JP2007173707A - 自動光量制御装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォトダイオードが検出したサンプリング電流に応じた電流をサンプルホールド用コンデンサに充放電させて自動光量制御を行う場合に、サンプリング電位の光量応答性が良く、且つホールド時の光量低下も解決できるようにする。
【解決手段】 レーザーダイオード１の近傍に設けたフォトダイオード１１がレーザーダイオード１の発するレーザー光の光量に応じた大きさの電流を出力し、その電流の大きさに応じて、コントロール回路１３はサンプリング期間中、コンデンサＣに対して充電または放電を行い、充電電位保持回路１６はコンデンサＣに充電された充放電終了時の電位をデジタル化してラッチし、ラッチしたデジタル電位をアナログ化して誤差増幅器１７に与え、その誤差増幅器１７は入力されたそのアナログ電位と画像データに応じた量を出力し、その出力に応じてレーザーダイオード１の電流が増減する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、レーザー光をポリゴンスキャナで走査して感光体を露光・帯電させることにより静電潜像を形成する手段を備えた複写機やプリンタなど画像形成装置に係り、特に、レーザー光の光量を一定に保つためのＡＰＣ技術に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、印刷データで変調されたレーザー光をポリゴンスキャナで走査して感光体を露光・帯電させることにより印刷データに基づいた静電潜像を形成する。画像形成装置の場合、このレーザー光は一般に半導体レーザーを用いて得ているが、半導体レーザーの一般的な電流−光出力特性は周囲温度の変化に敏感であるので、一定電流で駆動していても環境温度の変化や自己発熱などにより光出力は大きく変動してしまう。
光出力のこのような温度依存性に対応するために、半導体レーザーのパッケージ中には、一般にフォトダイオードなど光電変換素子が組み込まれており、このフォトダイオードの検出した電流を監視することにより半導体レーザーの光出力を監視して駆動電流を制御し、光出力を一定に保つようにしている。なお、このようなフィードバック機構を持つ半導体レーザーの駆動回路はＡＰＣ回路（自動光量制御回路）と呼ばれている。
特許文献１に示された従来技術は、このようなＡＰＣ回路を持つ代表例であり、半導体レーザーを定格光出力に近いパワーで使う際にもレーザーに負担をかけないように回路構成を工夫している。また、フォトダイオードが検出したサンプリング電流をコンデンサにより保持する。
特開平８−８８４２９号公報

しかしながら、半導体レーザーの光出力値の代替値として、フォトダイオードなど光電変換素子が検出したサンプリング電流をサンプルホールド用コンデンサに充放電し、それによりＡＰＣを行う方式では、サンプルホールド用コンデンサの容量値が小さい場合には、サンプリング時のＡＰＣの応答性は良いが、ホールド時の光量低下が大きく、容量値が大きい場合には、ホールド時の光量低下は小さいが、サンプリング時のＡＰＣの応答性が悪いという問題がある。
本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決しようとするものであり、具体的には、フォトダイオードが検出したサンプリング電流に応じた電流をサンプルホールド用コンデンサに充放電させ、それにより自動光量制御を行う場合に、サンプリング電位の光量応答性が良く、且つホールド時の光量低下も解決できる自動光量制御技術を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１記載の自動光量制御装置は、半導体レーザーの発するレーザー光の光量に応じた電流値を出力する光量検知手段を前記半導体レーザーの近傍に設けて、前記電流値に基づいてコンデンサに充放電を行った際に該コンデンサの充電電位により自動光量制御を行う自動光量制御装置において、前記コンデンサに充電された充放電終了時の電位をデジタル化して保持する充電電位保持手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項２記載の画像形成装置は、半導体レーザーの発するレーザー光を走査して感光体上に静電潜像を形成する画像書き込み手段を備えるとともに、入力レーザー光の光量に応じた電流値を出力する光量検知手段を前記半導体レーザーの近傍に設けて、前記電流値に基づいてコンデンサに対して充放電を行った際に該コンデンサの充電電位により自動光量制御を行う自動光量制御手段を備えた画像形成装置において、前記コンデンサに充電された充放電終了時の電位をデジタル化して保持する充電電位保持手段を前記自動光量制御手段内に備えたことを特徴とする。
また、請求項３記載の画像形成装置は、請求項２記載の画像形成装置において、前記充電電位保持手段に保持されたデジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換手段を前記自動光量制御手段内に備える。
また、請求項４記載の画像形成装置は、請求項２記載の画像形成装置において、前記自動光量制御手段が、前記コンデンサに充電された電位を当該自動光量制御手段の上位に位置するＣＰＵへ通知するためにデジタル化するＡ／Ｄ変換手段を用いて前記充電終了時の電位をデジタル化する構成にする。
また、請求項５記載の画像形成装置は、請求項２記載の画像形成装置において、前記自動光量制御手段が、前記自動光量制御により所定量に制御される前記光量の値を画素密度に応じて切り替える構成にする。

本発明によれば、フォトダイオードが検出したサンプリング電流をサンプルホールド用コンデンサに充放電し、それにより自動光量制御を行う場合に、コンデンサに充電された充電終了時の電位をデジタル化して保持することができるので、コンデンサの容量を小さくでき、したがって、サンプリング電位の光量応答性が良く、且つホールド時の光量低下も解決できる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対位置などは特定的な記載がない限りこの説明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の一実施形態として、電子写真方式の画像形成装置などに用いられているレーザー光走査光学系の構成を説明する図である。図示したような構成で、この画像形成装置の画像書き込み手段では、ＬＤ１（レーザーダイオード、請求項記載の半導体レーザーに相当する）から発射されたＬＤ光９が、コリメートレンズ２で平行光になり、ポリゴンスキャナ３で走査され、ｆθレンズ４を通って感光体５を感光させることにより静電潜像を形成する。なお、ＬＤ１はＬＤ制御板６に取り付けられている。
図１に示したように、このレーザー光走査光学系は感光体５上の走査線の始端側に同期検知用のフォトダイオード７を備えている。このフォトダイオード７はｆθレンズ４を介してＬＤ光を受け、同期検知信号を発生する。図２に、同期検知信号発生部の回路構成を示す。図２に示した構成で、フォトダイオード７がＬＤ光を受光することにより抵抗Ｒ１に電流Ｉが流れ、コンパレータ８の一方の入力端子に電圧Ｖ１を入力する。そして、電圧Ｖ１がＶｒｅｆより大きくなると、コンパレータ８の出力にパルス出力（同期検知信号ＸＤＥＴＰ）が発生する。
図３は、同期検知信号（ＸＤＥＴＰ）のタイミングチャートである。同図は、１ラインの周期Ｔ２に同期して、幅Ｔ１の同期検知信号が１回出ることを示している。
以下、本発明の実施例を説明する。

図４は一実施例として画像形成装置における自動光量制御回路（請求項記載の自動光量制御手段に相当する）の構成を示すブロック図である。
図示した構成で、ＬＤユニット内に設けたフォトダイオード１１（請求項記載の光量検知手段に相当する）の出力する監視電流Ｉｍは、信号ＩＮ１によりスイッチＳＷ１の接続状態がＳＷ１ａ側とＳＷ１ｂ側との間で切り替えられて、ＬＤ光量設定用の可変抵抗ＶＲ１へのラインまたは可変抵抗ＶＲ２へのラインへ流れる。可変抵抗ＶＲ１に切り替えられると、コンパレータ１２のＶ２端子の電位Ｖ２は、Ｖ２＝Ｉｍ×ＶＲ１ となり、可変抵抗ＶＲ２に切り替えられると、電位Ｖ２は、Ｖ２＝Ｉｍ×ＶＲ２ となり、ＬＤ光量が切り替わる。
一方、コンパレータ１２の基準電位Ｖ１としては、信号ＩＮ２によりスイッチＳＷ２を切り替えることにより、Ｖｒｅｆ１またはＶｒｅｆ２が供給される。これにより、この切り替えによっても、ＬＤ光量を切り替えることができる。
電位Ｖ２が基準電位Ｖ１より小さい場合、コンパレータ１２の出力電位Ｖ３がＨＩＧＨになり、これに応じたコントロール回路１３の出力値によりスイッチＳＷ４がオン、ＳＷ５がオフになる。こうして、充電用定電流源１４からの電流がコンデンサＣに供給され、電位Ｖ４が上昇する。それに対して、電位Ｖ２が基準電位Ｖ１より大きい場合には、コンパレータ１２の出力電位Ｖ３がＬＯＷになり、スイッチＳＷ４がオフ、ＳＷ５がオンになり、コンデンサＣの電荷が放電用定電流源１５へ放電され、電位Ｖ４が下降する。
前記において、コントロール回路１３は、Ｓ／Ｈ信号によりサンプリングとホールドが切り替えられる。Ｓ／Ｈ信号がＬＯＷのときには、前述したようにコンパレータ１２の出力電位Ｖ３のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じてスイッチＳＷ４とスイッチＳＷ５のどちらかが閉じるが、Ｓ／Ｈ信号がＨＩＧＨのときは、スイッチＳＷ４、ＳＷ５ともに離れた状態になり電位Ｖ４はほぼ一定値にホールドされる（厳密には時間とともに電位Ｖ４は減衰する）。つまり、Ｓ／Ｈ信号がＬＯＷでサンプリングモード、ＨＩＧＨでホールドモードである。

充電電位保持回路１６は後述する回路構成で、ホールドモード開始時の電位Ｖ４をラッチし、それをアナログ化した電位Ｖ５を誤差増幅器１７に与える。
誤差増幅器１７は電位Ｖ５と基準電位Ｖｒｅｆ３との誤差電圧を増幅する。これにより、Ｔｒ１のコレクタ電流が増減し、ＬＤ電流が増減して、ＬＤ１の光量が設定値に保たれる。つまり、ＬＤ１の光量が設定光量より少ないときはＬＤ電流が増加し、ＬＤ１の光量が設定光量より多いときはＬＤ電流が減少するのである。
ＬＤ１には、バイアス電流源１８によりバイアス電流が流れる。バイアス電流の値は固定抵抗Ｒ２の値を変えることにより変更することができる。バイアス電流を流すことにより、トランジスタＴｒ１がＸＤＡＴＡに従ってＬＤ１の光量を変調する速度を高速化できる。ＸＤＡＴＡはビデオデータ（ビデオ信号化された印刷データ）であり、ＸＤＡＴＡがＬＯＷのときＬＤ１にはＩＳＷ（トランジスタＴｒ１のコレクタ電流）＋ＩＢ（バイアス電流）が流れる。ＸＤＡＴＡがＨＩＧＨのときはＬＤ１の電流はＩＢのみとなり、オフセット発光するのみである（画像は形成されない）。なお、ＡＰＣを行う場合もＬＤ１の電流はトランジスタＴｒ１のコレクタ電流とバイアス電流の和である。
このような構成の制御系で、この実施例では、前述したコントロール回路１３におけるＳ／Ｈ信号としてＸＤＥＴＰ信号（図２、図３参照）を用いてＡＰＣのサンプリングとホールドを行う。ＸＤＥＴＰ信号がＬＯＷのときがサンプルモードで、ＨＩＧＨのときがホールドモードである。サンプルモード時のコンデンサ容量はできるだけ小さい方がＡＰＣの応答特性が良くなる。しかし、従来技術では、ホールドモード時は、ホールド用のコンデンサ容量は許容できる範囲内でできるだけ大きい方がホールド時の電位Ｖ４の減衰量が少なくなり好ましい、とされてきた。また、従来技術では充電電位保持回路１６を備えておらず、電位Ｖ４が直接に誤差増幅器１７に入力されていたので、ＡＰＣのサンプリング時の応答性を良くするために小さい容量を使用すると、ホールド時の電位Ｖ４の減衰が大きく、ＬＤ光量の低下が大きくなるという問題があったのである。
それに対して、この実施例では、前述したような充電電位保持回路１６を備えることにより、コンデンサＣの容量を小さくしてＡＰＣの応答特性を良くするとともに、ホールド時に電位Ｖ４が減衰しても問題ないようにしている。

図５は、このような役割を持った充電電位保持回路１６の構成を示す図である。図示するように、充電電位保持回路１６は、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ２１（請求項記載のＡ／Ｄ変換手段に相当する）、変換されたデジタル値をラッチするラッチ回路２２、ラッチされたデジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａコンバータ２３（請求項記載のＤ／Ａ変換手段に相当する）を備えている。なお、Ａ／Ｄコンバータ２１およびラッチ回路２２は請求項記載の充電電位保持手段を構成している。
このような構成で、この充電電位保持回路１６では、コンデンサＣに充電された電位Ｖ４がＡ／Ｄコンバータ２１に入力され、電位Ｖ４のアナログ値がリアルタイムでデジタル値に変換され、デジタル化された電位Ｖ４がラッチ回路２２に入力される。図示したように、このラッチ回路２２ではラッチ信号として前記ＸＤＥＴＰ信号を用いており、この信号の後縁でデジタル化された電位Ｖ４をラッチする。つまり、サンプルモード時が終わった直後の電位Ｖ４をラッチするのである。したがって、減衰が始まる前に最高位に上昇した（または最低位に下降した）電位Ｖ４を電位Ｖ５としてラッチでき、電位Ｖ４がその後、速い速度で減衰してもラッチ回路２２から出力される電位Ｖ５は減衰前の値を保つ。このような電位Ｖ５がＤ／Ａコンバータ２３によりアナログ値に戻され、誤差増幅器１７に入力されるのである。
このように、充電電位保持回路１６の後段に誤差増幅器１７を持つような構成であっても、Ｄ／Ａコンバータ２３を備えることにより対応可能になる。

こうして、この実施例によれば、ＡＰＣのサンプリング時には、ＡＰＣの応答性を良くすることができ、ホールドモード時には、電位Ｖ４の減衰に関係なく減衰前の値を用いてＬＤ１の光量を制御でき、したがって、高性能なＡＰＣを実現できる。
なお、Ａ／Ｄコンバータ２１は従来技術においても、当該画像形成装置の全体を制御するＣＰＵなど、このＡＰＣ回路の上位に位置するＣＰＵに光量検出値を渡すために用いられているので、この実施例では、新たにラッチ回路２２とＤ／Ａコンバータ２３だけを追加すればよい。ＣＰＵへの通知は光量検出値が異常な値の場合に異常処理を行うためである。また、ＣＰＵに対しては、図５に示したようにラッチ回路２２によりラッチされた値を渡すことができるので、ＣＰＵ側の取り込みタイミングも取りやすくなる。
また、この実施例では、線速を落とし（例えば半分にし）、その分だけＬＤ１の光量も落として（例えば半分にして）画素密度を高密度にする（例えば２倍にする）場合、画素密度に応じて、信号ＩＮ１によりＳＷ１を切り替えて、光量設定用の可変抵抗ＶＲ１とＶＲ２とを切り替える。例えば画素密度１２００ｄｐｉ時のＬＤ光量を画素密度６００ｄｐｉ時の半分にする場合、可変抵抗ＶＲ１の値をＶＲ２の値の２倍にしておき、１２００ｄｐｉ時にはＩＮ１信号をＨＩＧＨにして可変抵抗ＶＲ２を選択すればＬＤ光量が半分になる。
また、信号ＩＮ２を切り替えてＶｒｅｆ１とＶｒｅｆ２とを切り替えることによってもＬＤ光量を切り替えることができる。Ｖｒｅｆ１をＶｒｅｆ２の半分にしてＶｒｅｆ１を選択すれば、ＬＤ光量はＶｒｅｆ２を選択した場合の半分の光量になるからである。

本発明の一実施形態として画像形成装置におけるレーザー光走査光学系の構成を示す説明図。 本発明の一実施形態として画像形成装置における同期検知信号発生部の構成を示す回路図。 本発明の一実施形態として画像形成装置における同期検知信号の発生タイミングを示すタイミングチャート。 本発明の一実施例として画像形成装置における自動光量制御回路の構成を示すブロック図。 本発明の一実施例として画像形成装置における自動光量制御回路要部の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ レーザーダイオード、７、１１ フォトダイオード、８ コンパレータ、１２ コンパレータ、１３ コントロール回路、１４ 充電用定電流源、１５ 放電用定電流源、１６ 充電電位保持回路、１７ 誤差増幅器、２１ Ａ／Ｄコンバータ、２２ ラッチ回路、２３ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (5)

1. 半導体レーザーの発するレーザー光の光量に応じた電流値を出力する光量検知手段を前記半導体レーザーの近傍に設けて、前記電流値に基づいてコンデンサに充放電を行った際に該コンデンサの充電電位により自動光量制御を行う自動光量制御装置において、前記コンデンサに充電された充放電終了時の電位をデジタル化して保持する充電電位保持手段を備えたことを特徴とする自動光量制御装置。
2. 半導体レーザーの発するレーザー光を走査して感光体上に静電潜像を形成する画像書き込み手段を備えるとともに、入力レーザー光の光量に応じた電流値を出力する光量検知手段を前記半導体レーザーの近傍に設けて、前記電流値に基づいてコンデンサに対して充放電を行った際に該コンデンサの充電電位により自動光量制御を行う自動光量制御手段を備えた画像形成装置において、前記コンデンサに充電された充放電終了時の電位をデジタル化して保持する充電電位保持手段を前記自動光量制御手段内に備えたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置において、前記充電電位保持手段に保持されたデジタル値をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換手段を前記自動光量制御手段内に備えたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２記載の画像形成装置において、前記自動光量制御手段は、前記コンデンサに充電された電位を当該自動光量制御手段の上位に位置するＣＰＵへ通知するためにデジタル化するＡ／Ｄ変換手段を用いて前記充電終了時の電位をデジタル化することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項２記載の画像形成装置において、前記自動光量制御手段は、前記自動光量制御により所定量に制御される前記光量の値を画素密度に応じて切り替えることを特徴とする画像形成装置。
   

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