JP2006332445A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーダイオード（ＬＤ）の駆動電流の制御を適切に行い、レーザー光の出力強度を安定させる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】ＬＤ３０と、ＬＤ３０から照射されたレーザー光の第２高周波を出力するＰＰＬＮ３４と、ＬＤ３０とＰＰＬＮ３４の間に配置され、レーザー光の波長の範囲を規定するファイバーブラッググレーティング３２とを備え、ＰＰＬＮ３４から出力されたレーザー光の出力強度を検出するフォトダイオード３７と、検出された出力強度が所定範囲となるように、ＬＤ３０の駆動電流を制御する電流制御手段４９ｅと、ＬＤ３０の駆動電流と、ＰＰＬＮ３４から出力されるレーザー光の出力強度との関係を駆動電流を変化させつつ取得する特性確認部５３と、特性確認部５３により取得された関係データに基づいて、駆動電流を制御する範囲を設定する制御範囲設定部５４とを備え、電流制御手段４９ｅは、制御範囲設定部５４により設定された範囲に基づいて、駆動電流の制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザーダイオードと、このレーザーダイオードから照射されたレーザー光の第２高周波を出力するＳＨＧ素子と、レーザーダイオードとＳＨＧ素子の間に配置され、レーザーダイオードから照射されるレーザー光の波長の範囲を規定するファイバーブラッググレーティングとを備えた画像形成装置に関するものである。

写真感光材料のような画像形成媒体上に画像形成を行う写真処理システムにおいて、レーザー光を用いて画像形成を行う画像形成装置が設けられた写真処理システムが知られている。レーザー光を出力するための素子の１例として、レーザーダイオードが使用されており、カラー画像を形成するためには、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の各色のレーザー光を出力するレーザーダイオードが必要とされる。Ｒレーザー光を出力するレーザーダイオードは、比較的安価であり、所望の波長特性を有するものを入手可能であるが、Ｇレーザー光やＢレーザー光を出力するレーザーダイオードは高価であるばかりでなく、写真感光材料の感光特性にマッチした波長を出力するものが入手困難な状況である。

そこで、下記特許文献１に示すようなレーザー発生装置が知られており、レーザーダイオードとして近赤外レーザー光を出力するものを用い、このレーザー光をＱＰＭ−ＳＨＧ素子を入射することで、レーザー光の第２高周波を生成することでＧレーザー光やＢレーザー光を出力するようにしている。例えば、波長１０６０ｎｍの近赤外レーザーダイオードを用いることで、波長５３０ｎｍ（第２高周波）のＧレーザー光を生成することができる。これにより、写真感光材料の特性にマッチした各色のレーザー光を生成することができる。ちなみにＱＰＭとは、Quasi Phase Matching（擬似位相整合）のことであり、ＳＨＧとは、Second Harmonic Generation（第２高周波発生）のことである。

ＱＰＭ−ＳＨＧ素子は、ＰＰＬＮ（Periodically-Poled LiNbO₃：周期分極反転ニオブ酸リチウム）で構成され、レーザーダイオードから照射されたレーザー光を擬似位相整合させて第２高周波を生成する。擬似位相整合することで、ＳＨＧ素子内部での第２高周波同士の打ち消し合いが防止されて変換効率が高まり、ＳＨＧ素子からはハイパワーのＧレーザー光やＢレーザー光を出力されることになる。

また、ＳＨＧ素子から出力されるレーザー光のパワーを安定させるためには、レーザーダイオードから出力させるレーザー光の波長特性を安定させる必要がある。波長特性が変わると、写真感光材料に形成される画像の発色に影響を与え画質の低下を招く恐れがあるからである。そのため、特許文献１では、レーザーダイオードとＳＨＧ素子の間にファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）を配置している。ＦＢＧは、主縦モードのレーザー光をレーザーダイオード側に反射させることができる。従って、レーザーダイオードにはＦＢＧにより主縦モードのレーザー光のみが入射され、ＦＢＧが外部共振器のごとく作用し、主縦モードのレーザー光のみが増幅されて、ＳＨＧ素子へ導入される。そのため、主縦モードのレーザー光が他のモードに比べて大きく増幅されるため、レーザーダイオードの波長特性が安定する。その結果、ＳＨＧ素子から安定したレーザー光が出力される。

特開２００５−５０８４３号公報

以上のようにＳＨＧ素子から出力されるレーザー光の出力強度を安定させることができるが、レーザー光の出力強度の変動要因はそれだけでなく、レーザーダイオードやＳＨＧ素子が設置される環境温度やレーザーダイオード等の劣化（経時変化や突発的な故障）によっても変動しうるものである。このうち、環境温度については、温度調整機能を設けることで、出力強度の変動要因を緩和することができる。

このように出力強度を安定させる構成を種々採用してはいるものの、それでも出力強度の変動は生じる。そのため、出力されるレーザー光の出力強度を検出し、所定範囲に収まるようにレーザーダイオードに流す電流を制御する方法がある。レーザーダイオードの特性として、電流を増加させれば、出力強度が大きくなる方向に制御でき、電流を減少させると出力強度が小さくなる方向に制御できる。

上記特許文献１のようなレーザー光発生装置において、レーザーダイオードの駆動電流とＳＨＧ素子から出力されるレーザー光の出力強度の関係は、図６に示すような関係になる。この図６からも明らかなように、出力強度と駆動電流の関係は連続的な関係ではなく、複数の断続点を有しており、これをモードホップ（あるいはモードホッピング）と称している。モードホップとは、単一モードの発振中に、ある縦モードから他のモードにレーザー光が突然シフトする現象のことをいう。従って、モードホップが生じる位置では、レーザー光の出力が不安定になるため、モードホップ位置をはずした状態で駆動電流の制御を行う必要がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、レーザーダイオードの駆動電流の制御を適切に行い、レーザー光の出力強度を安定させることができる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る画像形成装置は、
レーザーダイオードと、
このレーザーダイオードから照射されたレーザー光の第２高周波を出力するＳＨＧ素子と、
レーザーダイオードとＳＨＧ素子の間に配置され、レーザーダイオードから照射されるレーザー光の波長の範囲を規定するファイバーブラッググレーティングとを備えた画像形成装置であって、
ＳＨＧ素子から出力されたレーザー光の出力強度を検出するレーザー光検出手段と、
検出された出力強度が所定範囲となるように、レーザーダイオードに流す駆動電流を制御する電流制御手段と、
レーザーダイオードの駆動電流と、ＳＨＧ素子から出力されるレーザー光の出力強度との関係データを前記駆動電流を変化させつつ取得する特性確認部と、
この特性確認部により取得された前記関係データに基づいて、レーザーダイオードの駆動電流を制御する範囲を設定する制御範囲設定部とを備え、前記電流制御手段は、前記制御範囲設定部により設定された範囲に基づいて、駆動電流の制御を行うことを特徴とするものである。

この構成による画像形成装置の作用・効果を説明する。レーザーダイオードから出力されたレーザー光は、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）により安定した波長特性を有するレーザー光となり、更にＳＨＧ素子により所望の波長を有する第２高周波が生成される。このＳＨＧ素子から出力されるレーザー光の出力強度を検出し、レーザーダイオードの駆動電流を制御することで、所定範囲の出力強度を有するレーザー光を得ることができる。

また、特性確認部を備えており、レーザーダイオードの駆動電流を変化させつつ、ＳＨＧ素子から出力されるレーザー光の出力強度を求める。このようなレーザー光の出力特性を確認することで、モードホップがどの位置で生じるかを把握しておくことができる。この特性確認部により確認された出力強度と駆動電流の関係データに基づいて、駆動電流の制御を行うようにする。従って、レーザーダイオードの駆動電流を制御するに際して、モードホップ位置をはずした状態で制御を行うことができる。その結果、レーザーダイオードの駆動電流の制御を適切に行い、レーザー光の出力強度を安定させることができる画像形成装置を提供することができる。

本発明において、前記特性確認部によりモードホップによる複数の断続点（モードホップ位置）を取得し、前記制御範囲設定部は、複数の断続点のうち、間に断続点が含まれないように２つの断続点を選択し、この選択された断続点間に制御範囲を設定することが好ましい。

特性確認部によりモードホップによる複数の断続点を取得した場合、間に断続点が含まれないように２つの断続点の間で制御範囲を設定する。断続点と断続点の間では、出力強度と駆動電流の関係は連続的であるから、適切にレーザーダイオードの駆動電流を制御することができる。例えば、図８のＨ１，Ｈ２，Ｈ３のいずれか１つが設定される。

本発明において、前記制御範囲設定部は、第１断続点及び第２断続点により規定される範囲よりも、所定電流値分だけ狭くなる範囲を制御範囲として設定することが好ましい。

モードホップ位置においては、出力強度の大きさが不安定であるため、断続点の近傍では駆動電流の制御を行わないことが好ましい。そこで、第１・第２断続点により規定される範囲よりも、所定電流値分だけ狭くなる範囲を制御範囲として設定する。これにより、出力強度の大きさが不安定となる領域を確実に避けた状態で制御を行うことができる。

本発明に係る特性確認部により特性確認を行うときの電流ピッチは、電流制御手段により制御を行うときの電流ピッチよりも粗くなるように設定されることが好ましい。

特性確認を行う場合は、できるだけ広範囲に駆動電流を変化させて特性データを取得する必要がある。また、特性確認はモードホップ位置を検索することが主目的であるため、駆動電流を変化させるときの電流ピッチは細かくする必要はない。一方、電流制御手段により制御を行う場合は、出力強度の大きさの変化が画像形成における発色に影響を与えることを考慮して、できるだけ細かく電流ピッチを設定する必要がある。このように、特性確認時と実際（画像形成時）のレーザー光の制御時とで電流ピッチを上記のように設定することで、特性確認を効率よく行うと共に、レーザー光の出力強度を安定した状態で制御することができる。

本発明において、特性確認部による特性確認を行うための電流値を設定する第１電流設定部と、
電流制御手段による駆動電流の制御を行う電流値を設定するための第２電流設定部とを備え、
レーザーダイオードの駆動電流は、第１電流設定部による第１設定値と第２電流設定部による第２設定値の和に基づいて、設定されることが好ましい。

かかる構成によれば、特性確認を行う場合には、例えば、第２設定値を固定した状態で第１設定値を変化させて特性データを取得することができる。また、駆動電流の制御を行う場合には、例えば、第１設定値を固定した状態で第２設定値を変化させて制御を行うことができる。このような構成にすれば、例えば、演算時にオーバーフローやアンダーフローが生じてＣＰＵによる演算時間が多くなり、制御速度が遅くなる等の不都合をなくすことができる。

本発明において、特性確認部による特性確認を行う場合、第２電流設定部により設定可能な設定範囲の中間値を第２設定値とし、第１設定値を順次変化させていくことで特性確認を行うことが好ましい。

すなわち、第２設定値を上記のように固定した状態で第１設定値を順次変化させて特性確認を行うようにする。第２設定値の分だけオフセットさせて特性確認を行うことで、前述のようにＣＰＵによる演算を効率よく行うことができる。

本発明において、制御範囲設定部により設定された制御範囲の中間値を第１設定値として固定し、電流制御手段は前記制御範囲内において、第２設定値を制御することが好ましい。

第１設定値を上記のような中間値に固定した状態で第２設定値を調整することで、レーザーダイオードの駆動電流を制御する。これにより、前述のようにＣＰＵによる演算を効率よく行うことができる。また、中間値を取ることで、中間値に対する±の制御範囲を均等にすることができるので、効率よく制御を行うことができる。

本発明において、レーザーダイオード、及び／又は、ＳＨＧ素子の環境温度が設定温度となるように調整する温度調整手段と、
この設定温度を変化させることでレーザー光の出力強度を調整する制御範囲調整手段とを備えていることが好ましい。

レーザー光の出力強度については、既に述べてきたようにレーザーダイオードに流す駆動電流を制御することで、調整することができるが、レーザーダイオードの環境温度を変えることによっても制御することができる。そこで、例えば電流の制御のみでは出力強度の制御をできなくなった場合、環境温度を変えることで更なる調整を行うことができるようになる。これにより、レーザーダイオードをできるだけ長期間使用することができ、メンテナンスに要するコストを低減することができる。

本発明に係る画像形成装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、画像形成装置が用いられる写真処理システムの構成を示す概念図である。

＜写真処理システムの構成＞
図１において、画像入力部１は、種々の媒体から画像データを取得する機能を有する。フィルムスキャナー１ａは、現像済みのネガフィルム（写真フィルム）に形成されているコマ画像をスキャニングすることで、各コマ画像の画像データをシステム内部に取り込むことができる。媒体装着部１ｂには、デジタルカメラに使用される記憶メディアや、その他のＭＯディスク、ＣＤ−Ｒ等の記憶メディアを装着することができ、これら記憶メディアに格納されている画像データをシステム内部に取り込むことができる。

画像保存部２には、画像入力部１から取り込んだ画像データが所定単位（例えば、オーダー単位）で保存される。画像処理部３は、取り込んだ画像データに対して画像処理を行う機能を提供する。画像処理部３は、データの拡縮処理以外の画像処理を行うこともでき、例えば、色・濃度の補正や、赤目補正、逆光補正、トリミング等を行うことができる。これらの画像処理を行うためのデータ（色・濃度の補正データ等）は、入力操作部６により入力することができる。入力操作部６は、キーボードやマウス等により構成される。モニター５には、オペレータが画像処理作業を行うのに必要な情報が表示される。

画像処理部３にて生成されたプリント画像データは、画像転送部４を介して、画像形成装置Ａのレーザー制御部８へ転送される。レーザー制御部８により、レーザーエンジン１２が制御され、転送されてきたプリント画像データに基づいて、写真プリントを作成する機能を有する。ペーパーマガジン１０には、ペーパー（画像形成媒体及び写真感光材料に相当）がロールの形態で収容されている。ペーパーマガジン１０から引き出された長尺状のペーパーは、所定の搬送経路に沿って搬送され、ペーパーカッター１１により所定のプリントサイズにカットされる。

レーザーエンジン１２は、画像転送部４から転送されてきたプリント画像データを受け取り、レーザー光を走査することで、ペーパー表面に画像を焼付露光する。画像が焼付露光されたペーパーは、引き続いて搬送経路に沿って搬送され、現像処理部１３において所定の現像処理が施された後、乾燥処理部１４にて乾燥処理が施され、ペーパー排出部１５から仕上がりの写真プリントとして装置外部に排出される。

＜画像形成装置の構成＞
次に、画像形成装置Ａ（レーザーエンジン１２）の構成について図２により説明する。カラー画像を形成するためＲ，Ｇ，Ｂ各色のレーザー光を出力するＲレーザー光源部２０Ｒ（２０）、Ｇレーザー光源部２０Ｇ（２０），Ｂレーザー光源部２０Ｂ（２０）が設けられている。Ｒレーザー光源部２０Ｒは、例えば波長６８５ｎｍのＲ（赤）色のレーザー光を発生するレーザーダイオードにより構成される。Ｇレーザー光源部２０ＧとＢレーザー光源部２０Ｂの構成については、後述する。

Ｒレーザー光源部２０の出力側には、コリメータレンズ２１Ｒが配置され、Ｇレーザー光源部２０ＧとＢレーザー光源部２０Ｂの出力側には、コリメータレンズ２１Ｇ、２１Ｂを介して、音響光学素子（以下、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）という）２２Ｇ，２２Ｂが配置されている。すなわち、Ｒレーザー光はＡＯＭを用いずに、Ｒレーザー光を出力するレーザーダイオードの駆動電流をプリント画像データに基づいて変調させる直接変調方式が採用される。一方、Ｇレーザー光及びＢレーザー光は、ＡＯＭ２２Ｇ及び２２Ｂにより変調させる外部変調方式（後述のＡＰＣ制御は、レーザー光の出力を安定化する制御で、直接的に形成される画像の階調には寄与しない。）が採用されている。

コリメータレンズ２１Ｒの出力側及びＡＯＭ２２Ｇ，２２Ｂの出力側には、レーザー光を整形する開口部２３、反射ミラー２４が順に配置されており、反射ミラー２４の反射先には球面レンズ２５、シリンドリカルレンズ２６、ポリゴンミラー２７が順に配置されている。ポリゴンミラー２７により反射されたレーザー光は、ｆθレンズ２８、結像レンズ２９を介して写真感光材料Ｐの乳剤面に到達する。

ポリゴンミラー２７は、図２の反時計方向に回転駆動されており、合成された各色のレーザー光は写真感光材料Ｐの乳剤面上を矢印Ｃ方向（主走査方向）に繰り返し走査される。写真感光材料Ｐは、図５紙面に垂直な方向（副走査方向）に駆動されており、写真感光材料Ｐを副走査方向に移送させつつ、光変調されたレーザー光を主走査方向に沿って繰り返し走査することで、写真感光材料Ｐの乳剤面に画像（潜像）を形成させる。

＜レーザー光源部の構成＞
次に、レーザー光源部２０Ｇ，２０Ｂの構成を図３により説明する。Ｇレーザー光のレーザー光源部２０ＧとＢレーザー光のレーザー光源部２０Ｂは、その基本構成は同じである。レーザーダイオード３０（以下、ＬＤという）から出力されたレーザー光は光ファイバー３１を通って、ＦＢＧ３２に到達し、このＦＢＧ３２を通過すると、再び光ファイバー３３を介してＰＰＬＮ（ＱＰＭ−ＳＨＧ素子に相当）３４に導入される。ＰＰＬＮ３４から出力されたレーザー光は、ＩＲ（赤外）カットフィルター３５及びスプリッター３６を通過して出力される。この出力されたレーザー光が、コリメータレンズ２１及びＡＯＭ２２の方向に向かうことになる。また、スプリッター３６により出力されたレーザー光の一部がフォトダイオード３７（レーザー光検出手段に相当）に向かい、レーザー光の出力強度（可視光の強度）を検出する。この検出された出力強度に基づいて、出力されるレーザー光の強度が所定範囲に収まれるように制御される。この制御に関しては、後述する。

Ｇ及びＢレーザー光を生成するためのレーザーダイオードとして、近赤外レーザー光を出力するものを用い、このレーザー光をＰＰＬＮ３４に入射することで、レーザー光の第２高周波を生成し、Ｇレーザー光やＢレーザー光を出力するようにしている。例えば、波長１０６０ｎｍの近赤外レーザーダイオードを用いることで、波長５３０ｎｍ（第２高周波）のＧレーザー光を生成し、波長９４６ｎｍの近赤外レーザーダイオードを用いることで、波長４７３ｎｍ（第２高周波）のＢレーザー光を生成することができる。これにより、写真感光材料Ｐの発色特性にマッチした各色のレーザー光を生成することができる。

ＦＢＧ３２は、光ファイバーのコア部に一定間隔で屈折率変化を生じさせ、特定波長のみに対してミラーとして作用する部材である。周期的に変動する紫外線を光ファイバーに照射することで、回折格子を形成し、この回折格子の周期の２倍の波長（ブラッグ波長）の光を反射させる機能を有する。そこで、Ｇレーザー光の場合は、１０６０ｎｍのレーザー光（主縦モード）を反射し、Ｂレーザー光の場合は、９４６ｎｍのレーザー光（主縦モード）を反射するように、ＦＢＧ３２が設計されている。

このように、ＦＢＧ３２により、主縦モードのレーザー光をＬＤ３０側に反射させるので、ＬＤ３０にはＦＢＧ３２により主縦モードのレーザー光のみが入射され、ＦＢＧ３２が外部共振器のごとく作用し、主縦モードのレーザー光のみが増幅されて、ＰＰＬＮ３４へ導入される。そのため、主縦モードのレーザー光が他のモードに比べて大きく増幅されるため、ＬＤ３０の波長特性が安定する。その結果、ＰＰＬＮ３４から安定したレーザー光が出力される。

＜回路ブロック構成図＞
次に、レーザー光源部２０の制御回路に関して、図４のブロック図により説明する。この制御は、Ｂレーザー光とＧレーザー光とで、別々に行われる。ＰＰＬＮフォルダ４０は、ＰＰＬＮ３４を取り付け支持するフォルダであり、回路基板に対してペルチェ素子４１（温調素子の1例）を介して取り付けられる。サーミスタ４２（温度センサーの1例）は、ＰＰＬＮフォルダ４０に取り付けられており、温度を検出する。かかる構成により、ＰＰＬＮ３４が設定温度になるように温調制御がされる。

ＬＤフォルダ４３は、ＬＤ３０及びＦＢＧ３２を取り付け支持するフォルダであり、回路基板に対してペルチェ素子４４（温調素子の1例）を介して取り付けられる。サーミスタ４５（温度センサーの1例）は、ＬＤフォルダ４３に取り付けられており、温度を検出し、ＬＤ３０及びＦＢＧ３２が設定温度になるように制御される。

温調基板４６（温度調整手段に相当）は、ＰＰＬＮ３４の温調を行うための温調ＩＣ４６ａと、ＬＤ３０及びＦＢＧ３２の温調を行うための温調ＩＣ４６ｂとを備えている。ＣＰＵ基板４９からの温調ＯＮ指令信号により、温調基板４６による温調が行われる。ドライバ基板４７は、ＬＤ３０及びフォトダイオード３７を駆動するための回路基板であり、電圧―電流（Ｖ−Ｉ）変換部４７ａにより、電圧値を電流値に変換しＬＤ３０を駆動する。電流―電圧（Ｉ−Ｖ）変換部４７ｂは、フォトダイオード３７により検出された電流値を電圧値に変換し、レーザー光の出力強度を検出する。

ＬＤ制御基板４８は、ＤＡコンバータ４８ａとＡＤコンバータ４８ｂを備えている。ＤＡコンバータ４８ａは、ＣＰＵ基板４９とシリアル通信を行い、送信されてくる温度設定値をアナログデータに変換し、温調基板４６にデータを送信する。また、ＡＤコンバータ４８ｂは、ＣＰＵ基板４９とシリアル通信を行い、温調基板４６により検出されたアナログの温度検出値をデジタルデータに変換しＣＰＵ基板４９に送信する。

電流設定回路４８ｃは、ＣＰＵ基板４９とシリアル通信を行い、ＬＤ３０に流す駆動電流の値を設定するためのＤＡコンバータを含む回路である。この電流設定回路４８ｃからは、電流値に対応した電圧値が出力され、ドライバー基板４７ａにより、電流値に変換されることになる。出力検出回路４８ｄは、ＣＰＵ基板４９とシリアル通信を行い、検出された出力強度に対応した電圧値をＡＤコンバータによりデジタル値に変換してＣＰＵ基板４８に送信する。

ＣＰＵ基板４９は、制御部の中枢をなすＣＰＵと、その周辺回路とから構成される。また、温調制御や電流制御等を行うためのプログラムや必要なデータを格納しておくためのメモリ等も備えられている。

温度設定値設定部４９ａには、ＰＰＬＮ３４やＬＤ３０を所定の環境温度に設定するための温度設定値が設定されている。ＰＰＬＮ３４とＬＤ３０については、夫々別個に温度設定値が設定されている。これらの温度設定値は、後述する温度検出部５６により検索された温度データが設定される。温度設定値は画像形成装置が設置される環境等の事情により、任意に設定することができる。温度比較判断手段４９ｂは、サーミスタ４２，４５により検出される温度値と、温度設定値設定部４９ａに設定されている温度設定値とを比較判断し、設定された温度となるように温調基板４６に対して指令を与える。

制御範囲調整手段５２は、ＰＰＬＮ３４やＬＤ３０の環境温度を調整することで、レーザー光の出力強度を調整する機能を有する。通常はＬＤ３０の駆動電流を制御することで、出力強度の調整を行うことができるが、環境温度を変えることでも出力強度を調整することが可能である。従って、経時変化等により駆動電流の制御では出力強度の調整ができなくなった場合等に、環境温度の設定を変更することで出力強度の制御を行うことができる。

電流制御手段４９ｅは、出力強度比較判断手段４９ｄによる判断結果に基づいて、設定された出力強度が得られるように、ＬＤ３０の駆動電流を制御する。すなわち、フォトダイオード３７により検出された出力強度と、予め設定されている設定値とを比較判断し、所定の出力強度となるようにＬＤ３０の駆動電流を制御する。図５に、ＬＤの駆動電流と可視出力強度との関係を示す。図５に示すように、電流があるレベル以上になると可視出力（出力強度）が得られるようになり、そのレベルを超えて電流が増えると、出力強度が比例的に増加する。従って、電流値を制御することで、所望のレーザー出力強度が得られるようにＬＤ３０を制御することができる。この出力強度の制御のことを便宜上ＡＰＣ制御（自動パワーコントロール）と称する。

特性確認部５３は、ＬＤ３０の駆動電流と、ＰＰＬＮ３４から出力されるレーザー光の出力強度の関係を求めるための機能を提供する。ＬＤ３０から出力されるレーザー光の強度と駆動電流の関係については、図５により説明したとおりであるが、ＰＰＬＮ３４から出力されるレーザー光の出力強度と駆動電流の関係は図６に示すようになる。この図６からも明らかなように、出力強度と駆動電流の関係は連続的な関係ではなく、複数の断続点を有するモードホップ現象が発生する。これはＦＢＧ３２を設けることで、波長の範囲を規制しているために従って、モードホップが生じる位置では、レーザー光の出力が不安定になるため、モードホップ位置をはずした状態で駆動電流の制御を行う必要がある。

そこで、図６に示すような出力強度と駆動電流の関係（特性データ）を予め確認するために特性確認部５３が設けられている。詳細は後述するが、特性確認部５３は、駆動電流を段階的に変化させながら出力強度の大きさを検出することで、図６に示すような関係を取得する。制御範囲設定部５４は、特性確認部５３により確認された特性データに基づいて、駆動電流を制御する範囲を設定する。具体的な制御範囲については、図６に例示されており、モードホップ位置を含まないような範囲が設定される。これにより、断続点を含まないように駆動電流を制御できるので、駆動電流を増加させると必ず出力強度が増加する方向に制御することができる。

第１電流設定部５５ａは、特性確認部５３により特性確認を行うためのＬＤ３０に流す駆動電流を設定する。第２電流設定部５５ｂは、電流制御手段４９ｅによるＬＤ３０へ流す駆動電流の値を設定する。この電流値は、制御範囲設定部５４において設定されている駆動電流の範囲と、フォトダイオード３７により検出される出力強度の大きさに基づいて、設定される。

温度検索部５６は、ＬＤ３０やＰＰＬＮ３４の最適な環境温度を検索する機能を提供する。ＬＤ温度検索手段５６ａは、ＬＤ３０及びＦＢＧ３２の最適な温度を検索する。ＰＰＬＮ温度検索手段５６ｂは、ＰＰＬＮ３４の最適な温度を検索する。温度検索部５６の詳細な検索手順については後述する。

＜特性確認について＞
次に、特性確認及びＡＰＣ制御を行うための回路構成を図７により説明する。この回路は、電流設定回路４８ｃの具体例を示すものである。ＤＡコンバータ部６０は、２チャンネルの１２ビットＤＡコンバータ６０ａ，６０ｂを有しており、１つは特性確認用に使用し、もう１つはＡＰＣ制御用に使用する。特性確認は、ＡＰＣ制御を行う範囲を検出することを目的とするため、できるだけ短時間で行うことが好ましい。そのため、特性確認を行う電流範囲はできるだけ広範囲とし、分解能は特性が確認できるレベルの粗い分解能でよい。一方、ＡＰＣ制御は、特性確認で検出された特性データに基づき、特性確認を行った電流範囲よりも狭い範囲で駆動電流の制御を行う。また、出力強度の精度は画質に影響を与えるため、できるだけ細かく出力強度の制御を行う必要がある。従って、電流範囲は狭くてもよいが、分解能はできるだけ細かくする必要がある。

そこで、２チャンネルの１２ビットＤＡコンバータを使用する。特性確認を行うに際して、仮に２００ｍＡの電流範囲で特性確認をするとすれば、１２ビットの分解能の場合、２００ｍＡ／４０９５＝４９μＡの分解能となる。そこで、第１電流設定部５５ａは、４９μＡごとに電流値を変化させるように電流設定回路４８ｃに対して指令を与えることになる。一方、ＡＰＣ制御を行うに際して、駆動電流の制御範囲が５０ｍＡであったとすると、１２ビット分解能の場合、５０ｍＡ／４０９５＝１２μＡの分解能となる。従って、第２電流設定部５５ｂは、この分解能に基づいて、制御すべき駆動電流の大きさを設定する。このように、特性確認の場合とＡＰＣ制御の場合とで、１２ビットＤＡコンバータを使用することができるので、制御内容が簡単になると共に、コストの点でも有利となる。

図７において、第１ＤＡコンバータ６０ａからは特性確認用電圧が出力され、抵抗Ｒ２を介して、加算回路６１（オペアンプ）の入力端子に接続される。第２ＤＡコンバータ６０ｂからはＡＰＣ制御用電圧が出力され、抵抗Ｒ３を介して、加算回路６１の前記入力端子に接続される。また、加算回路６１の出力端子と入力端子の間には、抵抗Ｒ１が接続されている。反転回路６２は、加算回路６１からの（−）出力を（＋）出力となるように極性を反転させる機能を有する。また、Ｖ−Ｉ変換部４７ａにおいて、電圧を電流に変換するときの変換係数として抵抗Ｒ４が設けられ、ＬＤ３０に駆動電流が供給される。

また、ＤＡコンバータ部６０には、リファレンス電圧が設定されており、これは、ＤＡコンバータ６０ａ，６０ｂの基準電圧となる。リファレンス電圧が２．５Ｖであるとすると、ＤＡコンバータの分解能が１２ビットであるため、入力電圧が１．２５Ｖであった場合、変換された結果は２０４８となる。すなわち、１．２５／２．５×４０９６＝２０４８である。本実施形態では、２チャンネルのＤＡコンバータ６０ａ，６０ｂのリファレンス電圧は、いずれも同じとしている。なお、具体的なリファレンス電圧の値は、適宜設定できるものである。

次に、電圧―電流換算式について説明する。特性確認用電流をＩ１（Ａ）、特性確認用電圧をＶ１（Ｖ）、ＡＰＣ制御用電流をＩ２（Ａ）とすると、
Ｉ１＝［Ｒ１（Ω）／Ｒ２（Ω）］×Ｖ１／Ｒ４（Ω）
Ｉ２＝［Ｒ１（Ω）／Ｒ３（Ω）］×Ｖ１／Ｒ４（Ω）
となる。

この式によると、Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を小さくすれば、電流は粗くかつ広く取れるようになる。Ｒ２，Ｒ３の抵抗値を大きくすれば、電流は狭くかつ細かく取れるようになる。例えば、Ｒ２：Ｒ３＝１：４に設定する。

なお、図７に示す回路構成で、ＬＤ３０に印加する駆動電流は、特性確認用電流をＩ１（Ａ）、ＡＰＣ制御用電流をＩ２（Ａ）とした場合、Ｉ１＋Ｉ２となる。特性確認を行う場合は、ＡＰＣ制御電流Ｉ２を最大値の中間値（１２ビットＤＡコンバータの場合、２０４８）に固定した上で、Ｉ１を変化させる。例えば、ＡＰＣ制御による電流範囲が０〜３０ｍＡであったとすると、Ｉ２＝３０／２＝１５ｍＡに固定する。この状態で、Ｉ１を前述の分解能に基づき変化させる。すなわち、Ｉ２＝１５ｍＡの分だけオフセットした状態で特性確認用の電流Ｉ１を変化させる。特性確認用の電流を順次変更していきながら、出力強度を検出し、その検出結果（特性データ）は、適宜のメモリに保存される。

この結果、図８に示すように、モードホップ位置（断続点）における電流値として、ＩＡ＋１５，ＩＢ＋１５，ＩＣ＋１５，ＩＤ＋１５が得られる。従って、駆動電流の制御範囲としては、図８のＨ１，Ｈ２，Ｈ３のいずれか１つが選択されることになるが、出力強度はできるだけ大きいほうが好ましく、制御範囲設定部５４の機能に基づき、制御範囲としてＩＣ＋１５〜ＩＤ＋１５が制御範囲として設定される。

以上のように、特性確認ができて制御範囲が設定されると、ＡＰＣ制御におけるＬＤ３０への駆動電流は、前述のＩ１＋Ｉ２により設定される。ＡＰＣ制御の場合、Ｉ１は、設定された制御範囲の中間値に設定・固定される。すなわち、Ｉ１＝［（ＩＣ＋ＩＤ）／２］＋１５に固定される。この状態で、Ｉ２のみを変化させる。ＡＰＣ制御の制御範囲が３０ｍＡであるとすれば、実際の駆動電流は（Ｉ１±１５）ｍＡとなる。

ＡＰＣ制御において、ＡＰＣ制御用電流のみを変化させるのは、次のような理由による。すなわち、ＡＰＣ制御はできるだけ早く行うようにすることが要求される。これは、レーザー光の出力強度の大きさが画質に影響を与えるためであり、出力強度に変動が生じた場合には、直ちに所定の出力強度となるように制御する必要があるからである。しかしながら、ＡＰＣ制御用電流がオーバーフローあるいはアンダーフローした場合に、特性確認用電流を桁上げ・桁下げすると、ＣＰＵで演算するのに時間を要し制御時間が遅くなるという問題点がある。そこで、ＡＰＣ制御時には、ＡＰＣ制御用電流（Ｉ２）のみを変化させるようにする。

また、ＡＰＣ制御のみを変化させる場合、固定されるＩ１は、できるだけ制御範囲の中間値を取ることが制御上有利となる。中間値を取ることで、±１５ｍＡまで電流変化をさせることができるからである。もちろん、本発明として中間値以外をＩ１として設定することもできる。

さらに、ＡＰＣ制御を行うときの実際の制御範囲は、図９に示すＨ３の範囲ではなく、その範囲よりも少し狭い範囲（Ｊで示される）が制御範囲として設定される。モードホップ位置では、出力強度の変化が断続的になるため、この位置の近傍では出力が不安定となる可能性があり、正確な出力強度の制御が行えなくなる可能性がある。そこで、駆動電流が低い方の断続点（駆動電流＝ＩＣ＋１５）と高い方の断続点（駆動電流＝ＩＤ＋１５）よりも、α分だけ内側の範囲を制御範囲として設定する。αの大きさについては適宜設定することができるが、例えば、特定の数値（５ｍＡ）とすることもできるし、制御範囲（３０ｍＡ）の１０％程度とすることもできる。これにより、安定したレーザー光を出力できるように、適切に制御を行うことができる。

＜環境温度の設定＞
次に環境温度の設定について説明する。既に説明してきたように、駆動電流の大きさを制御することで所定の出力強度のレーザー光が得られるようにしている。このように駆動電流の大きさにより出力強度を調整するものであるが、出力強度の大きさは環境温度によっても変化する。従って、前述したＡＰＣ制御を適切に行うためには、環境温度も適切になるように温調を行う必要がある。また、環境温度を設定する場合にも、できるだけ大きな出力強度を効率よく得られるような環境温度とする必要があり、かかる環境温度を検索するための手順について説明する。

まず、図１０により、ＰＰＬＮ３４から出力されるレーザー光の波長と駆動電流の関係（Ｉ−λ特性）を説明する。ＦＢＧ３２を備えているため、波長の大きさは所定範囲に規制され、図１０に示すような複数の断続点を有している。モードホップ位置の間隔、すなわち、ＬＤ縦モード間隔は、例えば５０ｍＡである。ＬＤ３０とＦＢＧ３２は、同じＬＤフォルダに支持されており、同じ環境温度となるように温調される。ここで、環境温度を１℃上げると、図１０（ｂ）に示すように、Ｉ−λ特性は３０ｍＡ左方向にシフトするという特性を有している。

次に、ＰＰＬＮ３４の変換効率（τ）と波長（λ）との関係を図１１により説明する。横軸にλ、縦軸に効率（τ）を取ると、図１１（ａ）に示すように、特定の波長において効率がピークになる点を有している。また、図１１（ｂ）に示すように、環境温度を上げると、長波長側に全体的にシフトするという特性を有している。図１１（ｃ）は、効率（τ）と温度との関係を示している。すなわち、特定の温度において効率がピークになるような特性を有している。従って、できるだけ大きな出力が得られるようにするためには、ＰＰＬＮ３４を適切な環境温度に設定すべきことが理解される。

ちなみに、ＰＰＬＮ３４（ＳＨＧ素子）の出力強度をＰ_SHGとし、ＬＤの出力強度をＰ_LDとした場合、
Ｐ_SHG＝Ｋ×τ×Ｐ_LD ²・・・（式１）
この式において、Ｋは、係数でありＰＰＬＮ３４の長さ等により決まる数値である。

次に、環境温度を設定する場合の手順を図１７のフローチャート等を用いて説明する。まず、ＰＰＬＮ３４の概略の環境温度を検索する（＃１）。これは、ＰＰＬＮ３４の環境温度を少しずつ変化させていき、フォトダイオード３７により検出される出力強度が最大となる温度を検索するものである。また、ＰＰＬＮ３４の環境温度を検索する場合、ＬＤ３０の環境温度は２５℃に固定されるように温調を行う。また、ＬＤ３０には定格電流を印加する。定格電流は、制御電流の最大値とする。なお、ＰＰＬＮ３４の環境温度の検索を過去にも行った場合、そのときの設定温度±２℃で検索を行う。これにより、効率よく温度の検索を行うことができる。なお、温度変化させてデータを取得する場合の、温度変化の間隔については適宜設定することができる。

図１２は、ＰＰＬＮ３４の出力強度と温度との関係を示すグラフである。図１１に示したように、効率がピークとなる温度が存在することと、式１とから、図１２に示すように、出力強度がピークとなるＰＰＬＮ３４の環境温度が存在する。そこで、環境温度を順次変化させていき出力強度のデータを取得し、ピークとなる温度を検索する。ピークの温度が検索できた場合、ＰＰＬＮ３４の環境温度を（検索した温度＋０．２℃）の温度に仮設定する（＃２）。これは、次のＬＤ３０の最適な環境温度を検索するときに、図１２のグラフのピークポイント（頂点）を乗り越えることがないようにするためである。

次に、ＬＤ３０の最適な環境温度を検索する（＃３）。これは、温度を変化させて断続点を検索することを目的としている。まず、ＰＰＬＮ３４を前述した仮の温度になるように温調を行う。すなわち、環境温度と出力強度の関係をグラフで示すと図１３に示すように断続点を有しており、この断続点を検索する。ＬＤ３０の環境温度は２３℃から２５℃まで変化させ、ＬＤ３０には定格電流を印加するようにする。温度を順次変化させて、図１３に示すような断続点となる温度ｔ₁を検索する。

次に、上記のように検索された温度ｔ₁となるようにＬＤ３０の環境温度を設定し、図１４に示すような、駆動電流と出力強度の関係を求める（＃４）。この関係は、既に説明したように特性確認部５３の機能により特性確認を行うことで取得することができる。このとき、定格電流の位置がモードホップ位置ともなっている。

ただし、モードホップ位置の近傍は出力が不安定となり制御範囲とすることはできないため、図１５に示すように、断続点から５ｍＡ分だけ右側へシフトした位置が定格電流となるような温度をＬＤ３０の環境温度として決定する。図１０で説明したように、温度を１℃上げると特性が３０ｍＡ左側にシフトするため、図１３で決定した温度ｔ₁―０．１７℃（∵５／３０＝０．１７）を最終的なＬＤ３０の環境温度として決定する（＃５）。なお、このシフト量の大きさについては５ｍＡに限定されるものではなく、適宜の数値を設定することができる。図１５に示すＪがＡＰＣ制御を行う電流範囲であり、図９で説明したのと同じである。

次に、ＰＰＬＮ３４を図１２において設定した環境温度（前述した仮の温度）に設定すると共に、ＬＤ３０の温度を図１５となるように決定した温度に設定する。次に、ＬＤ３０の駆動電流は、制御範囲の中間値Ｊｃに合わせる。この状態でＰＰＬＮ３４の温度を±２℃変化させて、規定出力となるようなＰＰＬＮ３４の温度を検索する（＃６）。規定出力は、Ｇレーザー光とＢレーザー光とで別々に規定されており、規定出力が得られた温度を最終的なＰＰＬＮ３４の環境温度として決定する。なお、ＰＰＬＮ３４の環境温度を上げると、出力強度と駆動電流の関係は図１６に示すように、上方向にシフトし、モードホップ位置は変わらない。従って、ＰＰＬＮ３４の温度を検索した後は、特性確認部５３による特性確認は行う必要はない。以上のようにして、ＬＤ３０（ＦＢＧ３２を含む）とＰＰＬＮ３４の環境温度を設定することができ、この環境温度によりＡＰＣ制御が行われる。

特性確認部５３による特性確認は、適宜のタイミングで行うことができる。例えば、画像形成装置（写真処理システム）の電源をＯＮにした直後に行われるセットアップ作業の一環として行うことができる。

＜ＡＰＣ制御の別実施形態＞
既に述べてきたように、ＬＤ３０は、温度特性を有しており、温度を変化させると出力するレーザー光の強度も比例的に変化する。従って、ＬＤ３０の環境温度を変化させることで、出力の調整を行うことができる。駆動電流の大きさを調整してＡＰＣ制御を行う場合、図９で説明したような制御範囲内であれば電流の増減により出力強度を調整することができるが、この範囲を超えて制御することはできない。この場合は、ＬＤ３０やＰＰＬＮ３４の環境温度を変えることで出力強度を更に調整することができる。これは、制御範囲調整手段５２の機能に基づくものである。

＜別実施形態＞
本実施形態では、レーザー光検出手段としてフォトダイオードを使用しているが、これに限定されるものではなく、他のタイプの光センサーを使用してもよい。ＬＤの駆動電流の制御は、デジタル制御とアナログ制御のいずれを用いてもよい。

Ｒレーザー光源部２０Ｒについて、他のＧ，Ｂレーザー光源部２０Ｇ，２０Ｂと同じような構成を採用してもよい。

写真処理システムの構成を示す模式図 画像形成装置（レーザーエンジン）の構成を示す模式図 レーザー光源部の構成を示す模式図 レーザー光源部の回路ブロック構成図 レーザーダイオードの可視出力と電流との関係を示すグラフ 出力強度と駆動電流の関係を示すグラフ 特性確認及びＡＰＣ制御を行うための回路構成を示す図 出力強度と駆動電流の関係を示すグラフ 制御範囲の好ましい設定を説明する図 ＰＰＬＮ（ＳＨＧ素子）から出力されるレーザー光の波長と駆動電流の関係を示すグラフ ＰＰＬＮの変換効率と波長との関係を示すグラフ ＰＰＬＮの変換効率と温度との関係を示すグラフ 出力強度と温度の関係を示すグラフ 温度と出力強度の関係を示すグラフ レーザーダイオードの環境温度を最終決定する方法を説明するグラフ 温度変化させた場合のＰＰＬＮからの出力強度と駆動電流の関係を示すグラフ 環境温度を設定する場合の手順を示すフローチャート

符号の説明

１２ レーザーエンジン
２０ レーザー光源部
２０Ｒ Ｒレーザー光源部
２０Ｇ Ｇレーザー光源部
２０Ｂ Ｂレーザー光源部
３０ ＬＤ（レーザーダイオード）
３１ 光ファイバー
３２ ＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング）
３３ 光ファイバー
３４ ＰＰＬＮ
３７ フォトダイオード
４０ ＰＰＬＮフォルダ
４１ ペルチェ素子
４２ サーミスタ
４３ ＬＤフォルダ
４４ ペルチェ素子
４５ サーミスタ
４６ 温調基板
４７ ドライバ基板
４８ ＬＤ制御基板
４８ａ ＤＡコンバータ
４８ｂ ＡＤコンバータ
４８ｃ 電流設定回路
４８ｄ 出力検出回路
４９ ＣＰＵ基板
４９ａ 温度設定値設定部
４９ｅ 電流制御手段
５２ 制御範囲調整手段
５３ 特性確認部
５４ 制御範囲設定部
５５ａ 第１電流設定部
５５ｂ 第２電流設定部
５６ 温度検索部
５６ａ ＬＤ温度検索手段
５６ｂ ＰＰＬＮ温度検索手段
Ａ 画像形成装置
Ｐ 写真感光材料

Claims (8)

1. レーザーダイオードと、
   このレーザーダイオードから照射されたレーザー光の第２高周波を出力するＳＨＧ素子と、
   レーザーダイオードとＳＨＧ素子の間に配置され、レーザーダイオードから照射されるレーザー光の波長の範囲を規定するファイバーブラッググレーティングとを備えた画像形成装置であって、
   ＳＨＧ素子から出力されたレーザー光の出力強度を検出するレーザー光検出手段と、
   検出された出力強度が所定範囲となるように、レーザーダイオードに流す駆動電流を制御する電流制御手段と、
   レーザーダイオードの駆動電流と、ＳＨＧ素子から出力されるレーザー光の出力強度との関係データを前記駆動電流を変化させつつ取得する特性確認部と、
   この特性確認部により取得された前記関係データに基づいて、レーザーダイオードの駆動電流を制御する範囲を設定する制御範囲設定部とを備え、前記電流制御手段は、前記制御範囲設定部により設定された範囲に基づいて、駆動電流の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
2. 前記特性確認部によりモードホップによる複数の断続点を取得し、前記制御範囲設定部は、複数の断続点のうち、間に断続点が含まれないように２つの断続点を選択し、この選択された断続点間に制御範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御範囲設定部は、第１断続点及び第２断続点により規定される範囲よりも、所定電流値分だけ狭くなる範囲を制御範囲として設定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 特性確認部により特性確認を行うときの電流ピッチは、電流制御手段により制御を行うときの電流ピッチよりも粗くなるように設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 特性確認部による特性確認を行うための電流値を設定する第１電流設定部と、
   電流制御手段による駆動電流の制御を行う電流値を設定するための第２電流設定部とを備え、
   レーザーダイオードの駆動電流は、第１電流設定部による第１設定値と第２電流設定部による第２設定値の和に基づいて、設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 特性確認部による特性確認を行う場合、第２電流設定部により設定可能な設定範囲の中間値を第２設定値とし、第１設定値を順次変化させていくことで特性確認を行うことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 制御範囲設定部により設定された制御範囲の中間値を第１設定値として固定し、電流制御手段は前記制御範囲内において、第２設定値を制御することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. レーザーダイオード、及び／又は、ＳＨＧ素子の環境温度が設定温度となるように調整する温度調整手段と、
   この設定温度を変化させることでレーザー光の出力強度を調整する制御範囲調整手段とを備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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