JP2007042795A - 半導体レーザ駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体レーザの駆動電流を制御するために必要なレーザビームの強度検出に要する時間を短縮することのできる半導体レーザ駆動装置、及び、その半導体レーザ駆動装置を用いた画像形成装置の提供。
【解決手段】 レーザダイオードの出力を検出するフォトトランジスタのカソードの電圧（以下、Ｖｌｄという）が入力されるＡ／Ｄポートには、そのＶｌｄをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部８１が設けられ、Ａ／Ｄ変換部８１にてデジタル値に変換されたＶｌｄは、Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２にてＰＷＭ値に変換される。このＰＷＭ値は、ＰＷＭ値記憶部８８に一時記憶された後、ＰＷＭカウンタ制御部８９に送られる。ＰＷＭカウンタ制御部８９は、ＰＷＭ値記憶部８８に記憶されたＰＷＭ値に対応するデューティー比のＰＷＭ信号を、ＬＤパワー制御部に入力して、レーザダイオードの駆動電流を制御する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体レーザを駆動してレーザビームを発生する半導体レーザ駆動装置、及び、その半導体レーザ駆動装置によって発生されたレーザビームにより電子写真方式で画像を形成する画像形成装置に関する。

従来より、レーザプリンタ等のいわゆる電子写真方式の画像形成装置では、半導体レーザを駆動してレーザビームを発生し、そのレーザビームで感光体を走査露光して画像を形成することが行われている。この種の画像形成装置では、形成される画像の濃度を適正化するため、半導体レーザから発生されるレーザビームの強度を所定値に制御することが要請される。そこで、半導体レーザから発生されるレーザビームの強度を検出し、その検出結果に基づいて半導体レーザの駆動電流を制御することが考えられている。

ところが、感光体を走査している最中はレーザビームは点灯／消灯を繰り返すので、上記レーザビームの強度は、レーザビームの走査範囲における画像形成範囲外で検出しないければならない。そこで、画像形成範囲外で発生されたレーザビームの強度を電圧に変換し、その電圧と基準電圧との比較結果をサンプルホールドコンデンサに充電して、その充電された電圧に基づいてレーザダイオードの駆動電流を制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１３１６７５号公報

ところが、レーザビームの強度に対応する電圧をサンプルホールドコンデンサに充電する場合、その充電に必要な時間だけレーザビームの強度の検出を継続しなければならない。特に、特許文献１の装置では、反応の遅いオペアンプによって上記比較を行った上で充電を行っているため、レーザビームの強度の検出に長い時間を要し、延いては、走査速度の向上における障害となる。

そこで、本発明は、半導体レーザの駆動電流を制御するために必要なレーザビームの強度検出に要する時間を短縮することのできる半導体レーザ駆動装置、及び、その半導体レーザ駆動装置を用いた画像形成装置を提供することを目的としてなされた。

上記目的を達するためになされた本発明の半導体レーザ駆動装置は、走査用のレーザビームを発生する半導体レーザから発生されるレーザビームの強度を検出する強度検出手段と、該強度検出手段に検出された上記レーザビームの強度をデジタル値に変換するＡ/Ｄ変換手段と、該Ａ/Ｄ変換手段にて変換された上記デジタル値に対応する電圧を出力する電圧出力手段と、該電圧出力手段から出力された電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて上記半導体レーザの駆動電流を制御する電流制御手段と、を備えたことを特徴としている。

このように構成された本発明では、走査用のレーザビームを発生する半導体レーザから発生されるレーザビームの強度を強度検出手段が検出し、Ａ/Ｄ変換手段がその強度をデジタル値に変換する。すると、電圧出力手段が、Ａ/Ｄ変換手段にて変換された上記デジタル値に対応する電圧を出力し、電流制御手段は、その電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて上記半導体レーザの駆動電流を制御する。このように、本発明では、強度検出手段によって検出されたレーザビームの強度をデジタル値に変換し、そのデジタルに値に基づいて半導体レーザの駆動電流を制御している。

このため、強度検出手段によってレーザビームの強度を検出する時間が短くても、その強度を良好に反映した半導体レーザの制御が可能となる。従って、本発明では、半導体レーザを用いた走査速度を向上させることが可能となる。また、本発明では、電圧出力手段から出力された電圧を基準電圧と比較して上記駆動電流を制御しているので、電圧出力手段からは基準電圧からのずれに応じた電圧を出力すればよく、制御の分解能を向上させることもできる。

なお、本発明は、上記電圧出力手段の構成を限定するものではないが、例えば、上記電圧出力手段は、上記デジタル値に対応するＰＷＭ信号のデューティー比を演算するデューティー演算手段と、該デューティー演算手段にて演算されたデューティー比でＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ出力手段と、該ＰＷＭ出力手段が出力したＰＷＭ信号を平滑化する平滑化手段と、を備えたことを特徴とするものであってもよい。この場合、ＰＷＭ信号の出力まではデジタル演算によって処理を行うことができる。また、この場合、更に、上記Ａ/Ｄ変換手段にて変換されたデジタル値、または、上記デューティー演算手段にて演算されたデューティー比を記憶する記憶手段を、備えてもよい。

そして、このようにデューティー演算手段，ＰＷＭ出力手段，及び記憶手段を備えた場合、上記Ａ/Ｄ変換手段、上記デューティー演算手段、上記ＰＷＭ出力手段、及び、上記記憶手段が、集積回路として一体に形成されてもよい。このように、上記各手段を集積回路として一体化することにより、ノイズの影響が減り、処理が迅速化し、更に省スペース化を図ることができる。

また、本発明の画像形成装置は、上記いずれかの発明の半導体レーザ駆動装置と、該半導体レーザ駆動装置によって駆動される半導体レーザと、該半導体レーザから発生されるレーザビームを偏向する偏向手段と、該偏向手段によって偏向されたレーザビームにより、表面が走査露光される感光体と、上記走査露光によって上記感光体の表面に形成された静電潜像を、上記感光体の表面に現像剤を付着させることによって現像する現像手段と、該現像手段により上記感光体の表面に付着された現像剤を、被記録媒体に転写する転写手段と、を備えたことを特徴としている。

このように構成された本発明では、半導体レーザから発生されるレーザビームを偏向手段が偏向し、その偏向されたレーザビームにより感光体の表面が走査露光される。この走査露光によって感光体の表面に形成された静電潜像を、現像手段が現像剤を付着させることによって現像し、転写手段は、その現像手段により感光体の表面に付着された現像剤を被記録媒体に転写する。こうすることによって、被記録媒体には、上記静電潜像に対応した画像を形成することができる。また、本発明では、上記半導体レーザを、上記いずれかの発明の半導体レーザ駆動装置によって駆動している。このため、走査速度が向上し、延いては、画像形成の高速化を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態を、図面と共に説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置としてのレーザプリンタ１の構成を表す概略側断面図、図２はそのレーザプリンタ１における画像形成部５の要部拡大側断面図である。図１に示すように、レーザプリンタ１は、本体ケース２内に、被記録媒体としての用紙３を給紙するためのフィーダ部４や、給紙された用紙３に画像を形成するための画像形成部５などを備えている。

フィーダ部４は、本体ケース２内の底部に着脱可能に装着される給紙トレイ６と、給紙トレイ６内に設けられた用紙押圧板７と、給紙トレイ６の一端側端部の上方に設けられる給紙ローラ８及び給紙パッド９と、給紙ローラ８に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられる紙粉取りローラ１０、搬送ローラ１１と、搬送ローラ１１に対し用紙３の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ１２とを備えている。

用紙押圧板７は、用紙３を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ８に対して遠い方の端部において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部が上下方向に移動可能とされており、また、その裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。そのため、用紙押圧板７は、用紙３の積層量が増えるに従って、給紙ローラ８に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動する。給紙ローラ８及び給紙パッド９は、互いに対向状に配設され、給紙パッド９の裏側に配設されるばね１３によって、給紙パッド９が給紙ローラ８に向かって押圧される。

用紙押圧板７上の最上位にある用紙３は、用紙押圧板７の裏側から上記ばねによって給紙ローラ８に向かって押圧され、その給紙ローラ８の回転によって給紙ローラ８と給紙パッド９とで挟まれた後、１枚ずつ給紙される。給紙された用紙３は、紙粉取りローラ１０によって紙粉を取り除かれた後、搬送ローラ１１によってレジストローラ１２に送られる。レジストローラ１２は、１対のローラから構成され、用紙３を所定のレジスト後に、画像形成位置に送るようにしている。ここで、画像形成位置とは、用紙３にトナー像を転写する位置であって、本実施の形態では、感光体ドラム２７と転写ローラ３０との接触位置である。

なお、このフィーダ部４は、更に、マルチパーパストレイ１４と、マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３を給紙するためのマルチパーパス側給紙ローラ１５及びマルチパーパス側給紙パッド２５とを備えている。マルチパーパス側給紙ローラ１５及びマルチパーパス側給紙パッド２５は、互いに対向状に配設され、マルチパーパス側給紙パッド２５の裏側に配設されるばねによって、そのマルチパーパス側給紙パッド２５がマルチパーパス側給紙ローラ１５に向かって押圧されている。マルチパーパストレイ１４上に積層される用紙３は、マルチパーパス側給紙ローラ１５の回転によってマルチパーパス側給紙ローラ１５とマルチパーパス側給紙パッド２５とで挟まれた後、１枚ずつ給紙されて上記レジストローラ１２に送られる。

画像形成部５は、露光手段としてのスキャナユニット１６、プロセスユニット１７、定着部１８などを備えている。スキャナユニット１６は、本体ケース２内の上部の内、排紙トレイ４６の下面側に配置され、レーザダイオードユニット１９（図３参照）、回転駆動されるポリゴンミラー２０、レンズ２１及び２３、反射鏡２２などを備えており、レーザダイオードユニット１９に収納された半導体レーザとしてのレーザダイオードＬＤ（図４参照）が発生するレーザビームを、鎖線で示すように、偏向手段としてのポリゴンミラー２０、レンズ２１、反射鏡２２、レンズ２３の順に通過或いは反射させて、プロセスユニット１７における感光体としての感光体ドラム２７の表面を走査露光する。

プロセスユニット１７は、図２に示すように、感光体ユニットとしてのドラムカートリッジ２６内に、感光体ドラム２７、スコロトロン型帯電器２９、転写手段としての転写ローラ３０、紙粉クリーナ装置５０としてのクリーニングローラ５１、２次ローラ５２及び摺擦部材５３などを備えている。

レーザプリンタ１では、転写ローラ３０によって用紙３に転写された後に感光体ドラム２７の表面上に残存する残存トナーを、現像ローラ３１によって回収する、いわゆるクリーナレス方式によって残存トナーを回収するようにしている。このようなクリーナレス方式によって感光体ドラム２７の表面上の残存トナーを回収すれば、ブレードなどの残トナークリーナ装置や廃トナーの貯留手段を設ける必要がないため、装置構成の簡略化、小型化及びコストの低減化を図ることができる。

感光体ドラム２７は、現像手段としての現像ローラ３１の側方位置において、その現像ローラ３１と対向するような状態で矢印方向（図２で反時計方向）に回転可能に配設されている。この感光体ドラム２７は、ドラム本体が接地されると共に、その表面部分（感光層）は、例えば、α−Si:H等のアモルファスシリコン系ＣｄＳの硫化カドミウム系、ＺｎＯ等の酸化亜鉛系、ＡｓＳｅ₃ 等のセレン系の材料、若しくは有機系感光体材料、例えば、ポリカーボネートなどから構成される正帯電性の感光層により形成されている。この感光体ドラム２７の駆動軸である回転中心軸２７ａは、ドラムカートリッジ２６の左右両側から突出しており、図示しないメインモータからの動力によって回転駆動されるように構成されている。

帯電手段としてのスコロトロン型帯電器２９は、感光体ドラム２７の上方に、感光体ドラム２７に接触しないように、所定の間隔を隔てて配設されている。スコロトロン型帯電器２９は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型の帯電器であり、感光体ドラム２７の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。また、このスコロトロン型帯電器２９は、帯電電源によりオン・オフされる。

そして、感光体ドラム２７の表面は、その感光体ドラム２７の回転に伴って、先ず、スコロトロン型帯電器２９により一様に正帯電された後、スキャナユニット１６からのレーザービームの高速走査により露光され、画像データに基づく静電潜像が形成される。

転写ローラ３０は、感光体ドラム２７の下方において、この感光体ドラム２７に対向するように配置され、ドラムカートリッジ２６に矢印方向（図２において時計方向）に回転可能に支持されている。この転写ローラ３０は、金属製のローラ軸に、イオン導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、転写バイアス印加電源から転写バイアス（転写順バイアス）が印加されるように構成されている。そのため、感光体ドラム２７の表面上に担持された可視像は、用紙３が感光体ドラム２７と転写ローラ３０との間を通る間に用紙３に転写される。

現像ユニットとしての現像カートリッジ２８は、上記ドラムカートリッジ２６に対して着脱自在に装着されており、現像ローラ３１、層厚規制ブレード３２、供給ローラ３３及びトナーボックス３４などを備えている。トナーボックス３４内には、現像剤として、正帯電性の非磁性１成分のトナーが充填されている。このトナーとしては、重合性単量体、例えば、スチレンなどのスチレン系単量体や、アクリル酸、アルキル（Ｃ１〜Ｃ４）アクリレート、アルキル（Ｃ１〜Ｃ４）メタアクリレートなどのアクリル系単量体を、懸濁重合などの公知の重合方法によって共重合させることにより得られる重合トナーが使用されている。このような重合トナーは、球状をなし、流動性が極めて良好である。なお、このようなトナーには、カーボンブラックなどの着色剤やワックスなどが配合されると共に、流動性を向上させるために、シリカなどの外添剤が添加されている。その粒子径は、約６〜１０μｍ程度である。

そして、トナーボックス３４内のトナーは、トナーボックス３４の中心に設けられた回転軸３５に支持されたアジテータ３６の矢印方向（図２で反時計方向）への回転により、攪拌されて、トナーボックス３４の側部に開口されたトナー供給口３７から放出される。なお、トナーボックス３４の側壁には、トナーの残量検知用の窓３８が設けられており、回転軸３５に支持されたクリーナ３９によって清掃される。

供給ローラ３３は、トナー供給口３７の側方位置に矢印方向（図２で時計方向）に回転可能に配設されており、この供給ローラ３３に対向して、現像ローラ３１が矢印方向（図２で時計方向）に回転可能に配設されている。そして、これら供給ローラ３３と現像ローラ３１とは、そのそれぞれがある程度圧縮するような状態で互いに当接されている。

供給ローラ３３は、金属製のローラ軸に、導電性の発泡材料からなるローラが被覆されている。また、現像ローラ３１は、金属製のローラ軸３１ａに、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されている。より具体的には、現像ローラ３１のローラ部分は、カーボン微粒子などを含む導電性のウレタンゴムまたはシリコーンゴムからなるローラ本体の表面に、フッ素が含有されているウレタンゴムまたはシリコーンゴムのコート層が被覆されている。なお、現像ローラ３１には、図示しない現像バイアス印加電源から現像バイアスが印加される。

また、現像ローラ３１の近傍には、層厚規制ブレード３２が配設されている。この層厚規制ブレード３２は、金属の板ばね材からなるブレード本体の先端部に、絶縁性のシリコーンゴムからなる断面半円形状の押圧部４０を備えており、現像ローラ３１の近くで現像カートリッジ２８に支持されて、押圧部４０がブレード本体の弾性力によって現像ローラ３１上に圧接されるように構成されている。

そして、トナー供給口３７から放出されるトナーは、供給ローラ３３の回転により、現像ローラ３１に供給され、この時、供給ローラ３３と現像ローラ３１との間で正に摩擦帯電され、更に、現像ローラ３１上に供給されたトナーは、現像ローラ３１の回転に伴って、層厚規制ブレード３２の押圧部４０と現像ローラ３１との間に進入し、ここで更に充分に摩擦帯電されて、一定厚さの薄層として現像ローラ３１上に担持される。

次いで、現像ローラ３１の回転により、現像ローラ３１上に担持されかつ正帯電されているトナーが、感光体ドラム２７に対向して接触する時に、感光体ドラム２７の表面上に形成された静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光体ドラム２７の表面の内、レーザービームによって露光され電位が下がっている露光部分に付着され、選択的に担持されることによって可視像化される。

定着部１８は、図１に示すように、プロセスユニット１７の側方下流側に配設され、加熱ローラ４１、加熱ローラ４１を押圧する押圧ローラ４２、及び、これら加熱ローラ４１及び押圧ローラ４２の下流側に設けられる１対の搬送ローラ４３を備えている。加熱ローラ４１は、金属製で加熱のためのハロゲンランプを備えており、プロセスユニット１７において用紙３上に転写されたトナーを、用紙３が加熱ローラ４１と押圧ローラ４２との間を通過する間に熱定着させ、その後、その用紙３を搬送ローラ４３によって、排紙パス４４に搬送するようにしている。排紙パス４４に送られた用紙３は、排紙ローラ４５に送られて、その排紙ローラ４５によって排紙トレイ４６上に排紙される。

次に、スキャナユニット１６の構成について説明する。図３に示すように、ポリゴンミラー２０は回転軸２０ａを中心にして図示しないポリゴンモータにより回転駆動される。レーザダイオードユニット１９を出たレーザビームは、このポリゴンミラー２０の回転に応じて感光体ドラム２７の軸方向（主走査方向に）に走査され、レンズ２１，反射鏡２２等を経て前述のように感光体ドラム２７の表面に達する。また、レーザビームの走査範囲における一方の隅（画像形成範囲外）には、走査原点検出用のＢＤセンサ７０が設けられている。

レーザダイオードユニット１９の中には、レーザビームを発生するレーザダイオードＬＤと、そのレーザダイオードＬＤが発生する光量検出用のフォトダイオードＰＤとが収納されている（図４参照）。レーザダイオードＬＤは、ＬＤパワー制御部７１によって駆動される。また、フォトダイオードＰＤのカソードと、ＬＤパワー制御部７１とは、ＢＤセンサ７０と共に次のようにＡＳＩＣ８０に接続されている。

図４は、ＡＳＩＣ８０を含むスキャナユニット１６の制御系の構成を表すブロック図である。図４に示すように、フォトダイオードＰＤのカソードは、ＡＳＩＣ８０のＡ／Ｄ入力ポートに接続されると共に、３．３Ｖ電源に可変抵抗器ＶＲを介して接続されている。また、フォトダイオードＰＤのアノードは、レーザダイオードＬＤのカソードと共に接地されている。更に、レーザダイオードＬＤのアノードには、次のように構成されたＬＤパワー制御部７１から駆動電流が通電される。

ＬＤパワー制御部７１は、図４に示すように、ＡＳＩＣ８０から入力されるＰＷＭ信号をアナログの電圧に変換するＰＷＭ／Ａ変換部７２と、ＰＷＭ／Ａ変換部７２から出力される電圧と基準電圧設定部７３にて設定される基準電圧Ｖｅ（図５参照）との差を所定ゲインで増幅する差動増幅回路７４と、その差動増幅回路７４の出力に応じてレーザダイオードＬＤへの駆動電流を制御するＬＤ駆動電流制御回路７５とを備えている。

図５は、この基準電圧設定部７３，差動増幅回路７４，及びＬＤ駆動電流制御回路７５の構成を詳細に表す回路図である。図５に示すように、差動増幅回路７４としてのオペアンプＯＰの反転入力端子には、ＰＷＭ／Ａ変換部７２から出力される電圧が抵抗器Ｒ１を介して印加される。また、この反転入力端子は、コンデンサＣ１と抵抗器Ｒ２との並列回路を介して、トランジスタＴＲ１のエミッタに接続され、更に、抵抗器Ｒ３を介して接地されている。なお、トランジスタＴＲ１は、オペアンプＯＰの出力によって制御されるＮＰＮ型トランジスタである。

また、オペアンプＯＰの非反転入力端子には、３．３Ｖ電源の電圧を抵抗器Ｒ４，Ｒ５で分圧して得られた基準電圧Ｖｅが印加されている。更に、トランジスタＴＲ１のコレクタは、エミッタが５Ｖ電源に接続されたＰＮＰ型のトランジスタＴＲ２のベースに接続されている。このため、オペアンプＯＰがトランジスタＴＲ１を介してトランジスタＴＲ２を制御することにより、レーザダイオードＬＤの駆動電流を制御することができる。すなわち、図５に示した構成において、３．３Ｖ電源及び抵抗器Ｒ４，Ｒ５が基準電圧設定部７３に、トランジスタＴＲ１，ＴＲ２がＬＤ駆動電流制御回路７５に、それぞれ相当する。なお、この回路の詳細な動作は後に説明する。

図４に戻って、更に、ＬＤ駆動電流制御回路７５からレーザダイオードＬＤに到る通電経路には、高速変調回路７７が接続されている。この高速変調回路７７は、ＡＳＩＣ８０から入力される印字ＤＡＴＡ信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦが切り換えられるトランジスタを備え、ＬＤ駆動電流制御回路７５から通電された駆動電流をグランドに逃がすか逃がさずにそのままレーザダイオードＬＤに通電させるかを切り換える回路である。また、前述のＰＷＭ／Ａ変換部７２は、周知の平滑化回路等を用いて構成されている。

次に、図６は、ＡＳＩＣ８０の構成を表す制御ブロック図である。図６に示すように、ＡＳＩＣ８０は、フォトダイオードＰＤのカソードの電圧（以下、Ｖｌｄという：図４参照）が入力されるＡ／Ｄポートに、Ａ／Ｄ変換部８１を備え、Ａ／Ｄ変換部８１にてデジタル値に変換されたＶｌｄの値（以下、Ａ／Ｄ値という）は、Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２に入力される。なお、ＡＳＩＣ８０は、９ｂｉｔで各種処理を実行するもので、Ａ／Ｄ変換部８１では、Ｖｌｄが次式により５１２段階のデジタル値に変換される。

Ａ／Ｄ値＝５１２＊Ｖｌｄ／３．３Ｖ
Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２には、この他、比率設定レジスタ８３、反転電圧設定レジスタ８４、及び演算開始トリガタイマ（演算開始トリガＴＩＭＥＲ）８６からの信号が入力されている。

演算開始トリガタイマ８６には、ＢＤセンサ７０からのＢＤ信号が入力されると共に、ディレイ時間設定レジスタ８７に設定されたディレイ時間が入力される。レーザダイオードＬＤが発生するレーザビームの強度は、レーザビームの走査範囲における画像形成範囲外で検出しなければならない。そこで、演算開始トリガタイマ８６は、ＢＤ信号が入力されたとき、そのＢＤ信号から上記ディレイ時間だけ遅れたタイミング、すなわち、次のＢＤ信号が入力される前の、画像形成範囲外を走査中のタイミングで、Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２に演算開始を指示するトリガを入力する。

Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２は、このトリガが入力されたとき、比率設定レジスタ８３に設定された比率αと、反転電圧設定レジスタ８４に設定された反転電圧Ｖｘとに基づき、Ａ／Ｄ変換部８１にて変換されたＡ／Ｄ値を次式によってＰＷＭ値に変換する。なお、次式は９ｂｉｔの処理を前提としている。

ＰＷＭ値＝（１＋α）＊β−α＊（Ａ／Ｄ値） …………（１）
但し、β＝５１２＊Ｖｘ／３．３Ｖ
すなわち、比率αは、上記Ａ／Ｄ値を一定比率で変換するための値であり、Ｖｘは、Ａ／Ｄ値とＰＷＭ値とが同じ値となる設定値である。言い換えれば、ＶｌｄがＶｘ以上の場合、ＰＷＭ値はＶｘのデジタル値以下となり、ＶｌｄがＶｘ以下の場合、ＰＷＭ値はＶｘのデジタル値以上となる。

Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２でこのようにして演算されたＰＷＭ値は、ＰＷＭ値記憶部８８に一時記憶された後、ＰＷＭカウンタ制御部８９に送られる。ＰＷＭカウンタ制御部８９は、ＰＷＭ値記憶部８８に記憶されたＰＷＭ値に対応するデューティー比のＰＷＭ信号を、ＬＤパワー制御部７１に入力する。

図７は、このように構成されたＡＳＩＣ８０にて実行される処理を表すフローチャートである。なお、この処理は、レーザプリンタ１に画像形成命令が入力されると開始される。図７に示すように、処理が開始されると、先ずＳ１（Ｓはステップを表す：以下同様）にて、ＢＤセンサ７０からＢＤ信号の入力があるまで待機する（Ｓ１：Ｎ）。なお、画像形成命令が入力されてからＢＤ信号の入力があるまでの間は、ＡＳＩＣ８０はプリセットのＰＷＭ信号を出力し続け、レーザダイオードＬＤはプリセットの駆動電流で発光を続ける。ＢＤ信号の入力があると（Ｓ１：Ｙ）、続くＳ２で、ディレイ時間設定レジスタ８７に設定された前述のディレイ時間が経過するまで待機する（Ｓ２：Ｎ）。すなわち、Ｓ１，Ｓ２の処理は、前述の演算開始トリガタイマ８６に相当する処理である。

ディレイ時間が経過すると（Ｓ２：Ｙ）、Ｓ３にて、Ａ／Ｄ変換部８１を介してＡ／Ｄ値が読み込まれる。そして、続くＳ４では、比率設定レジスタ８３に設定された比率α及び反転電圧設定レジスタ８４に設定された反転電圧Ｖｘに従って、前述の式（１）によりＡ／Ｄ値がＰＷＭ値に変換される。すなわち、Ｓ３，Ｓ４の処理は、前述のＡ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２に相当する処理である。また、このＳ４では、変換後のＰＷＭ値がＰＷＭ値記憶部８８に記憶される。

続くＳ５では、このように記憶されたＰＷＭ値に従って、ＰＷＭ信号が出力され、処理はＳ１へ戻る。すなわち、このＳ５の処理は、前述のＰＷＭカウンタ制御部８９に相当する処理である。このようにして、駆動電流の調整が繰り返される。

続いて、このように構成された本実施の形態における作用・効果について説明する。本実施の形態では、最大３．３ＶとなるＶｌｄをＡ／Ｄ値に変換し、更にそのＡ／Ｄ値をＰＷＭ値に変換して制御を行っているため、ＡＳＩＣ８０が９ｂｉｔで動作するとするとＡ／Ｄ値の分解能は、３．３／５１１＝６．４６ｍＶとなる。また、可変抵抗器ＶＲの設定により、Ｖｌｄが１〜３．３Ｖの範囲で変化すると、パワー分解能は６．４６ｍＶ／２．３Ｖ＝０．２８１％となる。また、仮にＶｌｄを０〜３．３Ｖの範囲で変化させることができるとすると、パワー分解能は６．４６ｍＶ／３．３Ｖ＝０．１９６％となる。

これに対し、従来は、レーザダイオードＬＤの駆動電流を例えば０〜８０ｍＡの範囲で調整することにより制御していた。また、図８に例示するように、レーザダイオードＬＤの出力（ＬＤＰｏｗｅｒ）は、レーザダイオードＬＤの駆動電流（ＬＤ電流）が変化すると急峻に変化する。更に、この駆動電流と出力との対応関係は、図８に示すように温度によっても変化する。特に低温（温度ＭＩＮ）の場合、駆動電流の変化に対する出力の傾き（いわゆる微分効率）が大きくなる。

そこで、レーザダイオードＬＤの微分効率を０．６Ｗ／ｍＡ、最大出力を５ｍＷとすると、駆動電流を前述のように０〜８０ｍＡの範囲で９ｂｉｔで制御する場合、従来例の分解能は、｛０．６（ｍＷ／ｍＡ）＊８０（ｍＡ）｝／｛５（ｍＷ）＊５１１｝＝１．８８％となる。すなわち、本実施の形態では、分解能を飛躍的に向上させることができる。

次に、本実施の形態におけるＬＤパワー制御部７１等の動作を具体例を挙げて説明する。なお、以下の説明では、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値をそれぞれ１０００００Ω，２２００００Ω，２７００Ω、コンデンサＣ１の静電容量を１μＦとした。このため、オペアンプＯＰの反転入力端子における時定数τは６．８８Ｅ−０２ｓｅｃ、オペアンプＯＰのゲインＧは２．２となる。また、トランジスタＴＲ２の電流増幅率Ｈｆｅを１５０、比率αは０．５とした。更に、反転電圧Ｖｘは、基準電圧Ｖｅの設定を同時に行うことにより種々に設定可能であるが、ここではＶｘ＝１．２５Ｖとした。このため、β＝５１２＊Ｖｘ／３．３Ｖ＝１９３となる。

次に、レーザダイオードＬＤの出力が所望の出力の場合にＶｌｄ＝１Ｖとなるように調整した。そして、Ｖｌｄ＝１Ｖ、トランジスタＴＲ１のエミッタの電圧（以下、Ｖｒ３という：図５参照）＝ＰＷＭ信号をアナログ信号に変換した電圧（以下、ＰＷＭ／Ａという）＝１．３７５Ｖ、ＰＷＭ値＝２１３で動作しているときに、レーザダイオードＬＤの出力が３％低下したとする。なお、出力の変動要因としては、レーザダイオードＬＤの温度上昇やトランジスタＴＲ２のｈｆｅの変化などが挙げられる。

このとき、フォトダイオードＰＤを流れる電流も３％減少するので、このときのＶｌｄ（Ｖｌｄ１とする）は、次式に示すように１．０６９Ｖとなる。
Ｖｌｄ１＝３．３−（３．３−Ｖｌｄ）＊（１−３％）＝１．０６９Ｖ
このときのＡ／Ｄ値は１６６であり、対応するＰＷＭ値は、（１）式より２０７となる。従って、ＰＷＭ／Ａ＝２０７／５１２＊３．３＝１．３３４Ｖとなり、ＰＷＭ値の変動量ΔＰＷＭは−６、ＰＷＭ／Ａの変動量ΔＰＷＭ／Ａは−０．０３８６７（＝−６＊３．３／５１２）となる。

制御間隔時間ｔを３５０μｓとすると、上記変動からｔ経過後の電圧Ｖｒ３の変動量は ΔＶｒ３＝ΔＰＷＭ／Ａ＊Ｇ＊（１−ＥＸＰ（−ｔ／τ））＝４．３２Ｅ−０４Ｖ となる。

これから、トランジスタＴＲ２のベース電流Ｉｂの変動量は、ΔＩｂ＝ΔＶｒ３／Ｒ３＝０．１６０００９μＡとなり、コレクタ電流Ｉｃ（すなわちレーザダイオードＬＤの駆動電流）の変動量は、ΔＩｃ＝ΔＩｂ＊ｈｆｅ＝２４．００１３５μＡとなる。

レーザダイオードＬＤの微分効率を０．６ｍＷ／ｍＡとすると、制御間隔時間ｔ経過後のレーザダイオードＬＤの出力変動量は、０．６＊ΔＩｃ＝０．０１４４０１ｍＷとなる。すなわち、レーザダイオードＬＤは０．０１４４０１ｍＷ出力が増加する。レーザダイオードＬＤの所望の出力が３ｍＷで、そこから前述のように３％出力が低下したとすると、制御間隔時間ｔ後には、出力は２．９１００ｍＷから２．９２４４０１ｍＷ（誤差−２．５１９９７％）まで回復する。

同様の計算により、２ｔ後には２．９３６３２８ｍＷ（誤差−２．１２２３９％）、３ｔ後には２．９４８２ｍＷ（誤差−１．７２６８２％）、４ｔ後には２．９５７６ｍＷ（誤差−１．４１３２７％）と、徐々に所望の出力に近づけることができる。なお、上記計算では、ＰＷＭ信号をアナログ信号に変換する際の遅れ時間はないものとした。

このように、本実施の形態では、フォトダイオードＰＤのカソードの電圧ＶｌｄをＡ／Ｄ値に変換し、更にそのＡ／Ｄ値をＰＷＭ値に変換して制御を行っているため、レーザビームの強度を検出する時間が短くても、その強度を良好に反映したレーザダイオードＬＤの制御が可能となる。従って、本実施の形態では、ポリゴンミラー２０の回転速度を上げてスキャナユニット１６における走査速度を向上させることが可能となり、延いては、レーザプリンタ１における画像形成速度を向上させることが可能となる。また、本実施の形態では、抵抗器Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の抵抗値及びコンデンサＣ１の静電容量の設定により、上記のように時定数τを比較的大きく設定しているので、ＰＷＭ値を変化させてもレーザダイオードＬＤの出力は急激には変化せず、制御のオーバーシュートを良好に防止することができる。すなわち、前述のように、Ｖｌｄの読み込み処理は走査速度を向上させるために迅速に行う必要があるが、レーザダイオードＬＤの出力調整は画像形成命令があってから印字ＤＡＴＡ信号の処理が実際に始まるまでの比較的長い期間に行えばよい。そこで、本実施の形態では、ＶｌｄをＡ／Ｄ値に変換することで読み込み処理を迅速にする一方で、時定数τは上記のように大きな値に設定してオーバーシュートを防止しているのである。

なお、上記実施の形態において、レーザダイオードＬＤが半導体レーザに、フォトダイオードＰＤが強度検出手段に、Ａ／Ｄ変換部８１がＡ／Ｄ変換手段に、基準電圧設定部７３，差動増幅回路７４，及びＬＤ駆動電流制御回路７５が電流制御手段に、Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２，ＰＷＭ値記憶部８８，ＰＷＭカウンタ制御部８９，及びＰＷＭ／Ａ変換部７２が電圧出力手段に、その内、Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部８２がデューティー比演算手段に、ＰＷＭ値記憶部８８が記憶手段に、ＰＷＭカウンタ制御部８９がＰＷＭ出力手段に、ＰＷＭ／Ａ変換部７２が平滑化手段に、それぞれ相当する。

また、本発明は上記実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、ＬＤパワー制御部７１の回路構成は、上記以外にも種々の構成を採用することができる。また、上記実施の形態では、ＰＷＭ値をＰＷＭ値記憶部８８に記憶しているが、Ａ／Ｄ値を記憶してもよい。

更に、本発明は、コピー機、ファクシミリ装置、カラーレーザプリンタ等、種々の電子写真方式の画像形成装置に適用することができる。また、いわゆる中間転写ベルトを備えた画像形成装置にも適用でき、その場合は、中間転写ベルトも転写手段に相当する。

本発明が適用されたレーザプリンタの構成を表す概略断面図である。 そのレーザプリンタの画像形成部の構成を表す要部拡大側断面図である。 そのレーザプリンタのスキャナユニットの構成を表す説明図である。 そのスキャナユニットの制御系の構成を表すブロック図である。 その制御系の一部の構成を詳細に表す回路図である。 その制御系のＡＳＩＣの構成を表す制御ブロック図である。 そのＡＳＩＣにて実行される処理を表すフローチャートである。 レーザダイオードの駆動電流と出力との対応関係を表す説明図である。

符号の説明

１…レーザプリンタ ３…用紙 ５…画像形成部
１６…スキャナユニット １７…プロセスユニット １９…レーザダイオードユニット
２０…ポリゴンミラー ２７…感光体ドラム ３０…転写ローラ
３１…現像ローラ ７０…ＢＤセンサ ７１…ＬＤパワー制御部
７２…ＰＷＭ／Ａ変換部 ７３…基準電圧設定部 ７４…差動増幅回路
７５…ＬＤ駆動電流制御回路 ７７…高速変調回路 ８１…Ａ／Ｄ変換部
８２…Ａ／Ｄ→ＰＷＭ演算部 ８３…比率設定レジスタ
８４…反転電圧設定レジスタ ８６…演算開始トリガタイマ
８７…ディレイ時間設定レジスタ ８８…ＰＷＭ値記憶部
８９…ＰＷＭカウンタ制御部 ＯＰ…オペアンプ ＬＤ…レーザダイオード
ＰＤ…フォトダイオード ＴＲ１，ＴＲ２…トランジスタ

Claims (5)

1. 走査用のレーザビームを発生する半導体レーザから発生されるレーザビームの強度を検出する強度検出手段と、
   該強度検出手段に検出された上記レーザビームの強度をデジタル値に変換するＡ/Ｄ変換手段と、
   該Ａ/Ｄ変換手段にて変換された上記デジタル値に対応する電圧を出力する電圧出力手段と、
   該電圧出力手段から出力された電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて上記半導体レーザの駆動電流を制御する電流制御手段と、
   を備えたことを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 上記電圧出力手段が、
   上記デジタル値に対応するＰＷＭ信号のデューティー比を演算するデューティー演算手段と、
   該デューティー演算手段にて演算されたデューティー比でＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ出力手段と、
   該ＰＷＭ出力手段が出力したＰＷＭ信号を平滑化する平滑化手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。
3. 上記Ａ/Ｄ変換手段にて変換されたデジタル値、または、上記デューティー演算手段にて演算されたデューティー比を記憶する記憶手段を、
   備えたことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 上記Ａ/Ｄ変換手段、上記デューティー演算手段、上記ＰＷＭ出力手段、及び、上記記憶手段が、集積回路として一体に形成されたことを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置と、
   該半導体レーザ駆動装置によって駆動される半導体レーザと、
   該半導体レーザから発生されるレーザビームを偏向する偏向手段と、
   該偏向手段によって偏向されたレーザビームにより、表面が走査露光される感光体と、
   上記走査露光によって上記感光体の表面に形成された静電潜像を、上記感光体の表面に現像剤を付着させることによって現像する現像手段と、
   該現像手段により上記感光体の表面に付着された現像剤を、被記録媒体に転写する転写手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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