射率を７０％とするとともに、ポリゴン面数を４面としたものを使用し、さらに、感光体６の上面にも、レーザビームの光エネルギーを減衰させる薄膜をコーティングしている効果について説明する。
まず、レンズ、ミラー等の光学部品の反射率、透過率の効果について述べる。レンズ、ミラー等の光学部品は、通常、光利用効率を高めるために、ＬＤ波長に合わせて透過率の高い部品を使用するのが通例であり、たいていの光学装置では、透過率８０％以上の部品を使用している。
しかしながら、本実施例のレーザプリンタ１では、上記（１）式を満たす光量でＬＤ１０を発光させることによって、発振ディレイτ_ｄを抑制することを目指しているため、ＬＤ１０の発光量が感光体６を露光するのに必要な光量を大きく上回ってしまう。
そこで、感光体６を露光するのに必要な光量を大きく上回ってしまう場合であっても、上述のように走査結像光学系９に使用されるレンズ、ミラー等の光学部品の反射率、透過率を落とすことによって、ＬＤ１０から放射されたビーム光量を減衰させて感光体６に照射される光量を低減し、上記（１）式を満足するレーザプリンタ１を設計することができる。

また、感光体６上にも、光エネルギーを減衰させる薄膜をコーティングすることによっても、同様に、感光体６上の光半導体に照射される光量を低減し、上記（１）式を満足するレーザプリンタ１を設計することができる。

次に、ポリゴンミラー３のミラー面数を４面と小さくしている効果について説明する。まず、有効走査期間率について説明する。有効走査期間率とは、光ビームが１主走査期間内にポリゴンミラー３によって偏向されたうち、どの程度の期間、感光体６の画像形成領域に照射されるかを示すものであり、ポリゴンミラー面数を減らすほど、有効走査期間率が小さくなることが知られている。

そして、一般的に、レーザプリンタ等の画像形成装置で使用されるポリゴンミラーは、有効走査期間率を高めるために、ポリゴンミラー面数を大きくしているのが通例であり、たいていの画像形成装置では、ポリゴンミラー面数が６面以上の部品を使用している。

そこで、本実施例のレーザプリンタ１では、ポリゴンミラー３のミラー面数を通常の６面よりも減らすことで、有効走査期間率を意図的に小さくして、その分、光ビームの走査速度を高めることによって、単位時間当たりの必要光量そのものを高めて、上記（１）式を満足するＬＤ光量を確保している。

このように、本実施例のレーザプリンタ１は、バイアス変調方式のＬＤ変調回路４０で、ＬＤ１０の駆動を画像データに基づいて制御してＬＤ１０から画像データに基づいて変調された光ビームを出射させ、走査結像光学系９で、ＬＤ１０の出射する光ビームを感光体６上に走査結像させて画像形成するに際して、ＬＤ１０の発光光量及び走査結像光学系９の全光利用効率を、ＬＤ１０の発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間の１／２以下となるように、ＬＤ１０の微分効率、ＬＤ１０の閾値電流、ＬＤ１０のレーザ媒質中のキャリア寿命及び１画素当たりの走査時間に基づいて設定している。
したがって、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合に、ＬＤ１０のバイアス電流を抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体６の寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えることでＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

また、本実施例のレーザプリンタ１は、ＬＤ１０の発光光量及び走査結像光学系９の全光利用効率を、Ｐ_０をＬＤ１０の発光光量〔Ｗ〕、ηをＬＤ１０の微分効率〔Ｗ／Ａ〕、Ｉ_ｔｈをＬＤ１０の閾値電流〔Ａ〕、Ｉ_ｂをＬＤ１０のバイアス電流〔Ａ〕、τ_ｓをＬＤ１０のレーザ媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕、ｔ_ｓｃを１画素あたりの走査時間〔ｓ〕、Ｐを感光体６の必要光量〔Ｗ〕、η_０を感光体６上に形成された薄膜を含む走査結像光学系９の全光利用効率〔Ｗ〕、η_ｃを走査結像光学系９の一部として使用されるアパーチャーのカップリング効率としたとき、Ｐ_０＝η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕なる式（１）を満たすように、設定している。
したがって、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合であっても、ＬＤ１０のバイアス電流Ｉ_ｂを抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体６の寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えることでＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

さらに、本実施例のレーザプリンタ１は、走査結像光学系９を、透過率が８０％以下の光学素子（例えば、透過率６０％のＬＤＵ２のコリメートレンズ）を用いたものとしている。
したがって、走査結像光学系９で光量を減衰させてＬＤ１０から放射された光量を低減させて、ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ１０を駆動する場合にも、ＬＤ１０のバイアス電流Ｉ_ｂを抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体６の寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えることでＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

また、本実施例のレーザプリンタ１は、走査結像光学系９を、反射率が８０％以下の光学素子（例えば、反射率７０％のポリゴンミラー３）を用いたものとしている。
したがって、走査結像光学系９で光量を減衰させることでＬＤ１０から放射された光量を低減させて、ＬＤ１０のバイアス電流Ｉ_ｂを抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体６の寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えることでＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

さらに、本実施例のレーザプリンタ１は、感光体６を、その表面上に入射される光ビームの光エネルギーを減衰させる薄膜がコーティングされているものとしている。
したがって、感光体６に照射される光量を低減させて、ＬＤ１０のバイアス電流Ｉ_ｂを抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体６の寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えることでＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

また、本実施例のレーザプリンタ１は、走査結像光学系９を、６面よりも少ないポリゴン面数を有するポリゴンミラー３を備え、当該ポリゴンミラー３で、ＬＤ１０から出射された光ビームを走査するものとしている。
したがって、有効走査期間率を低くして、光ビームの走査速度を高め、単位時間当たりの感光体６の必要光量そのものを高めて、ＬＤ１０のバイアス電流Ｉ_ｂを抑制してオフセット発光量を低減することができ、感光体６の寿命を延ばすことができるとともに、発振ディレイτ_ｄを抑えることでＬＤ１０の動作速度を向上させて画像品質を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

ＭＨｚオーダー以上の駆動周波数でＬＤ（レーザダイオード）を動作させて高速処理する場合にも感光体の劣化を抑制しつつ高品質の画像を形成するレーザプリンタ、複写装置等の画像形成装置に適用することができる。

本発明の画像形成装置の一実施例を適用したレーザプリンタの走査光学系の要部概略構成図。 図１のレーザプリンタの書込制御部の回路構成図。 図２のＬＤドライバの詳細な回路構成図。 無バイアス変調方式の変調回路の一例を示す図。 １画素当たりの走査時間と発振ディレイ時間との比率の関係を示す図。 光波形と形成される画像との関係を示す図。 ＬＤの発振ディレイが画像に与える具体的な影響の説明図。 ＬＤの過渡応答特性の説明図。 ＬＤの電流−光出力特性を示す図。 レーザ媒質中のキャリア寿命の測定結果の一例を示す図。 バイアス変調方式のＬＤ変調回路の動作説明図。 無バイアス変調方式のＬＤ変調回路の動作説明図。 ＬＤの発振ディレイの説明図。 一般的なバイアス変調方式のＬＤ変調回路の一例を示す図。

符号の説明

１ レーザプリンタ
２ ＬＤＵ（レーザダイオードユニット）
３ ポリゴンミラー
４ ｆθレンズ
５ 反射ミラー
６ 感光体
７ 同期検知ミラー
８ 同期検知受光素子
９ 走査結像光学系
１０ ＬＤ
１１ ＰＤ
２０ 書込制御部
２１ 画像処理部
２２ ＤＡＣ
Ｒｖ 分圧抵抗
２３ ＬＤドライバ
Ｃｈ ホールドコンデンサ
２４ ＣＰＵ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｒｂ 可変抵抗
３０ ＡＰＣ回路
３１ Ｉ／Ｖ変換回路
３２ コンパレータ
３３ Ｓ／Ｈスイッチ
４０ ＬＤ変調回路
４１ 反転素子
Ｑ１、Ｑ２、Ｑｓ、Ｑｂ トランジスタ

Claims (6)

1. バイアス変調方式の変調手段で、レーザダイオードの駆動を画像データに基づいて制御して当該レーザダイオードから当該画像データに基づいて変調された光ビームを出射させ、走査結像手段で、当該レーザダイオードの出射する光ビームを感光体上に走査結像させて静電潜像を形成させ画像形成する画像形成装置において、前記レーザダイオードの発光光量及び前記走査結像手段の全光利用効率は、前記レーザダイオードの発振ディレイ量が１画素当たりの走査時間の１／２以下となるように、前記レーザダイオードの微分効率、前記レーザダイオードの閾値電流、前記レーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命及び１画素当たりの走査時間に基づいて設定されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記レーザダイオードの発光光量及び前記走査結像手段の全光利用効率は、Ｐ_０を前記レーザダイオードの発光光量〔Ｗ〕、ηを前記レーザダイオードの微分効率〔Ｗ／Ａ〕、Ｉ_ｔｈを前記レーザダイオードの閾値電流〔Ａ〕、Ｉ_ｂを前記レーザダイオードのバイアス電流〔Ａ〕、τ_ｓを前記レーザダイオードのレーザ媒質中のキャリア寿命〔ｓ〕、ｔ_ｓｃを１画素あたりの走査時間〔ｓ〕、Ｐを前記感光体の必要光量〔Ｗ〕、η_０を前記感光体上に形成された薄膜を含む前記走査結像手段の全光利用効率〔Ｗ〕、η_ｃを前記走査結像手段の一部として使用されるアパーチャーのカップリング効率としたとき、
   Ｐ_０＝η（Ｉ_ｔｈ−Ｉ_ｂ）／〔ｅｘｐ（ｔ_ｓｃ／２τ_ｓ）−１〕
   なる式を満たすように、設定されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記走査結像手段は、透過率が８０％以下の光学素子が用いられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記走査結像手段は、反射率が８０％以下の光学素子が用いられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記感光体は、その表面上に入射される光ビームの光エネルギーを減衰させる薄膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置。
6. 前記走査結像手段は、６面よりも少ないポリゴン面数を有するポリゴンミラーを備え、当該ポリゴンミラーで、前記レーザダイオードから出射された光ビームを走査させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像形成装置。
   

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