JP2008227129A - 半導体レーザ制御装置および光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチビームを構成する半導体レーザからのマルチビームが入射可能な１個の光検出器が用いられる構成において、１個の半導体レーザに対する検出信号レベルと複数個の半導体レーザに対する検出信号レベルとが著しく異なる場合にも、半導体レーザの高精度な光出力制御を行うことの可能な半導体レーザ制御装置を提供する。
【解決手段】 マルチビームを構成する複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ４からの光量を発光レベルとして検出する光検出手段ＰＤと、光検出手段ＰＤの検出電流を検出電圧に変換するための検出抵抗（２１，２２，２３，２４）と、前記検出電圧に基づいて前記複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ４の発光レベルを制御する光量制御手段とを有する半導体レーザ制御装置であって、前記検出抵抗（２１，２２，２３，２４）の抵抗値を切り替える切替手段２０をさらに有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体レーザ制御装置および光走査装置および画像形成装置に関する。

図９は電子写真プロセスを利用したレーザプリンタ、デジタル複写機等の一般的な画像形成装置の構成例を示す図である。図９を参照すると、光源である半導体レーザユニット１００９から発光されたレーザ光は、回転するポリゴンミラー１００３により偏向走査（スキャン）され、走査レンズ（ｆθレンズ）１００２を介して被走査媒体である感光体１００１上に光スポットを形成し、その感光体１００１を露光して静電潜像が形成される。このとき、位相同期回路１００６は、クロック生成回路１００５により生成された変調信号を、ポリゴンミラー１００３により偏向走査された半導体レーザの光を検出するフォトディテクタ１００４に同期した位相に設定する。すなわち、位相同期回路１００６では、１ライン毎に、フォトディテクタ１００４の出力信号に基づいて、位相同期のとられた画像クロック（画素クロック）を生成して、画像処理ユニット１００７とレーザ駆動回路１００８へ供給する。このようにして、半導体レーザユニット１００９は、画像処理ユニット１００７により生成された画像データと位相同期回路１００６により１ライン毎に位相が設定された画像クロックに従い、レーザ駆動回路１００８を介して半導体レーザの発光時間をコントロールすることにより、被走査媒体１００１上の静電潜像をコントロールすることができる。

ところが近年、印刷速度（画像形成速度）の高速化、画像の高画質化の要求が高まり、それに対して、偏向器であるポリゴンモータの高速化や、レーザ変調の基準クロックとなる画素クロックの高速化で対応してきたが、どちらの高速化にも限界が近づいてきており、従来の方法では対応しきれなくなってきている。

そこで、複数の光源を用いたマルチビームを採用することで、高速化対応がなされてきている。マルチビームによる光走査方法では、偏向器の偏向により同時に走査できる光束が増えることにより、偏向器であるポリゴンモータの回転速度や、画素クロック周波数の低減が可能となり、高速にかつ安定した光走査及び画像形成が可能となる。

上記マルチビームを構成する光源としては、半導体レーザが用いられる。より具体的に、上記マルチビームを構成する光源としては、シングルビームのレーザチップを組み合わせる方法や、複数個の発光素子を一つのレーザチップに組み込んだＬＤアレイ（例えば面発光レーザアレイ）などを用いる方法が使用されている。

上記ＬＤアレイ（例えば面発光レーザアレイ）などの半導体レーザは、きわめて小型であり、かつ駆動電流により高速に直接変調を行うことが出来るので、近年レーザプリンタ等の光源として広く用いられている。しかし、半導体レーザの駆動電流と光出力との関係は、温度により著しく変化する特性を有するので、半導体レーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。

この問題を解決し半導体レーザの利点を活かすため、従来様々なＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路（例えば特許文献１，特許文献２，特許文献３に示されているようなＡＰＣ回路）が提案されている。

すなわち、ＡＰＣ回路として、半導体レーザの光出力を受光素子によりモニタし、パワー設定時間内では発光レベル信号と光出力に比例したモニタ電流に比例した信号とが等しくなるように、光・電気負帰還ループにより半導体レーザの順方向電流を制御し、パワー設定時間外では、パワー設定時間内に設定した半導体レーザの順方向電流をサンプルホールド回路により保持し、光出力を所望の値に設定すると共に、順方向電流を変調信号に基づいて変調することにより、半導体レーザを変調信号により点灯，消灯させる方式がある。

この方式では、半導体レーザの高速変調が可能となるが、半導体レーザの光出力を常時制御しているわけではないため、外乱などにより容易に光出力が変動してしまう。また外乱として半導体レーザのドゥループ特性があり、光出力に数％の誤差を生じてしまう。

特許文献２には、上記の点を改良した方式が示されている。

また、特許文献３には、レーザの発光パワーを制御する際、レーザの発光状態を受光素子によりモニタし、受光素子の出力信号、即ちモニタ電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換し、その電圧信号をレーザ駆動回路（レーザ駆動制御回路）にフィードバックしてレーザが適正なパワーで発光するように制御し、パルス発光時におけるフォトダイオードの出力信号の波形なまりの補償を行う一例が示されている。
特開平１１−２９８０７９号公報 特開平２−２０５０８６号公報 特開平５−１２１８０５号公報

ところで、マルチビームの構成では、マルチビームを構成する半導体レーザ（すなわち、複数個の半導体レーザ； マルチビーム光源）のそれぞれについて光量補正を行う必要があり、複数個の半導体レーザからの出射光を受光し、光出力レベル（発光レベル）を検出する光検出器が必要となる。

この場合、従来では、光検出器には、マルチビームを構成する半導体レーザ（すなわち、複数個の半導体レーザ； マルチビーム光源）からのマルチビーム（通常、全てのマルチビーム）が入射可能な１個の光検出器を設け、発光時間差を設けて光検出器からの検出信号に基づいて発光制御を行う方式のものが用いられているが、１光源の場合と比較して光検出器への入射光量がマルチビーム光源数分増加してしまい、光検出器の検出レベルが大きく異なるので、半導体レーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。

また、所望のレベル以上の光量により、光検出器からの検出信号レベルが非常に大きくなり、光量制御回路の制御レベルを超えた検出信号を検知してしまうおそれがある。

本発明は、マルチビームを構成する半導体レーザ（すなわち、複数個の半導体レーザ； マルチビーム光源）からのマルチビーム（通常、全てのマルチビーム）が入射可能な１個の光検出器が用いられる構成において、１個の半導体レーザに対する検出信号レベルと複数個の半導体レーザに対する検出信号レベルとが著しく異なる場合にも、半導体レーザの高精度な光出力制御を行うことの可能な半導体レーザ制御装置および光走査装置および画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、マルチビームを構成する複数の半導体レーザからの光量を発光レベルとして検出する光検出手段と、光検出手段の検出電流を検出電圧に変換するための検出抵抗と、前記検出電圧に基づいて前記複数の半導体レーザの発光レベルを制御する光量制御手段とを有する半導体レーザ制御装置であって、
前記検出抵抗の抵抗値を切り替える切替手段をさらに有していることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、前記複数の半導体レーザのうち、同時に発光する半導体レーザの個数に応じて、検出抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段で検出された発光レベルに基づいて、検出抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段の検出電流を検出抵抗で変換した光検出信号としての検出電圧が前記光量制御手段の光検出信号レベルの検出可能範囲内となるように、検出抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ制御装置において、切替可能な検出抵抗の抵抗値は、基準抵抗Ｒに対してＲ／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）であることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段の接合容量に応じて、接合容量のばらつきを均等にするための抵抗および／または容量を切り替えて付加する機能をさらに有していることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１記載の半導体レーザ制御装置が用いられることを特徴とする光走査装置である。

また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１乃至請求項６記載の発明によれば、マルチビームを構成する複数の半導体レーザからの光量を発光レベルとして検出する光検出手段と、光検出手段の検出電流を検出電圧に変換するための検出抵抗と、前記検出電圧に基づいて前記複数の半導体レーザの発光レベルを制御する光量制御手段とを有する半導体レーザ制御装置であって、前記検出抵抗の抵抗値を切り替える切替手段をさらに有しており、検出抵抗の抵抗値を切替可能な構成となっているので、マルチビームを構成する半導体レーザ（すなわち、複数個の半導体レーザ； マルチビーム光源）からのマルチビーム（通常、全てのマルチビーム）が入射可能な１個の光検出器が用いられる構成において、１個の半導体レーザに対する検出信号レベルと複数個の半導体レーザに対する検出信号レベルとが著しく異なる場合にも、半導体レーザの高精度な光出力制御を行うことができる。すなわち、光量範囲が広い場合にも、高精度な光量制御が可能となる。

また、請求項７に記載の発明によれば、請求項１記載の半導体レーザ制御装置が用いられることを特徴とする光走査装置，画像形成装置であるので、高精度な光量制御がなされ、濃度ムラが低減された画像形成が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、在来の半導体レーザ制御装置の構成例を示す図である。図１の例では、半導体レーザ制御装置は、単体の半導体レーザ（ＬＤ）と、ＬＤの発光量を検出する光検出器（ＰＤ）と、ＰＤの検出電流を光検出信号としての検出電圧に変換する検出抵抗として機能する可変抵抗１０および抵抗１１と、ＰＤの光検出信号（検出電圧）をＡ／Ｄ変換するＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ）と、ＡＤＣの出力信号を演算してＬＤの発光電流制御信号を生成するＣＰＵと、ＣＰＵからの発光電流制御信号をＤ／Ａ変換するＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）と、ＤＡＣの出力値に基づいてＬＤに駆動電流を与える電流源５０とで構成されている。ここで、ＡＤＣ，ＣＰＵ，ＤＡＣは、光量制御手段として機能するようになっている。

図１の構成では、ＬＤの発光レベルに応じた検出電流がＰＤを流れ、検出電流に比例した検出電圧に基づいて、ＡＤＣ，ＣＰＵ，ＤＡＣを介してＬＤにフィードバック制御がなされることにより、ＬＤの発光レベルの制御がなされる。このとき、ＰＤの検出電流はＬＤの発光レベルに比例しており、可変抵抗１０の抵抗値を手動によって変更することで、ＡＤＣへの検出電圧レベルを手動で調整できる。なお、可変抵抗１０の抵抗値の調整は、ＰＤの個体ばらつきによる電流特性のばらつきを補正するためであり、この調整は出荷時のみ行うものであり、実際の使用時には、可変抵抗１０の抵抗値の調整はなされず、可変抵抗１０の抵抗値は基本的には固定値となる。

また、図２は、図１に対して光源（半導体レーザ）を複数個設けた場合（図２の例では４光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４とした場合）の構成を示す図である。なお、図２において、符号５０−１，５０−２，５０−３，５０−４は、それぞれ、半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４に駆動電流を与える電流源である。

図１の場合、発光光源（ＬＤ）は１個であるため、ＰＤで検出する光量の範囲は、ＬＤ１個の光量範囲のみであるが、図２の例では、４個の光源が同時発光する場合、ＰＤで検出する光量の範囲はＬＤ１個の光量範囲の４倍となる。

例えばＬＤ１個あたり０．５〜２ｍＷの範囲で発光制御するとき、図２の例では、光源１個のみ点灯する場合と、４光源が同時点灯する場合を含めて考えると、０．５〜８ｍＷの範囲で光量が変化し、ＰＤで検出されることになる。

このように、図２の半導体レーザ制御装置では、光源１個のみ点灯する場合と、４光源が同時点灯する場合を含めて考えると、検出電圧の範囲が大きくなり、光量制御手段に対して設計，回路動作上の負荷となり、光量制御精度も低下してしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであり、本発明の第１の形態の半導体レーザ制御装置は、マルチビームを構成する複数の半導体レーザからの光量を発光レベルとして検出する光検出手段と、光検出手段の検出電流を検出電圧に変換するための検出抵抗と、前記検出電圧に基づいて前記複数の半導体レーザの発光レベルを制御する光量制御手段とを有する半導体レーザ制御装置であって、
前記検出抵抗の抵抗値を切り替える切替手段をさらに有していることを特徴としている。

ここで、マルチビームを構成する複数の半導体レーザは、一列に配置したもの（例えば１次元面発光レーザアレイ）でも良いし、２次元に配置した２次元アレイ（例えば２次元面発光レーザアレイ）などでも良い。

図３は、本発明の第１の形態の半導体レーザ制御装置の一構成例を示す図である。なお、図３において、図２と同様の箇所には同じ符号を付している。

図３の例では、検出抵抗部が、複数の抵抗（図３の例では、４つの抵抗２１〜２４）で構成されている。また、切替手段は、少なくともＣＰＵとアナログスイッチ２０とで構成されている。

いま、抵抗２１，２２，２３，２４の抵抗値をＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とするとき、各抵抗２１，２２，２３，２４の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が、
Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４
であるときを考える。

例えばＬＤ１のみ１ｍＷの発光制御する場合を考える。このとき抵抗２１のスイッチをオン状態とすることで、ＰＤの検出電流をＩ１としたとき抵抗２１の抵抗値Ｒ１から、
Ｖ＝Ｉ１×Ｒ１
の式により、検出電圧Ｖが定まり、ＡＤＣへこの電圧Ｖが入力される。

次にＬＤ１，ＬＤ２の２光源をそれぞれ１ｍＷ同時点灯して発光制御する場合を考える。なお、ＰＤの検出光量と検出電流とが比例関係にあるとする。このとき、仮に、抵抗２１だけをオン状態にすると、検出電圧Ｖは
Ｖ２＝Ｉ２×Ｒ１＝２×Ｉ１×Ｒ１
となり、検出電圧ＶはＬＤ１のみの発光制御の場合の２倍となってしまう。

このように同時に複数の半導体レーザを点灯した場合と、１個の半導体レーザのみを点灯した場合とで、検出抵抗を同一値（上記例では、抵抗値Ｒ１）にすると、検出電圧の範囲が大きくなり、光量制御手段に対して設計，回路動作上の負荷となり、光量制御精度も低下してしまう。

これに対し、本発明では、たとえば２光源同時発光時には、ＣＰＵから例えば発光光源数（同時に発光する半導体レーザの個数）に応じた制御信号がアナログスイッチ２０に送られ、これにより、アナログスイッチ２０は、抵抗２１の抵抗値Ｒ１よりも小さい抵抗値の抵抗２２，２３，２４のいずれかを選択し、抵抗値を自動的に切り替える。すなわち、ＣＰＵでは、発光光源数に応じて、光源数が多い場合には全体での抵抗値が小さくなるように、すなわち出力電圧が１光源の時と同様のレベルとなるように制御する。

本発明では、このような構成により、検出電圧範囲を小さくし、光量検出制御回路に対して負荷が少なく、高精度な光量制御が可能となる。

なお、ＣＰＵから発光光源数（同時に発光する半導体レーザの個数）に応じた制御信号をアナログスイッチ２０に送る場合、例えば図９のシステムのレーザ駆動回路１００８に本発明の半導体レーザ制御装置を適用するとするとき、図９の画像処理ユニット１００７からの画像データ信号によってレーザ駆動回路１００８へ発光する光源（半導体レーザ）への制御信号が与えられるため、ＣＰＵは、画像処理ユニット１００７からの画像データ信号により発光光源数を確認することができる。

この場合の処理は、具体的には、次のようになる。すなわち、
（１）ＣＰＵへ画像データ信号が入力すると、
（２）ＣＰＵでは、画像データ信号より発光光源数を割り出し、発光光源数に応じた抵抗切替制御信号を生成し、
（３）抵抗切替制御信号をアナログスイッチ２０へ送る。
（４）これにより、アナログスイッチ２０は、抵抗切替制御信号に応じた抵抗値に切り替える。

なお、この場合、例えば、発光光源数に対する最適な抵抗値、すなわちアナログスイッチの切替値を対応表などで予めメモリに記憶しておき、ＣＰＵで割り出した発光光源数に応じてアナログスイッチへ対応した制御信号を送ることで、最適な抵抗値に切り替えることができる。

また、上記例では、ＣＰＵから発光光源数（同時に発光する半導体レーザの個数）に応じた制御信号をアナログスイッチ２０に送るとしたが、後述のように、光検出手段で検出された発光レベル（検出電圧）をＡＤＣからＣＰＵに与え、これにより、ＣＰＵは、光検出手段で検出された発光レベル（検出電圧）に応じた制御信号をアナログスイッチ２０に送るようにすることもできる。この場合、切替手段は、ＣＰＵと、アナログスイッチ２０と、ＡＤＣとで構成される。

図４は本発明の他の例を説明するための図である。すなわち、図４はＬＤの発光レベル（光量レベル）Ｐ１，Ｐ２の２種類を発光オン状態（Ｐ１＞Ｐ２）、発光レベル０を発光オフ状態としてＬＤを発光する場合の時間と発光レベルを図示したものである。

いま、図３のＬＤ１を図４の発光状態で発光制御する場合を考える。

発光レベルＰ１とＰ２のそれぞれについて光量制御を行う場合、検出抵抗を例えば抵抗２２の抵抗値Ｒ２だけを用いるとしたときには、Ｐ１とＰ２の差が大きくなる程、検出電圧の差が大きくなり、Ｐ１，Ｐ２双方の光量検出、発光制御の精度が悪くなる。

そこで、本発明では、光検出手段で検出された発光レベルに基づいて、検出抵抗の抵抗値を切り替えるよう、前記切替手段を構成することができる。具体的に、光量の大きいＰ１の光量制御する場合には、例えば抵抗２１を選択して抵抗値Ｒ１に切り替え、光量の小さいＰ２の光量制御する場合には、例えば抵抗２３を選択して抵抗値Ｒ３に切り替える。このような構成により、それぞれの検出電圧を略同一レベルに近づけることが可能となり、制御回路のゲイン（利得）を上げなくとも高精度な光量制御が可能となる。

より具体的に、例えば発光レベルが１光源１ｍＷ時、１０光源で合計１０ｍＷのときに、ＰＤに流れる電流量がそれぞれ０．１ｍＡ、１ｍＡとすると、抵抗Ｒ＝１ｋΩのとき検出電圧はそれぞれが検出電圧として０．１Ｖ，１Ｖとなり、同じ１ｋΩの抵抗の場合には１光源１ｍＷ時の発光レベル検出電圧が小さくなり、ＡＤＣでの検出電圧が小さいために発光制御を高精度に行なえない。よって、１光源１ｍＷ時には１０ｋΩ、１０光源１０ｍＷ時には１ｋΩと抵抗を切り替えることにより、それぞれの場合において出力電圧１Ｖが得られ、ＡＤＣによる電圧検出レベルをＡＤＣに対して最適な値とすることで、高精度な光検出、光量制御を行なうことができる。

また、図５は、図３の構成の具体例を示す図である。

図５の例は、図３の構成において、抵抗２１，２２，２３，２４の抵抗値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４がそれぞれ、Ｒ，Ｒ／２，Ｒ／４，Ｒ／８となっているものである。

例えば光源（半導体レーザ）１個あたりの発光レベルを同一として、複数の光源（半導体レーザ）のうち、１光源、２光源、４光源、８光源を同時点灯して光量制御する場合を考える。

１光源のみで光量制御する場合には、ＣＰＵは、アナログスイッチ２０に発光光源数が１である制御信号を与え、アナログスイッチ２０により、検出抵抗として抵抗値Ｒの抵抗２１を接続するように切り替えるとする。

また、２光源同時発光による光量制御時には、ＣＰＵは、アナログスイッチ２０に発光光源数が２である制御信号を与え、アナログスイッチ２０により、検出抵抗として抵抗値Ｒ／２の抵抗２２を接続するように切り替える。また、４光源同時発光による光量制御時には、ＣＰＵは、アナログスイッチ２０に発光光源数が４である制御信号を与え、アナログスイッチ２０により、検出抵抗として抵抗値Ｒ／４の抵抗２３を接続するように切り替える。また、８光源同時発光による光量制御時には、ＣＰＵは、アナログスイッチ２０に発光光源数が８である制御信号を与え、アナログスイッチ２０により、検出抵抗として抵抗値Ｒ／８の抵抗２４を接続するように切り替える。

各光源（半導体レーザ）の発光レベルが略同一であるとすると、ＰＤからの検出電流の比は、１光源、２光源、４光源、８光源のそれぞれについて、１：２：４：８となる。また、検出電圧Ｖ＝Ｉ×Ｒより、抵抗値の比がそれぞれ８：４：２：１となっているため、検出電圧レベルは各条件で略同一となる。

次に、１光源あたり１ｍＷの発光をさせたときＰＤで０．１ｍＡの検出電流が得られ、２光源では２ｍＷで０．２ｍＡ、４光源では４ｍＷで０．４ｍＡ、８光源では８ｍＷで０．８ｍＡ相当の検出電流が得られる場合を考える。

抵抗値を１ｋΩ固定とした場合、１ｍＷ、２ｍＷ、４ｍＷ、８ｍＷ点灯時はそれぞれ１００、２００、４００、８００ｍＶの検出信号（検出電圧）が得られる。しかし、ＡＤＣ，ＣＰＵ，ＤＡＣ等から構成される光量制御手段の光検出信号レベルの検出可能範囲は回路の仕様により異なるが、電源電圧の制限などからある特定の範囲に限られることになる。

例えば光量制御手段の検出可能範囲（検出信号幅）が４００〜１０００ｍＶであるとしたとき、上記のように１ｋΩ固定の検出抵抗では１ｍＷ，２ｍＷの光量検出制御が出来なくなる。そこで例えば１ｍＷ検出時には８ｋΩ、２ｍＷ検出時には４ｋΩ、４ｍＷ検出時には２ｋΩ、８ｍＷ検出時には１ｋΩと、検出抵抗の切替えを行なうことにより、検出信号（検出電圧）としては全ての条件で８００ｍＶの値が得られるようになり、回路の仕様に合わせて抵抗値の切り替えを行なうことにより、どのような光量範囲でも高精度な光量調整が可能となる。

すなわち、本発明では、前記切替手段は、光検出手段の検出電流を検出抵抗で変換した光検出信号としての検出電圧が前記光量制御手段の光検出信号レベルの検出可能範囲内となるように、検出抵抗の抵抗値を切り替えるようになっている。

なお、ここで、光検出信号レベルの検出範囲内か否かを判断するためには、例えばＡＤＣへの入力信号と検出可能範囲電圧との比較を行い、両者の信号の大小をＣＰＵで比較し、抵抗値切替信号を変更することにより、検出可能範囲内に収まるように制御することができる。

また、光検出器（ここではフォトダイオード（ＰＤ）とする）の接合容量のばらつきにより、ＰＤに流れる電流の過渡応答特性の時定数がばらつき、所定の検出電圧（検出レベル）が得られるまでの時間にばらつきが生じてしまうことがある。

この問題を解決するため、本発明の第２の形態の半導体レーザ制御装置は、上述した第１の形態の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段の接合容量に応じて、接合容量のばらつきを均等にするための抵抗および／または容量を切り替えて付加する機能をさらに有していることを特徴としている。

図６は本発明の第２の形態の半導体レーザ制御装置の一構成例を示す図である。図６の例では、第１のアナログスイッチ３０と、複数の抵抗（図６の例では、２つの抵抗３１，３２）と、第２のアナログスイッチ４０と、複数の容量（図６の例では、２つの容量４１，４２）とを備え、第１のアナログスイッチ３０によって２つの抵抗３１，３２の切り替えが可能に構成され、また、第２のアナログスイッチ４０によって２つの容量４１，４２の切り替えが可能に構成されている。

この第２の形態では、例えば、光検出器（ＰＤ）の接合容量のばらつきを均等にするための複数の容量（図６の例では、２つの容量４１，４２）を第２のアナログスイッチ４０によって切り替えて付加することで、光検出器（ＰＤ）の過渡応答時間を制御可能となり、接合容量ばらつきによる特性補償が可能となる。

なお、光検出器の接合容量は、ＬＤを点灯したときのＰＤに流れる電流波形の応答により、ＰＤとＧＮＤとの間の抵抗Ｒと接合容量Ｃからなる電流波形応答時間τ（＝Ｒ×Ｃ）として検出される。より具体的に、応答時間τは、ＬＤをパルス状に点灯したとき、ＰＤの立上り時から最大発光量でのＰＤのＭＡＸ値に対して、ＭＡＸ値の約６３％となるまでの時間を時定数として検出される。

このように、ＣＰＵは、例えば初期出荷時などにＰＤの応答波形を取得して、接合容量を割り出し、容量４１，容量４２を切り替えることができる。すなわち、ＣＰＵから段階的に容量値を変更する制御信号を出力してＰＤ応答をそれぞれ確認し、ＰＤの個体ばらつきの個体差が生じないように、応答時間が同様となる容量値に設定する。

この場合の処理は、具体的には、次のようになる。すなわち、
（１）ＣＰＵは、容量制御信号（デフォルト値）を出力し、
（２）デフォルト値の容量におけるＬＤ発光時のＰＤ応答波形を測定し、
（３）（２）の応答時間を検出し、応答時間がＰＤ応答波形基準時間に応じて容量値を増減し、
（４）（３）を繰り返し、基準時間の範囲に入ったら、そのときの容量制御信号を固定し決める。

なお、上述の例では、光検出器の接合容量に合わせて容量を切り替えたが、光検出器の接合容量に合わせて検出抵抗を切り替えることもできる。すなわち、上記の時定数の考え方からすると、容量と抵抗どちらも時定数のパラメータであるため、抵抗を切り替えることでも対応可能である。

なお、図２乃至図６において、ＡＤＣ，ＣＰＵ，ＤＡＣで構成される光量制御手段を、図７に示すように、アナログ／デジタルサンプルホール回路で構成することも可能である。

以上のように、本発明では、発光光源数に応じてＰＤ出力のゲインが大きくなることを考慮して、例えば、１光源点灯時のＰＤ検出抵抗値と、複数光源点灯時のＰＤ検出抵抗値とを切替可能な構成とし、動作状態での複数光源の光量制御について、１光源と複数光源同時発光時の検出電圧範囲を同様の検出電圧範囲とすることで、光源の光量検出を高精度に行うことができる。すなわち、１光源と複数光源の両方の発光パターンで点灯し、発光量を検出するのは、実際には複数光源が同時に点灯している状態が多く、光源が同時発光することで光源が発熱し、同じ電流量を流した場合にも１光源点灯時と複数光源点灯時とでは発光レベルが異なるためである。そこで、両者の発光レベルをそれぞれ検出，比較し、発光制御することで、光源全体として高精度に発光レベル制御を行うことが可能になる。

上述した本発明の半導体レーザ制御装置を、光走査装置に用いることができる。すなわち、本発明では、複数ビームを同時に走査して高速に画像を形成する光走査装置において、検出器面に複数ビームを走査可能な位置に配置したレーザビーム検出器について、検出器からの検出電流を流し、かつ検出信号レベルを決定する抵抗素子について切替可能な構成を有することにより、モニタ電圧レベルを検出する発光光源数や発光量などにより切替えることで、所望の検出信号レベルを得て、高精度な光出力制御を行うことができる。

また、本発明の半導体レーザ制御装置を用いた光走査装置を、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いることができる。

図８は、本発明の半導体レーザ制御装置を用いた画像形成装置の構成例を示す図である。

図８を参照すると、被走査面である感光体ドラム９０１の周囲には、感光体ドラム９０１を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２と、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３と、現像ローラ９０３にトナーを供給するトナーカートリッジ９０４と、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース９０５とが配置されている。

ここで、光走査装置９００には、本発明の半導体レーザ制御装置が用いられる。

図８の画像形成装置では、感光体ドラム９０１へは１面毎に複数ライン同時に潜像記録が行われる。記録紙は、給紙トレイ９１４から給紙コロ９０７により供給され、レジストローラ対９０８により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、感光体ドラムを通過する際に転写チャージャ９０６によってトナーが転写され、定着ローラ９０９で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１０に排出される。

本発明の半導体レーザ制御装置を上記画像形成装置に適用することにより、高精度な半導体レーザの光量制御が可能となり、高画質な画像を得ることができる。

本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタ等に利用可能である。

在来の半導体レーザ制御装置の構成例を示す図である。 図１に対して光源（半導体レーザ）を複数個設けた場合の構成を示す図である。 本発明の第１の形態の半導体レーザ制御装置の一構成例を示す図である。 本発明の他の例を説明するための図である。 図３の構成の具体例を示す図である。 本発明の第２の形態の半導体レーザ制御装置の一構成例を示す図である。 光量制御手段をアナログ／デジタルサンプルホール回路で構成した例を示す図である。 本発明の半導体レーザ制御装置を用いた画像形成装置の構成例を示す図である。 一般的な画像形成装置の構成例を示す図である。

符号の説明

２０，３０，４０ アナログスイッチ
２１〜２４，３１，３２ 抵抗
４１，４２ 容量

Claims (8)

1. マルチビームを構成する複数の半導体レーザからの光量を発光レベルとして検出する光検出手段と、光検出手段の検出電流を検出電圧に変換するための検出抵抗と、前記検出電圧に基づいて前記複数の半導体レーザの発光レベルを制御する光量制御手段とを有する半導体レーザ制御装置であって、
   前記検出抵抗の抵抗値を切り替える切替手段をさらに有していることを特徴とする半導体レーザ制御装置。
2. 請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、前記複数の半導体レーザのうち、同時に発光する半導体レーザの個数に応じて、検出抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とする半導体レーザ制御装置。
3. 請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段で検出された発光レベルに基づいて、検出抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とする半導体レーザ制御装置。
4. 請求項１記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段の検出電流を検出抵抗で変換した光検出信号としての検出電圧が前記光量制御手段の光検出信号レベルの検出可能範囲内となるように、検出抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とする半導体レーザ制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体レーザ制御装置において、切替可能な検出抵抗の抵抗値は、基準抵抗Ｒに対してＲ／Ｎ（Ｎは２以上の自然数）であることを特徴とする半導体レーザ制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体レーザ制御装置において、前記切替手段は、光検出手段の接合容量に応じて、接合容量のばらつきを均等にするための抵抗および／または容量を切り替えて付加する機能をさらに有していることを特徴とする半導体レーザ制御装置。
7. 請求項１記載の半導体レーザ制御装置が用いられることを特徴とする光走査装置。
8. 請求項７記載の光走査装置が用いられることを特徴とする画像形成装置。

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