JP2006332142A - 発光素子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタのレーザーダイオードの自動光量制御において、制御動作時間を増大することなく、熱クロストークの影響を軽減する。
【解決手段】LDユニット１の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させる。受光素子７で発光素子の出力光を受光して、光強度情報を得る。光強度情報をフィードバックし、発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える。フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する。このようにして、発光素子の光出力量をフィードバック制御することにより、短時間で光出力量を安定化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザーダイオードから放射される光ビームを走査する光走査装置の発光素子制御装置に関し、特に、デジタル複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等において、光ビームで画像形成を行なうための光走査装置の発光素子制御装置に関する。

レーザーダイオードなどの発光素子には、発光素子の環境温度変化や発光素子自体の発熱に起因する温度変動によって、発光量が変動するという性質がある。一方、こうした発光素子を使用したレーザープリンタに代表される画像形成装置などでは、発光素子光量が一定であることが望まれる。このため、一定期間毎に、受光素子によって発光素子の発光量を検出し、発光素子制御装置にフィードバックすることで駆動電流量をコントロールして、光量を一定に調節するというオートマチック・パワーコントロール（APC、自動光量制御）が一般的に行なわれている。図18に、従来の発光素子制御装置の一般的な制御信号タイムチャートを示す。以下に、従来のAPC技術の例をいくつかあげる。

特許文献１に開示された「画像読取り装置」は、モノクロ読み取り時において、各色LEDの駆動電流が順電流最大定格を越えないように制御することで、LEDの劣化や破壊を防止するものである。モノクロ読取りモードにおいて、駆動回路部は、LED-R、LED-G、LED-Bの駆動信号のデューティが大きいときは、駆動信号の電流値を、当該デューティでの順電流最大定格値を超えない範囲で小さく設定する。各色LEDの駆動信号のデューティが小さいときは、駆動信号の電流値を、当該デューティでの順電流最大定格値を超えない範囲で大きく設定する。

特許文献２に開示された「表示装置」は、電力を極力使用しないようにした表示装置である。入力されるイメージデータに従って光変調をする光変調デバイスを使用して、観察者に対し画像を表示する投影表示装置である。この投影表示装置は、発光量を調整可能な、異なった色光を発光する複数のLEDを備えている。この複数のLEDが発光する各色光の発光量を、個別に調整制御する供給電流調整制御部を備えている。表示可能な最大輝度の白色画像を、観察者に対し表示した際に、少なくとも１つの色光の発光量を、複数のLEDの色光毎の発光量よりも少ない発光量に、供給電流調整制御部で変更できる。
特開2003-319134号公報 特開2004-341206号公報

しかしながら、上記従来の技術においては、次のような問題がある。レーザーダイオードアレイやVCSEL(面発光レーザー)といった、独立に駆動可能な複数の発光素子を内蔵した光デバイスを使用する場合、隣接した発光素子から発生する熱によって、発光量に影響を受ける「熱クロストーク」という現象が発生することが知られている。特に、APC期間中に熱クロストークの影響を受けると、目的値よりも低い光量しか発光できない状態でAPCが終了してしまうため、正常なAPC動作ができないという問題がある。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、独立に駆動可能な複数の発光素子を内蔵した光デバイスを１つまたは複数使用する場合であっても、発光素子全体のAPC動作時間を増大することなく、熱クロストークがAPCに及ぼす影響を軽減することである。

上記の課題を解決するために、本発明では、発光素子制御装置に、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最も近傍に存在する発光素子ではない発光素子が、常に次にフィードバック制御する発光素子となるように、各発光素子のフィードバック制御の実行順序を制御する発光素子制御手段を備えた構成とした。

また、発光素子制御装置に、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の光デバイスにない発光素子が、常に次にフィードバック制御する発光素子となるように、各発光素子のフィードバック制御の実行順序を制御する発光素子制御手段を備えた構成とした。

また、発光素子制御装置に、異なる光デバイス内からそれぞれ１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行した後、この一連のフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設け、インターバルの後、異なる光デバイス内からそれぞれ前回とは異なる１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行して、再びフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設けるという制御を繰り返すことで、全体の発光素子のフィードバック制御を実行する発光素子制御手段を備えた構成とした。

上記のように構成したことにより、独立に駆動可能な複数の発光素子を内蔵した１つまたは複数の光デバイスを使用する場合であっても、発光素子全体のAPC動作時間を増大することなく、熱クロストークがAPCに及ぼす影響を軽減できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図17を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１は、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置であって、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する発光素子制御装置である。

図１は、本発明の実施例１における発光素子制御装置を備えたレーザーダイオードアレイ（LDA）を用いたマルチビーム・レーザープリンタの構成を示す概念図である。図１において、レーザーダイオード・ユニット（LDユニット、LDU）１は、レーザーダイオードアレイ（LDA）やレーザーダイオード（LD）ドライバ等で構成されるユニットである。LDAやVCSEL(面発光レーザー)などのデバイス（他の素子を内蔵していてもよい）を総称して光デバイスと呼ぶことにする。ポリゴンミラー２は、レーザービームを偏向させて走査する回転多面鏡である。

ｆ−θレンズ３は、像高が走査角(θ)に比例する走査用レンズである。反射ミラー４は、走査ビームを感光体ドラムに向けるための鏡である。感光体ドラム５は、レーザービームで静電潜像を生成する感光体を円筒面に有するドラムである。同期検知ミラー６は、同期と光量検知のために、走査領域外の特定方向のレーザービームを受光素子に入射させるための鏡である。受光素子７は、同期と光量検知のためのレーザービームの光量を検出するフォトダイオードである。図１では、LDユニット１と受光素子７を分離して描いてあるが、両者は一体のパッケージの光デバイスとなっている。

図２は、発光素子制御装置のLD制御部周辺の構成図である。図２において、中央演算処理装置（CPU）８は、レーザープリンタ全体を制御する処理装置である。LD制御部９は、画像データを処理してLDユニットに信号を送る手段である。LDドライバ10は、レーザーダイオードを駆動するドライバである。

図３は、発光素子制御装置のAPC制御回路のブロック図である。図４は、発光素子制御装置のLDAの構造と各チャンネルの位置関係を示す図である。図５は、発光素子制御装置の制御信号タイムチャートである。図６は、発光素子制御装置のAPC実行順序と各チャンネルの位置関係を示す図である。図７は、ドループ(droop)のメカニズムを説明する図である。図８は、光デバイスの隣接チャンネルの温度上昇を引き起こすメカニズムを説明する図である。図９は、光デバイスにおける熱クロストークの説明図である。

以下、本発明の実施例１における発光素子制御装置の構成と動作を詳しく説明する。実施例１では、複数のレーザービームの光源として、一つのチップ上に、個別に制御可能な８個の発光源がアレイ状に配列されたレーザーダイオード・アレイ（LDA）を使用する。LDAには、光量検知用のフォトダイオード（PD）がパッケージ内に１つしか内蔵されていないものが多い。そこで、実施例１では、このように内蔵PDが１つしかないLDAを使用するものとして説明する。各実施例では、レーザーダイオード・アレイ（LDA）を例として説明するが、同様な温度特性を有する発光素子であれば、他の発光素子にも適用可能である。

最初に、図１を参照しながら、LDAを用いたマルチビーム・レーザープリンタの構成を説明する。図１に示すマルチビーム・レーザープリンタでは、レーザーダイオード・ユニット（LDU）１内部において、LDAから放射された８個のレーザービームは、コリメートレンズによって平行光線となって射出される。回転多面鏡（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３等から構成される結像レンズによって、感光体ドラム５の帯電した表面に、副走査方向に近接した８個のビームスポットとして結像する。この際に、それぞれのレーザービームは、画像信号に基づいて、それぞれ個別に変調されて、点灯、消灯を繰り返す。ポリゴンミラー２の回転に従って、主走査方向に反復して、８ライン分同時に走査される。それとともに、感光体ドラム５が回転して副走査を行なうことによって、感光体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）によって現像される。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、感光体上の走査領域外に配置された受光素子７は、レーザービームを検知する。LD制御部は、受光素子７によって得られた検知信号を基に、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。

次に、図２を参照しながら、LD制御部周辺について詳細に説明する。図２に示す発光素子制御装置を含む光走査装置においては、中央演算処理装置（CPU）８が、レーザープリンタ全体を制御している。LD制御部９は、画像データを電気的に処理し、LDAやLDドライバ等で構成されるLDU１に、パラレルに、画像データ信号（画像DATA）と光量制御信号およびサンプル・ホールド信号の３つの信号を伝送している。LDU１内部のLDドライバ10は、LDAに内蔵された８個のLDにそれぞれに対応して、８個用意され、対応するLDをそれぞれ駆動する。８個のドライバは、全く同様の方法で、LD制御部９から制御されるので、図が複雑になるのを避けるため、代表して２つのLDドライバのみ図示してある。

各LDドライバは、送信された信号をもとに、対応するLDを駆動する。有効走査期間外において、サンプル・ホールド信号（Ｓ／Ｈ信号）がサンプル状態になることで、各LDについて順繰りにAPC（オートマッチク・パワー・コントロール、自動光量制御）を行なう。APCは、LDパッケージに内蔵されたフォトダイオード（PD）で発生するモニタ電流を、APC回路内蔵のLDドライバにフィードバックすることで行われる。そして、有効走査期間内においては、Ｓ／Ｈ信号がホールド状態になることで、ドライバの出力電流を一定値に固定している。

次に、図３に示すLDドライバに内蔵されたAPC回路の回路ブロック図を参照しながら、APC回路の動作を説明する。ここでも、LDドライバ毎にAPC回路が内蔵されているが、APC回路それぞれの構成は全く同等であるので、１つのAPC回路のみ説明する。

先ず、APC動作時の流れを説明する。LDには、常時、LD発光を起こさない程度のバイアス電流が流されている。APC動作時には、LD制御装置である画像処理部から、LD点灯信号が送出される。それに続いて、Ｓ／Ｈ信号がサンプル信号に変わる。LD点灯信号は、変調回路内部のスイッチ回路（図示なし）をAPC動作側に切り替える。サンプル信号は、Ｓ／ＨスイッチをONに切り替える。すると、ホールド・コンデンサの電圧値に基づいた信号電流が、変調回路内部の電流発生回路（図示なし）からスイッチ回路（図示なし）を介してLDに流れ込んでバイアス電流に加算されることでLDが発光し、LDの光強度に比例した電流がPDに流れ込む。そして、Ｉ／Ｖ変換回路において、PD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、LD光量の基準として外部からチャンネル毎に入力される光量基準電圧が、コンパレータによって比較される。その比較結果に基づいて、ホールド・コンデンサが充電もしくは放電されて、電圧値が変化する。それにより、変調回路内部の電流発生回路（図示なし）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。

次に、画像書込み時の動作を説明する。画像書込み時には、Ｓ／Ｈ信号がホールド信号に変って、Ｓ／ＨスイッチがOFFに切り替わる。その結果、ホールド・コンデンサの値が一定値に固定されるため、変調回路内部の電流発生回路（図示なし）からLDに流れる電流は、一定値に固定される。そして、LD制御部から送出される画像データ信号に基づいて、変調回路内部のスイッチ回路（図示なし）がLD変調側に切り替わり、変調回路でLD光源を変調して、感光体に画像の書き込みが行われる。

図４を参照しながら、LDAの構造と各チャンネルの位置関係を説明する。このLDAのLDチップ構造は、端面発光型である。端面発光型のLDでは、LDチップ端面からレーザー光を射出させるという構造上、LDA化した場合、チップ上に各LDが並行に配列されていて、発光点の配列も１次元になっている。LDチップ上の８個の発光点は、図４に示すように、第１チャンネル(1ch)から順番に１列に並んでいる。

図５と図６を参照しながら、LDA上の各LDに対するAPC実行順序について詳細に説明する。レーザープリンタに代表される画像形成装置では、画像データ出力中にLDを消灯する場合もある。そのため、有効走査期間外においてAPCを実行する。また、有効走査期間外においては、同期検知信号を生成するためにLDを点灯する必要があるが、ここでは、同期検知タイミングで、第１チャンネル(1ch)のAPCを実行して、APC用LD点灯動作が、同期検知用LD点灯動作を兼ねる。

有効走査期間外における各LDのAPC実行順序は、図18に示す従来例のように、端のチャンネルから順番にAPCを実行する順序ではない。図５に示すように、１チャンネルおきに奇数チャンネルのみAPCを実行していき、奇数チャンネルのAPC実行が終了した時点で、今度は偶数チャンネルについて、１チャンネルおきにAPCを実行していくというAPC動作を行なう。図６に、各発光点の位置と、APC実行順序の関係を分かりやすく示してある。図５と図６に示した順序に限らず、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御するような順序であれば、他の順序でもよい。これは、他の実施例でも同様である。

図７〜図９を参照しながら、このようにAPC制御を実行する理由を説明する。LDには、LD固有の閾値電流Ithと呼ばれる定数がある。閾値電流Ithまで電流を流しても、レーザー発振を起こさず、閾値電流Ithを超えると、閾値電流Ithを超過した電流分に比例した光量で発振を開始するという性質がある。さらに、LDの閾値電流Ithは、温度変動によって変動する。LDを定電流で駆動していても、閾値電流Ithの変動に伴って、光量が変動してしまう。

これを避けるために、発光量を検出して駆動電流量を調整するという手段が考えられている。この手段を実現する方法として、一定期間毎に断続的にAPCを行なって光量調整し、APC期間外においては、電位換算して電位保持手段に保持されたLD駆動電流値に基づいて定電流制御を行なうという従来技術がある。しかし、この方法には次のような問題がある。

APC期間から次のAPC期間に移行するまでの間に、定電流制御によってLDを連続発光させた場合、LD発光領域において、電流印加に伴う発熱によって、局所的に温度が上昇する。LDは、温度によって閾値電流Ithが変動するので、温度が上昇すると光量が低下する。図７に示すように、LD発光領域の局所的温度上昇に伴って閾値電流Ithが上昇し、LD発光量が徐々に低下していく。この現象はドループ(droop)と呼ばれており、バイアス電流を流す等の手段によって、画像に影響を与えない程度に押さえることが可能であることも広く知られている。

一方、LDAのように、複数の発光点が１つのLDチップ上に存在する場合、LD発光領域における電流印加に伴う発熱が、隣接チャンネルのLD発光領域の温度上昇を惹き起こす。閾値電流Ithの変動を介して、隣接チャンネルのLD発光量に影響を与えることが知られており、熱クロストークと呼ばれている。この現象が発生するメカニズムとその結果を、図８と図９に示す。

APC実行時には、各チャンネルのAPC間隔を十分に空けないと、APC終了チャンネルの発光による発熱の影響が残ってしまうため、正確に光量をコントロールできない。従来の技術では、各チャンネルのAPC間隔を十分に離すことで、熱クロストークの影響を回避・低減してきた。ところが、高速・高密度書込みを狙ったマルチビーム化の進展に伴い、非有効走査期間において、各チャンネルのAPC間隔を十分に離すだけの時間的余裕がなくなってきている。

一方、図８から分かるように、近接したチャンネルへは熱が十分に伝わるので熱クロストークの影響は大きいが、遠く離れたチャンネルであればあるほど伝わる熱量は小さく、熱クロストークの影響は小さいことが分かる。また、電流印加を止めて発熱がなくなってからの時間経過が大きい程、熱がヒートシンクなどに放熱するので、熱クロストークの影響は小さいことが分かる。

従来のように、単純に各チャンネルのAPCタイミングの時間間隔を空けるだけでは、熱クロストークがAPCに及ぼす影響を効率的に回避・低減できない。そこで、APC順序を工夫して、空間的・時間的な組合せによるAPCタイミング管理を行なうことで、熱クロストークの影響を効率的に低減する。つまり、特定チャンネルのAPCが終了した時点で、熱の影響が強く残っている近接チャネルを回避して、できる限り遠方チャンネルのAPCを行ない、その間に、放熱によって熱クロストークの影響が小さくなってきた時点でAPCを行なうという制御方法を採る。

具体的には、有効走査期間外において、１チャンネルおきに奇数チャンネルのみ、チャンネル番号の若い順にAPCを実行してゆくことで、熱クロストークの影響を低減させる。さらに、番号の若いチャンネルの受ける熱クロストークの影響が、放熱によって小さくなってきた時点で、再び番号順に、今度は偶数チャンネルのみAPCを実行してゆく。この制御動作により、熱クロストークの影響を低減させる。このようにして、非有効走査期間が短くとも、熱クロストークの影響を低減させることができ、ひいては、高速でのビーム走査・高速書込みが可能になる。

上記のように、本発明の実施例１では、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置を、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する構成としたので、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例２は、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量を、外部のPDで検出してフィードバック制御する発光素子制御装置であって、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する発光素子制御装置である。

図10は、本発明の実施例２における発光素子制御装置の光学系構成を示す図である。図10において、LDA11は、レーザーダイオードアレイである。コリメートレンズ12は、LDA11からのレーザービームを平行光線にするレンズである。ビームスプリッター13は、レーザービームを２方向に分割する半透明鏡である。収束レンズ14は、レーザービームを収束させてフォトダイオードに入射させるレンズである。フォトダイオード（PD）15は、LDA11の外部に設けられた光量調節用受光素子である。

実施例２の基本的構成は、実施例１と同じである。実施例２が実施例１と異なるところは、LDA11にPD15を内蔵するのではなく、LDA11の外部にあるPD15で、LDA11からの射出光を、ビームスプリッター13で分離して収束レンズ14を介して受光してAPC実行を行なうという点である。また、PD15はAPC専用であるので、光走査の同期検知用の受光素子は、別途設けてある。実施例１と同様に、同期検知タイミングで、第１チャンネル(1ch)のAPCを実行して、APC用LD点灯動作が、同期検知用LD点灯動作を兼ねる構成としてもよい。

実施例２でも、実施例１と同様に、有効走査期間外において、図５に示すようにAPCを行なう。LDドライバに内蔵されたAPC回路の動作などは、実施例１と同じなので説明を省略する。以上のような構成により、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例３は、２つの４チャンネルLDAを使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置であって、フィードバック制御が直前に終了した発光素子のLDAとは異なるLDAの発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する発光素子制御装置である。

図11は、本発明の実施例３における発光素子制御装置を用いるレーザービームプリンタの光学系の構成を示す概念図である。図11において、第１LDA（LDA#1）は、１番目の４チャンネルLDAである。第２LDA（LDA#2）は、２番目の４チャンネルLDAである。図12は、発光素子制御装置の制御信号タイムチャートである。図13は、発光素子制御装置のAPC実行順序と各チャンネルの位置関係を示す図である。

実施例３の基本的構成は、実施例１とほとんど同じである。実施例３が実施例１と異なるところは、８個の発光源をもつ８チャンネルLDAを使用するのではなく、４個の発光源をもつ４チャンネルLDAを２個使用する点である。実施例１と構成が同じ部分に関しては、詳しい説明を省略する。

図11を参照しながら、実施例３の光学系について説明する。２つの４チャンネルLDA#1とLDA#2から射出された光は、ポリゴンミラー２の位置で交差して、感光体ドラム上で、主走査方向に離れた位置で結像し、時間差をもって感光体上を主走査方向に走査される。LDA#1とLDA#2のLDチップ構造は、実施例１の８チャンネルLDAと同様に、端面発光型である。発光点も、８チャンネルLDA同様に、１次元に４つ並んで配列されている。そして、実施例３においても、LDチップ上の４個の発光点は、第１チャンネル(1ch)から順番に１列に並んでいる。ただし、実施例３では、LDAを２個使用するので、名称の混乱を避けるため、以下のように、チャンネル名を定義する。２個のLDAをそれぞれ、LDA#1、LDA#2と呼ぶ。LDA#1の発光源を、端から順番に1ch、2ch、3ch、4chと名づけ、同様にして、LDA#2の発光源を、端から順番に5ch、6ch、7ch、8chと名づける。

LDA上の各LDに対するAPC実行順序について詳細に説明する。実施例３でも、実施例１と同様に、有効走査期間外においてAPCを実行する。また、実施例３でも、実施例１と同様に、第１チャンネル(1ch)のAPC用LD点灯動作が、同期検知用LD点灯動作を兼ねる。有効走査期間外における各LDのAPC実行順序は、図12に示すように、LDA毎に交互にAPCを実行してゆくという順序である。

図13に、各発光点の位置と、APC実行順序の関係を分かりやすく示してある。このようにAPC制御を行なう理由を説明する。実施例３においても、実施例１において説明したように、APC順序を工夫して、空間的・時間的な組合せによるAPCタイミング管理を行なうことで、熱クロストークの影響を低減する。つまり、特定チャンネルのAPCが終了した時点で、熱の影響が強く残っている近接チャネルを回避して、できる限り遠方チャンネルのAPCを行ない、その間に、放熱によって熱クロストークの影響が小さくなってきた時点で、同一チャンネルの次回のAPCを行なうという制御方法をとる。

具体的には、実施例３では、有効走査期間外において、まず、LDA#1の1chについてAPCを実行し、そのAPC実行が終了した時点で、熱的に分離されているとみなせるLDA#2の5chについてAPCを実行することで、熱クロストークの影響を回避する。さらに、その間に放熱によってLDA#1内部における熱クロストークの影響が小さくなってきた時点で、再びLDA#1の2chについてAPCを実行することで、熱クロストークの影響を低減させるという制御動作を行なう。このように制御することで、非有効走査期間が短くとも、熱クロストークの影響を低減させることが可能になり、ひいては、高速でのビーム走査・高速書込みが可能になる。

上記のように、本発明の実施例３では、２つの４チャンネルLDAを使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置を、フィードバック制御が直前に終了した発光素子のLDAとは異なるLDAの発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する構成としたので、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例４は、２つの４チャンネルLDAを使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量を、外部のPDで検出してフィードバック制御する発光素子制御装置であって、フィードバック制御が直前に終了した発光素子のLDAとは異なるLDAの発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する発光素子制御装置である。

図14は、本発明の実施例４における発光素子制御装置を用いるマルチビーム・レーザープリンタの光学系を示す概念図である。図14において、第１LDA（LDA#1）は、１番目の４チャンネルLDAである。第２LDA（LDA#2）は、２番目の４チャンネルLDAである。ビームスプリッター13は、レーザービームを２方向に分割する半透明鏡である。フォトダイオード（PD）15は、LDAの外部に設けられた光量調節用受光素子である。

実施例４の基本的構成は、実施例３とほとんど同じである。実施例４が実施例３と異なるところは、LDA#1やLDA#2にPD15を内蔵するのではなく、LDA#1やLDA#2の外部にあるPD15で、LDA#1やLDA#2からの射出光を、ビームスプリッター13で分離して受光してAPC実行を行なうという点である。また、PD15はAPC専用であるので、光走査の同期検知用の受光素子は、別途設けてある。実施例１と同様に、同期検知タイミングで、第１チャンネル(1ch)のAPCを実行して、APC用LD点灯動作が、同期検知用LD点灯動作を兼ねる構成としてもよい。

実施例４でも、実施例３と同様に、有効走査期間外において、図12に示すようにAPCを行なう。LDドライバに内蔵されたAPC回路の動作などは、実施例１と同じなので説明を省略する。その他の同一部分の説明は、実施例２と実施例３から容易に理解可能なので省略する。以上のような構成により、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例５は、２つの４チャンネルLDAを使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置であって、異なるLDA内からそれぞれ１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行した後、この一連のフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設け、インターバルの後、異なるLDA内からそれぞれ前回とは異なる１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行して、再びフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設けるという制御を繰り返すことで、全体の発光素子のフィードバック制御を実行する発光素子制御装置である。

図15は、本発明の実施例５における発光素子制御装置のAPC制御順序を説明する図である。実施例５のハードウエア構成は、実施例３と全く同じである。実施例５が実施例３と異なるところは、APC制御順序のみである。実施例３と同じ部分の説明は省略する。実施例５においても、実施例３と同様に、２個のLDAをそれぞれ、LDA#1、LDA#2と呼ぶ。LDA#1の発光源を端から順番に、1ch、2ch、3ch、4chと名づけ、同様にして、LDA#2の発光源を端から順番に、5ch、6ch、7ch、8chと名づける。

LDA上の各LDに対するAPC実行順序について詳細に説明する。実施例５でも、実施例１や実施例３と同様に、有効走査期間外においてAPCを実行する。実施例５でも、実施例３と同様に、1chのAPC用LD点灯動作が、同期検知用LD点灯動作を兼ねる。有効走査期間外における各LDのAPC実行順序は、図15に示すように、１主走査毎に、各LDAのチャンネルを１つずつAPC実行してゆくという順序である。

各発光点の位置と、APC実行順序の関係は、図13と同じになる。ただし、途中で画像データ出力期間が挿入される。つまり、有効走査期間外において、まず、LDA#1の1chについてAPCを実行し、そのAPC実行が終了した時点で、LDA#2の5chについてAPCを実行する。ここで一旦、APCを終了して、画像データ出力を行なう。画像データ出力が終了した時点で、少し時間をおいて、再びLDA#1の2chについてAPCを実行する。そのAPC実行が終了した時点で、LDA#2の6chについても同様にAPCを実行する。

このようにAPC制御を実行する理由を説明する。実施例５においても、実施例３において説明したように、APC順序を工夫して、空間的・時間的な組合せによるAPCタイミング管理を行なうことで、熱クロストークの影響を低減する。つまり、特定チャンネルのAPCが終了した時点で、熱の影響が強く残っている近接チャネルを回避して、できる限り遠方チャンネルのAPCを行なう。その間に放熱によって熱クロストークの影響が小さくなってきた時点で、同一チャンネルの次回のAPCを行なうという制御方法をとる。

具体的には、実施例５では、有効走査期間外において、まず、LDA#1の1chについてのAPCを実行する。そのAPC実行が終了した時点で、熱的に分離されているとみなせるLDA#2の5chについてのAPCを実行することで、熱クロストークの影響を回避する。ここで一旦、APCを終了して、画像データ出力を行なう。画像データ出力が終了した時点で、少し時間をおいて、熱クロストークの影響が少なくなってから、LDA#1の前回とは異なる2chについてのAPCを再び実行する。そのAPC実行が終了した時点で、熱的に分離されているとみなせるLDA#2の6chについてもAPCを実行することで、熱クロストークの影響を回避する。このように制御することで、非有効走査期間が短くとも、熱クロストークの影響を低減させることが可能になり、ひいては、高速でのビーム走査・高速書込みが可能になる。

上記のように、本発明の実施例５では、２つの４チャンネルLDAを使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置を、異なるLDA内からそれぞれ１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行した後、この一連のフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設け、インターバルの後、異なるLDA内からそれぞれ前回とは異なる１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行して、再びフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設けるという制御を繰り返すことで、全体の発光素子のフィードバック制御を実行する構成としたので、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例６は、２つの４チャンネルLDAを使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量を、外部のPDで検出してフィードバック制御する発光素子制御装置であって、異なるLDA内からそれぞれ１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行した後、この一連のフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設け、インターバルの後、異なるLDA内からそれぞれ前回とは異なる１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行して、再びフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設けるという制御を繰り返すことで、全体の発光素子のフィードバック制御を実行する発光素子制御装置である。

実施例６の基本的構成は、実施例５と同じである。実施例６が実施例５と異なるところは、LDAにPDを内蔵するのではなく、LDAの外部にあるPDで、LDAからの射出光を、ビームスプリッターで分離して受光してAPC実行を行なうという点である。また、PDはAPC専用であるので、光走査の同期検知用の受光素子は、別途設けてある。実施例１と同様に、同期検知タイミングで、第１チャンネル(1ch)のAPCを実行して、APC用LD点灯動作が、同期検知用LD点灯動作を兼ねる構成としてもよい。

実施例６でも、実施例５と同様に、有効走査期間外において、図15に示すようにAPCを行なう。LDドライバに内蔵されたAPC回路の動作などは、実施例１と同じなので説明を省略する。その他の同一部分の説明は、実施例２と実施例３から容易に理解可能なので省略する。以上のような構成により、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例７は、16チャンネルのVCSEL(面発光レーザー)を使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置であって、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する発光素子制御装置である。

図16は、本発明の実施例７における発光素子制御装置のAPC制御順序を示す図である。実施例７の基本的構成は、実施例１とほとんど同じである。実施例７が実施例１と異なるところは、端面発光型の８チャンネルLDAではなく、図16に示すように、４×４個の発光点が２次元に配列された16チャンネルのVCSEL(面発光レーザー)を使用して、図16に示された順序でAPC制御を行なう点である。LDドライバに内蔵されたAPC回路の動作などは、実施例１と同じなので説明を省略する。以上のような構成により、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の実施例８は、25チャンネルのVCSEL(面発光レーザー)を使用して、複数のレーザービームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザープリンタの発光素子の光出力量をフィードバック制御する発光素子制御装置であって、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最近傍の発光素子ではない発光素子を常に選択して、次にフィードバック制御する発光素子制御装置である。

図17は、本発明の実施例８における発光素子制御装置のAPC制御順序を示す図である。実施例８の基本的構成は、実施例７とほとんど同じである。実施例８が実施例７と異なるところは、２次元に配列された25チャンネルのVCSEL(面発光レーザー)を使用して、図17に示された順序でAPC制御を行なう点である。LDドライバに内蔵されたAPC回路の動作などは、実施例１と同じなので説明を省略する。以上のような構成により、熱クロストークの影響を低減させて、高速ビーム走査・高速書込みができる。

本発明の発光素子制御装置は、デジタル複写機やレーザービームプリンタや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に、レーザーダイオードから放射される光ビームを走査する光走査装置の発光素子制御装置として最適である。また、表示装置など、情報・通信分野において使用されるその他のレーザービーム走査装置にも応用できる。

本発明の実施例１における発光素子制御装置を用いるレーザービームプリンタの基本構成を示す概念図である。 本発明の実施例１における発光素子制御装置のLD制御部周辺の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施例１における発光素子制御装置のAPC制御回路の機能ブロック図である。 本発明の実施例１における発光素子制御装置で制御するLDAの構造と各チャンネルの位置関係を示す概念図である。 本発明の実施例１における発光素子制御装置の制御信号タイムチャートである。 本発明の実施例１における発光素子制御装置のAPC実行順序と各チャンネルの位置関係を示す図である。 レーザーダイオードアレイにおけるドループ(droop)のメカニズムを説明する図である。 レーザーダイオードアレイにおける隣接チャンネルの温度上昇を惹き起こすメカニズムを説明する図である。 レーザーダイオードアレイにおける熱クロストークの説明図である。 本発明の実施例２における発光素子制御装置を用いるレーザービームプリンタの光学系の構成を示す概念図である。 本発明の実施例３における発光素子制御装置を用いるレーザービームプリンタの光学系の構成を示す概念図である。 本発明の実施例３における発光素子制御装置の制御信号タイムチャートである。 本発明の実施例３における発光素子制御装置のAPC実行順序と各チャンネルの位置関係を示す図である。 本発明の実施例４と実施例６における発光素子制御装置を用いるレーザービームプリンタの光学系の構成を示す概念図である。 本発明の実施例５における発光素子制御装置の制御信号タイムチャートである。 本発明の実施例７における発光素子制御装置のAPC実行順序と各チャンネルの位置関係を示す図である。 本発明の実施例８における発光素子制御装置のAPC実行順序と各チャンネルの位置関係を示す図である。 従来の発光素子制御装置における一般的な制御信号タイムチャートである。

符号の説明

１・・・LDユニット、２・・・ポリゴンミラー、３・・・ｆ−θレンズ、４・・・反射ミラー、５・・・感光体ドラム、６・・・同期検知ミラー、７・・・受光素子、８・・・中央演算処理装置（CPU）、９・・・LD制御部、10・・・LDドライバ、11・・・LDA、12・・・コリメートレンズ、13・・・ビームスプリッター、14・・・収束レンズ、15・・・フォトダイオード、16・・・第１LDA（LDA#1）、17・・・第２LDA（LDA#2）。

Claims (6)

1. 発光素子の光出力量を断続的にフィードバックすることで、前記発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える発光素子制御装置であって、外部から個別制御可能な複数の発光素子と前記複数の発光素子の出力光を受光して光強度情報信号を外部に出力する受光素子とを内蔵した光デバイスと、前記光デバイス内部の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させるとともに前記光強度情報信号をフィードバックして前記各発光素子の駆動電流量を個別に制御する発光素子制御手段とを具備し、前記発光素子制御手段は、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最も近傍に存在する発光素子ではない発光素子が、常に次にフィードバック制御する発光素子となるように、各発光素子のフィードバック制御の実行順序を制御する手段を備えたことを特徴とする発光素子制御装置。
2. 発光素子の光出力量を断続的にフィードバックすることで、前記発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える発光素子制御装置であって、外部から個別制御可能な複数の発光素子を内蔵した光デバイスと、前記発光素子の出力光を受光して光強度情報信号に変換する受光素子と、前記光デバイス内部の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させるとともに前記光強度情報信号をフィードバックして前記各発光素子の駆動電流量を個別に制御する発光素子制御手段とを具備し、前記発光素子制御手段は、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の最も近傍に存在する発光素子ではない発光素子が、常に次にフィードバック制御する発光素子となるように、各発光素子のフィードバック制御の実行順序を制御する手段を備えたことを特徴とする発光素子制御装置。
3. 発光素子の光出力量を断続的にフィードバックすることで、前記発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える発光素子制御装置であって、外部から個別制御可能な複数の発光素子と前記複数の発光素子の出力光を受光して光強度情報信号を外部に出力する受光素子とを内蔵した複数の光デバイスと、前記光デバイス内部の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させるとともに前記光強度情報信号をフィードバックして前記各発光素子の駆動電流量を個別に制御する発光素子制御手段とを具備し、前記発光素子制御手段は、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の光デバイスにない発光素子が、常に次にフィードバック制御する発光素子となるように、各発光素子のフィードバック制御の実行順序を制御する手段を備えたことを特徴とする発光素子制御装置。
4. 発光素子の光出力量を断続的にフィードバックすることで、前記発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える発光素子制御装置であって、外部から個別制御可能な複数の発光素子を内蔵した複数の光デバイスと、前記発光素子の出力光を受光して光強度情報信号に変換する受光素子と、前記光デバイス内部の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させるとともに前記光強度情報信号をフィードバックして前記各発光素子の駆動電流量を個別に制御する発光素子制御手段とを具備し、前記発光素子制御手段は、フィードバック制御が直前に終了した発光素子の光デバイスにない発光素子が、常に次にフィードバック制御する発光素子となるように、各発光素子のフィードバック制御の実行順序を制御する手段を備えたことを特徴とする発光素子制御装置。
5. 発光素子の光出力量を断続的にフィードバックすることで、前記発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える発光素子制御装置であって、外部から個別制御可能な複数の発光素子と前記発光素子の出力光を受光して光強度情報信号を出力する受光素子とを内蔵した複数の光デバイスと、前記光デバイス内部の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させるとともに前記光強度情報信号をフィードバックして前記各発光素子の駆動電流量を個別に制御する発光素子制御手段とを具備し、前記発光素子制御手段は、異なる光デバイス内からそれぞれ１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行した後、この一連のフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設け、前記インターバルの後、異なる光デバイス内からそれぞれ前回とは異なる１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行して、再びフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設けるという制御を繰り返すことで、全体の発光素子のフィードバック制御を実行する手段を備えたことを特徴とする発光素子制御装置。
6. 発光素子の光出力量を断続的にフィードバックすることで、前記発光素子の光出力変化に応じて駆動電流量を自動的に変える発光素子制御装置であって、外部から個別制御可能な複数の発光素子を内蔵した複数の光デバイスと、前記発光素子の出力光を受光して光強度情報信号に変換する受光素子と、前記光デバイス内部の各発光素子を断続的かつ個別に順次発光させるとともに前記光強度情報信号をフィードバックして前記各発光素子の駆動電流量を個別に制御する発光素子制御手段とを具備し、前記発光素子制御手段は、異なる光デバイス内からそれぞれ１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行した後、この一連のフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設け、前記インターバルの後、異なる光デバイス内からそれぞれ前回とは異なる１つの発光素子を順次選択してフィードバック制御を実行して、再びフィードバック制御期間よりも長いインターバルを設けるという制御を繰り返すことで、全体の発光素子のフィードバック制御を実行する手段を備えたことを特徴とする発光素子制御装置。

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