JP2009182050A - レーザ光量制御装置、レーザ光量制御方法、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザ光源の安定稼働を維持することが可能なレーザ光量制御装置、レーザ光量制御方法、画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第一電流であるバイアス電流と、第二電流である重畳電流とが独立して設定されており、画像形成時にはレーザ光量を均一に維持すべくバイアス電流を調整し、画像形成時に半導体レーザの温度変動が許容範囲を超えると、画像形成動作を行っていないときに、バイアス電流と重畳電流の再設定を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、レーザビームを照射して感光体を走査し、静電潜像を形成する半導体レーザを有するレーザ光量制御装置、レーザ光量制御方法、画像形成装置に関する。

光源に半導体レーザを用いる画像形成装置では、濃淡むらのない高品質な画像を得るために、レーザ光量を均一にするオートパワーコントロール（以下、ＡＰＣ）機能を備えている。ＡＰＣ機能を実行する際には、主走査方向の非印刷領域においてレーザを点灯させ、レーザパワーをフォトダイオードにより電流に変換し抵抗に生じる電圧をモニタする方法でレーザ光量を検出する。そして、検出されたレーザ光量と、画像形成装置に予め設定された目標のレーザ光量とを比較し、過不足があると半導体レーザの駆動電流を加減してレーザ光量を目標の光量に近づける。

また、半導体レーザを用いた画像形成装置では、半導体レーザを連続して発光させた場合、レーザ光量が低下する現象が発生する。この現象はドループと呼ばれ、半導体レーザ固有の現象である。ドループが発生すると、画像に濃淡むらが発生し、画像の品質が低下する。そこで従来の画像形成装置では、ドループを低減させる方法として、半導体レーザを所定のバイアス電流と呼ぶ電流を供給し、レーザ発光しない程度に駆動させておく。そして、画像形成のタイミングに合わせてバイアス電流に変調信号に応じた電流を重畳し、半導体レーザを発光させる方法がある。

上記の方法を用いた場合、画像形成装置では、半導体レーザのオン時間を指示する変調信号に対し半導体レーザの発光時間を追従させる応答追従性の改善効果を得ることができる。尚特許文献１には、半導体レーザの応答追従性に関するバイアス電流の効果が記載されている。

また従来の画像処理装置では、レーザビームのレーザ光量を均一に保つために、半導体レーザを駆動する電流をバイアス電流とで独立に分け、スロープ効率の測定により所定のバイアス電流を設定する方法がある。例えば特許文献２には、発光電流の電流値を固定値とし、バイアス電流の電流値を可変としてＡＰＣ機能によりレーザ光量を一定に維持する方法が記載されている。

上記した半導体レーザを用いる画像形成装置は、近年では、さらに高速に且つ高品質の画像を印刷することが望まれている。そこで、例えば複数の半導体レーザから構成されるマルチビーム光源を有する画像形成装置が実用化されている。
特開昭６０−２３４３８９号公報 特開２００２−３２１４０２号公報

上記したマルチビーム光源を有する画像形成装置では、各ビーム及び各ビーム間のレーザ光量を均一にするため、より厳密にレーザ光量を制御する必要がある。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解消すべく成されたものであり、レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザ光源の安定稼働を維持することが可能なレーザ光量制御装置、レーザ光量制御方法、画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。

本発明は、レーザビームを照射して感光体を走査して静電潜像を形成する半導体レーザと、前記半導体レーザの温度を検出する温度検出回路と、前記半導体レーザから照射されるレーザビームの光量を検出する光量検出回路と、前記半導体レーザを駆動させる第一電流を前記半導体レーザに供給する第一駆動回路と、前記第一電流に重畳されて前記半導体レーザに供給される第二電流を前記半導体レーザに供給する第二駆動回路と、前記第一駆動回路と前記第二駆動回路の制御を行う制御回路と、を有する半導体レーザ光量制御装置であって、前記制御回路は、前記光量検出回路により検出された前記レーザビームの光量に基づき前記第一電流及び前記第二電流を設定する電流設定手段と、前記温度検出回路により検出される前記半導体レーザの温度の許容変動範囲を決定する変動範囲決定手段と、前記電流設定手段により前記第一電流及び前記第二電流が設定された後の静電潜像の形成において、前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えるか否かを判定する判定手段と、を有し、前記判定手段により前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えると判定されたとき、前記第一電流及び前記第二電流の再設定を行う構成とした。

係る構成によれば、レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザ光源の安定稼働を維持することができる。

また本発明において、前記許容変動範囲決定手段は、前記電流設定手段により設定された前記第一電流及び前記第二電流と、前記光量検出回路により検出された第一電流及び前記第二電流に基づくレーザビームの光量と、により前記許容変動範囲を決定する構成とした。

また本発明において、前記制御回路は、第一電流調整手段を有し、前記半導体レーザによる静電潜像の形成中に、前記光量検出回路により検出された光量に基づき、前記第一電流と前記第二電流との合計電流が所定の電流値となるように、前記第一電流を調整する構成とした。

また本発明の画像形成装置は、上記のレーザ光量制御装置を有する構成とした。

本発明は、レーザビームを照射して感光体を走査して静電潜像を形成する半導体レーザを有するレーザ光量制御装置によるレーザ光量制御方法であって、前記半導体レーザの温度を検出する温度検出手順と、前記半導体レーザから照射されるレーザビームの光量を検出する光量検出手順と、前記半導体レーザを駆動させる第一電流を前記半導体レーザに供給する第一駆動手順と、前記第一電流に重畳されて前記半導体レーザに供給される第二電流を前記半導体レーザに供給する第二駆動手順と、前記第一駆動手順と前記第二駆動手順の制御を行う制御手順と、を有し、前記制御手順は、前記光量検出手順により検出された前記レーザビームの光量に基づき前記第一電流及び前記第二電流を設定する電流設定手順と、前記温度検出手順により検出される前記半導体レーザの温度の許容変動範囲を決定する変動範囲決定手順と、前記電流設定手順により前記第一電流及び前記第二電流が設定された後の静電潜像の形成において、前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えるか否かを判定する判定手順と、を有し、前記判定手順により前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えると判定されたとき、前記第一電流及び前記第二電流の再設定を行う方法とした。

係る方法によれば、レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザ光源の安定稼働を維持することができる。

本発明によれば、レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザ光源の安定稼働を維持することができる。

本発明は、第一電流であるバイアス電流と、第二電流である重畳電流とが独立して設定されており、画像形成時にレーザ光量を均一に維持すべくバイアス電流を調整する。また画像形成時に半導体レーザの温度変動が許容範囲を超えると、画像形成動作を行っていないときに、バイアス電流と重畳電流の再設定を行う。

以下に本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明の解決する課題について、さらに詳細に説明する。尚以下の説明におけるバイアス電流とは特許請求の範囲に記載の第一電流に対応するものであり、重畳電流とは特許請求の範囲に記載の第二電流に対応するものである。また重畳電流とは、変調信号に対応してバイアス電流に重畳される電流である。重畳電流は、半導体レーザを発光させるための発光電流と、半導体レーザにバイアス電流が供給されたときに半導体レーザを発光させないためのオフセット電流とを加算した電流である。尚発光電流とオフセット電流については後述する。

上述したように、従来の画像形成装置において適用されるバイアス電流に重畳電流（発光電流）を重畳して半導体レーザを発光させる方法では、バイアス電流を半導体レーザの閾値電流未満とし、且つ閾値電流に極力近づけることが好ましい。閾値電流とは、半導体レーザを発光させるために必要な電流である。

しかしながら半導体レーザの閾値電流は温度依存性があり、周囲温度及び自己発熱により変化する半導体レーザ自身の温度により変動する。半導体レーザでは、バイアス電流が大きくなり閾値電流を越えると、変調信号に関わらずレーザ発光するため、バックグランドノイズが発生し、ドループを低減できない。また半導体レーザにおいて、バイアス電流が小さくなり閾値電流から離れると応答追従性に悪影響を与え、異常なドットや濃淡むらが現れ画像の品質が低下する。

このため、半導体レーザの応答追従性を維持しつつドループを低減させるためには、半導体レーザの温度変動に依存する閾値電流に合わせて、バイアス電流と重畳電流の設定を行うことが好ましい。

しかしながらバイアス電流と重畳電流の設定は、後述するスロープ効率に基づき設定されるため、設定に長時間を要する。さらにマルチビーム光源の場合、バイアス電流と重畳電流の設定が各ビーム毎に行われるため、全てのビームに対し設定を行う必要があり、設定にさらに長時間を要する。このためバイアス電流と重畳電流の設定は、画像形成動作中に行うことができず、画像の品質を維持するために画像形成動作の中断が余儀なくされる場合がある。

画像形成動作が中断されると、画像形成装置の稼働率が低下し、印刷速度も低下してしまう。よって画像形成動作を中断せずに、バイアス電流と重畳電流の再設定を行うことが好ましい。

以上の事情を考慮すると、マルチビーム光源を有する画像形成装置において、より高速に且つ高精度にレーザ光量の制御を行うためには、バイアス電流及び重畳電流を、半導体レーザの温度変動に依存して変化する閾値電流に合わせて管理することが必要となる。特に、重畳電流を固定とし、バイアス電流を調整して半導体レーザを発光させる方法においては、半導体レーザの閾値電流に合わせたバイアス電流の管理が必要となる。

そこで本実施形態の画像形成装置では、半導体レーザの温度変動に基づき、半導体レーザによる主走査方向への走査と連動した短い周期で、バイアス電流と重畳電流の再設定を行うか否かを判断する。本実施形態では、この構成により、半導体レーザの閾値電流の変化に合わせたバイアス電流の管理を実現する。尚以下に説明する本実施形態では、重畳電流を固定とし、バイアス電流を調整して半導体レーザを発光させる方法を適用した。
（実施形態）
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

本実施形態では、画像形成装置の中でも特に、複数ページが連続してつなげられた連続紙に画像を出力する連続紙用の画像形成装置に本発明を適用した場合について説明する。図１は、本発明の画像形成装置１００を説明する図である。

画像形成装置１００では、ポリゴンミラー１０１、レーザビーム１０２を照射するレーザ光源１０３、感光体ドラム１０４、フォトセンサ１０５、トラクタ１０６、転写体１０７を有する。レーザ光源１０３は、後述するレーザ光量制御部（図２参照）により制御されて、マルチビームであるレーザビーム１０２を感光体ドラム１０４へ照射する。

レーザビーム１０２は、一定速度で回転するポリゴンミラー１０１に反射されて、感光体ドラム１０４上を水平方向に走査し、一定速度で回転する感光体ドラム１０４上に出力画像（静電潜像）を形成する。フォトセンサ１０５は、レーザビーム１０２の走査線上に配置されており、感光体ドラム１０４に照射されたレーザビーム１０２を検出してＢＤ（Beam Detect）信号を出力する。画像形成装置では、このＢＤ信号と同期したＶＳ（Vertical Signal）信号に基づき画像データを書き出すことで、区切られたページ内に適切に画像データを出力している。尚ＢＤ信号とは、レーザビームの水平走査の開始位置を示す位置信号であり、ＶＳ信号とは、レーザビームによる垂直方向の画像データの書き出しを制御する制御信号である。

図２は、レーザ光源１０３を制御するレーザ光量制御部２００を説明する図である。

レーザ光源１０３は、複数のレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎと1つのフォトダイオードＰＤで構成され、レーザ光量制御部２００により制御される。レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎのアノードと、フォトダイオードＰＤのカソードは、定電圧源３００に接続され電源電圧が供給される。またレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎのカソードは、後述する第一駆動部２２０と第二駆動部２３０に接続されている。レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎは、第一駆動部２２０から供給されるバイアス電流と、第二駆動部２３０から供給される重畳電流の合計電流が供給されたとき発光する。

レーザ光量制御部２００は、制御部２１０、第一駆動部２２０、第二駆動部２３０、サーミスタ２４０、抵抗２５０を有する。制御部２１０は、レーザ光量制御部２００の制御を行うものであり、主に第一駆動部２２０と第二駆動部２３０の制御を行う。制御部２１０の機能の詳細は後述する。

第一駆動部２２０は、制御部２１０により設定されたバスアス電流をレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに供給する。第一駆動部２２０によるバイアス電流の供給と停止は、制御部２１０により制御される。

第二駆動部２３０は、制御部２１０により設定された重畳電流をレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに供給する。第二駆動部２３０による供給と停止は、制御部２１０と、第二駆動部２３０に供給される変調信号２３５とにより制御される。尚変調信号２３５は、例えばレーザ光量制御部２００を有する画像形成装置１００の本体を制御する本体制御部（図示せず）から、画像形成動作に合わせて第二駆動部２３０に供給されても良い。

サーミスタ２４０は、半導体レーザ１０３の温度を検出する温度検出手段であり、半導体レーザ１０３に備え付けられて、制御部２１０と接続されている。制御部２１０は、サーミスタ２４０により検出される抵抗変化から変換された電圧をモニタして、半導体レーザ１０３の温度を検出する。尚サーミスタ２４０の抵抗変化を電圧に変換する回路は周知であり図示しない。

抵抗２５０は、半導体レーザ１０３の光量を検出する光量検出手段であり、一端がフォトダイオードＰＤのアノードと制御部２１０とに接続され、他端が基準電位グランドに接続されている。制御部２１０は、フォトダイオードＰＤが生成するレーザの光量に比例した光電流を抵抗２５０で変換した電圧をモニタして半導体レーザのレーザビームの光量を検出する。

次に、図３を参照して本実施形態のレーザ光量制御部２００の有する制御部２１０の詳細を説明する。図３は、レーザ光量制御部２００の有する制御部２１０の機能構成を説明する図である。

本実施形態のレーザ光量制御部２００の有する制御部２１０は、電流設定部２１１、バイアス電流調整部２１２、変動範囲決定部２１３、光量監視部２１４、温度監視部２１５、判定部２１６、記憶部２１７を有する。尚本実施形態の制御部２１０は、例えばマイクロプロセッサ（microprocessor）等であり、演算処理装置と記憶装置とを有する。制御部２１０の有する電流設定部２１１、バイアス電流調整部２１２、変動範囲決定部２１３、光量監視部２１４、温度監視部２１５、判定部２１６は、記憶装置に格納されたプログラムグを演算処理装置が読み出して実行することで実現される機能である。また記憶部２１７は、記憶装置内に設けられた記憶領域を示す。

電流設定部２１１は、第一駆動部２２０及び第二駆動部２３０からレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに供給されるバイアス電流及び重畳電流の設定を行う。具体的には電流設定部２１１は、バイアス電流及び重畳電流の設定値を後述する方法で算出し、記憶部２１７に記憶させることにより、バイアス電流と重畳電流の設定を行う。

バイアス電流調整部２１２は、電流設定部２１１により設定されたバイアス電流の調整を行う。バイアス電流の調整の詳細は後述する。変動範囲決定部２１３は、半導体レーザ１０３の温度変動の許容範囲を決定する。具体的には変動範囲決定部２１３は、許容変動範囲を後述する方法で算出し、記憶部２１７へ記憶させることにより、許容変動範囲を決定する。

光量監視部２１４は、抵抗２５０により検出されるレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎから発光される光量を監視する。温度監視部２１５は、サーミスタ２４０の抵抗変化により検出される半導体レーザ１０３の温度を監視する。判定部２１６は、温度監視部２１５により監視されている温度の変動が、変動範囲決定部２１３により決定された許容変動範囲を超えるか否かを判定する。

記憶部２１７は、上記各部の演算に必要とされる値や、上記各部により設定された値、検出された値等が記憶される。

以下に本実施形態の画像形成装置１００の動作について説明する。本実施形態の画像形成装置では、画像形成動作における半導体レーザ１０３の主走査方向への走査と連動して判定部２１６による判定を行う。すなわち本実施形態の画像形成装置１００では、半導体レーザ１０３が主走査方向に１ライン移動する毎に、判定部２１６が非印刷領域において半導体レーザ１０３の温度変動が許容変動範囲内にあるか否かを判定する。そして、半導体レーザ１０３の温度変動が許容変動範囲内にないとき、電流設定部２１１によりバイアス電流及び重畳電流の再設定を行う。

図４は、本実施形態の画像形成装置１００の動作を説明するフローチャートである。本実施形態の制御部２１０では、記憶部２１７にレーザ光量の目標値Ｐ０が予め格納されている（Ｓ４１）。次に制御部２１０は、画像形成動作を行っていないとき（非画像形成状態）に、電流設定部２１１によりバイアス電流Ｉｂｂ及び重畳電流Ｉｈを設定する（Ｓ４２）。また温度監視部２１５は、電流設定部２１１により電流設定が行われたとき、サーミスタ２４０により検出された温度Ｔ０を記憶部２１７へ記憶しておく。尚Ｓ４１での電流設定の処理の詳細は後述する。

次に変動範囲決定部２１３は、半導体レーザ１０３の温度変動の許容範囲ΔＴｐを算出し、決定する（Ｓ４３）。ここで許容範囲ΔＴｐは、画像形成装置１００固有の温度係数、Ｓ４１で設定されたレーザ光量の目標値Ｐ０、Ｓ４２で算出される半導体レーザ１０３の閾値電流により算出される。尚Ｓ４３での許容範囲ΔＴｐの算出の詳細は後述する。

本実施形態の画像形成装置１００は、Ｓ４１からＳ４３までの動作を非画像形成状態において実行する。画像形成装置１００は、バイアス電流Ｉｂｂ、重畳電流Ｉｈ、許容範囲ΔＴｐが決定されると、画像形成動作を行う（画像形成状態）。

画像形成装置１００が画像形成状態となると、バイアス電流調整部２１２は、半導体レーザ１０３が主走査方向に１ライン走査する毎に、光量検出部２１４により半導体レーザ１０３から照射されるレーザ光量を検出する。そしてバイアス電流調整部２１２は、検出されたレーザ光量と目標値Ｐ０とを比較して、半導体レーザ１０３のレーザ光量を目標値Ｐ０へ近づけるように、バイアス電流Ｉｂｂを調整する（Ｓ４４）。このとき重畳電流Ｉｈは固定の値である。Ｓ４４でのバイアス電流Ｉｂｂの調整の詳細は後述する。また温度監視部２１５は、サーミスタ２４０により、バイアス電流Ｉｂｂを調整したときの半導体レーザ１０３の温度Ｔ１を検出して記憶部２１７に格納する。

判定部２１６は、Ｓ４２において記憶部２１７に格納された温度Ｔ０と、Ｓ４４において記憶部２１７に格納された温度Ｔ１との差（Ｔ０−Ｔ１）が、許容範囲ΔＴｐを超えるか否かを判定する（Ｓ４５）。Ｓ４５において、（Ｔ０−Ｔ１）がΔＴｐ以上の場合、制御部２１０は、レーザ光量制御部２００を非画像形成状態に移行させ、Ｓ４２においてバイアス電流Ｉｂｂと重畳電流Ｉｈの再設定を行う。Ｓ４５において、（Ｔ０−Ｔ１）がΔＴｐより小さい場合、制御部２１０は画像形成動作を継続する。

本実施形態では、以上のように半導体レーザ１０３の温度変動に合わせてバイアス電流Ｉｂｂ及び重畳電流Ｉｈの再設定を行うため、常にバイアス電流Ｉｂｂを閾値電流を超えない範囲で、且つ閾値電流に極力近づけることができる。よって本実施形態によれば、半導体レーザ１０３の応答追従性を向上させ、且つドループを低減することができ、レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザの安定稼働を維持することができる。

ここで、図４で説明した各ステップでの処理の詳細を説明する。始めに、図５、図６を参照してＳ４２の処理の詳細を説明する。図５は、制御部２１０の電流設定部２１１によるバイアス電流との設定を説明するフローチャートである。図６は、バイアス電流と重畳電流の設定を説明するための図である。

本実施形態の制御部２１０において、電流設定部２１１は、図４のＳ４１で予め設定されるレーザ光量の目標値Ｐ０と、半導体レーザ１０３の駆動電流とレーザ光量の関係（Ｉ−Ｐ特性）とを用いて半導体レーザ１０３のスロープ効率を測定し、バイアス電流Ｉｂｂと重畳電流Ｉｈとを算出する。

電流設定部２１１は、光量監視部２１４によりレーザ光量を監視し、レーザ光量が目標値Ｐ０の半分の光量であるＰ０／２になるように第一駆動部２２０を駆動させる。そして電流設定部２１１は、光量検出部２５０により検出される光量がＰ０／２となったときにレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎへ供給された電流を仮のバイアス電流Ｉｂａとし、記憶部２１７へ格納しておく（Ｓ５１）。

次に電流設定部２１１は、発光電流Ｉη／２を算出する（Ｓ５２）。発光電流Ｉηとは、仮のバイアス電流Ｉｂａに加算されたとき、レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎを発光させることができる電流である。電流設定部２１１は、光量監視部２１４によりレーザ光量を監視し、第一駆動部２２０から供給される電流と、第二駆動部２３０から供給される電流の合計電流Ｉ１により、レーザ光量が目標値Ｐ０になるように第二駆動部２３０を駆動させる。そして電流設定部２１１は、レーザ光量がＰ０となったときにレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤｎに供給されていた電流Ｉ１から、仮のバイアス電流Ｉｂａを減算した値を発光電流Ｉηの１／２の電流であるＩη／２として記憶部２１７へ格納する。

電流設定部２１１は、Ｓ５２で算出されたＩη／２に基づき、重畳電流Ｉｈを設定する（Ｓ５３）。電流設定部２１１は、Ｉη／２を２倍した発光電流Ｉηに、オフセット電流Ｉａを加算した電流を重畳電流Ｉｈとして設定する（Ｓ５３）。尚オフセット電流Ｉａは、変調信号がオフの時に半導体レーザ１０３を発光させないためのマージンとして、加算される。オフセット電流Ｉａは、実験値等に基づき予め設定された値であり、記憶部２１７に格納されていても良い。

重畳電流Ｉｈが設定されると、電流設定部２１１は、重畳電流Ｉｈに基づきバイアス電流Ｉｂｂを設定する（Ｓ５４）。電流設定部２１１は、レーザ光量を目標値Ｐ０とする電流Ｉ１から、Ｓ５３で設定された重畳電流Ｉｈを減算した電流をバイアス電流Ｉｂｂとして設定する。

本実施形態では、以上のようにして、バイアス電流Ｉｂｂと重畳電流Ｉｈが設定される。尚本実施形態で設定された重畳電流Ｉｈは固定の値とした。図６では、図５で説明したＳ５１〜Ｓ５４でそれぞれ設定される電流を示している。尚図６では、横軸はレーザ駆動電流、縦軸はレーザ光量を示している。

次に、図４のＳ４３で説明した変動範囲決定部２１３による許容範囲ΔＴｐの決定について説明する。

本実施形態の画像形成装置１００において、半導体レーザ１０３のレーザ光量をＰ、スロープ効率をη、半導体レーザ１０３の閾値電流をＩｔｈ、半導体レーザ１０３のレーザ駆動電流Ｉｏｐとした時の関係式は、以下の式（１）、（２）で表される。尚本実施形態におけるスロープ効率は、レーザ光量がＰ０／２となる点とレーザ光量がＰ０となる点の２点を測定するため（図５のＳ５１、Ｓ５２）、この２点から算出される。

Ｐ＝η・Ｉη （式１）
Ｉη＝Ｉｏｐ−Ｉｔｈ （式２）
温度変化のよる影響は、温度変化を△Ｔ、スロープ効率ηの温度変化率をα、閾値電流Ｉｔｈの温度変化率をβとしたとき、以下の近似式（３）、（４）で表される。

η（△Ｔ）＝η０・（１＋α・△Ｔ） 式（３）
Ｉｔｈ（△Ｔ）＝Ｉｔｈ０・（１＋β・△Ｔ） 式（４）
ここでη０は温度変化△Ｔ＝０の時のスロープ効率であり、Ｉｔｈ０は温度変化△Ｔ＝０の時の閾値電流を示す。スロープ効率と閾値電流の温度変化はｅｘｐの式であるが△Ｔが小さい範囲では直線近似が可能と考える。

本実施形態において、式（１）〜（４）を用いて半導体レーザ１０３のレーザ光量の温度変動の影響を以下の式（５）で表すことができる。

Ｐ（△Ｔ）−Ｐ０＝（Ｐ０・α−Ｉｔｈ０・β）・△Ｔ 式（５）
式（５）において、α、βはデバイス毎に決まる温度係数であり、Ｐ０は予め設定されたレーザ光量の目標値である。また半導体レーザ１０３の閾値電流Ｉｔｈは、図４のＳ４２におけるバイアス電流Ｉｂｂとオフセット電流Ｉａとの合計電流である。

よって、予め半導体レーザ１０３の温度変動によるレーザ光量の変動の許容範囲がわかっていれば、式（５）に基づき半導体レーザ１０３の温度変動の許容範囲ΔＴｐを求めることができる。本実施形態では、半導体レーザ１０３の温度変動と等価的に変動する閾値電流Ｉｔｈと、電流設定部２１１により設定されたバイアス電流Ｉｂｂとの比（Ｉｂｂ／Ｉｔｈ）により、温度変動によるレーザ光量の影響を表す。

半導体レーザ１０３の閾値電流Ｉｔｈは、画像形成状態における半導体レーザ１０３の温度と等価的に変動する。しかしながらバイアス電流Ｉｂｂと、半導体レーザ１０３を発光させるための重畳電流Ｉｈは、非画像形成状態において設定された値となっている。よってＩｂｂ／Ｉｔｈは、半導体レーザ１０３の温度変動に従って変動する。

閾値電流Ｉｔｈが高くなれば、Ｉｂｂ／Ｉｔｈは小さくなりドループや応答追従性の悪化を招く。閾値電流Ｉｔｈが低くなれば、Ｉｂｂ／Ｉｔｈは大きくなりＩｂｂ／Ｉｔｈ≧１になると非印刷部で露光する虞がある。このように本実施形態では、Ｉｂｂ／Ｉｔｈによりレーザの品質を表す。Ｉｂｂ／Ｉｔｈの値を常に均一にする管理を行うことにより、レーザ発光の品質を均一に保つ。

本実施形態では、Ｉｂｂ／Ｉｔｈの初期設定値を０．８とし、Ｉｂｂ／Ｉｔｈが０．７〜０．９の間に入るように設定した。よって本実施形態の変動範囲決定部２１３は、Ｉｂｂ／Ｉｔｈが０．７〜０．９の範囲になるように、許容温度△Ｔｐを算出すれば良い。

次に、図４のＳ４４で説明したバイアス電流調整部２１２によるバイアス電流Ｉｂｂの調整について説明する。図７は、バイアス電流Ｉｂｂの調整を説明する図である。

半導体レーザ１０３がレーザ発光を開始する駆動電流を表す閾値電流Ｉｔｈ及び駆動電流をレーザ光量に変換するゲインを表すスロープ効率は、半導体レーザ１０３の温度及び経時的劣化により変化する。

図７に示す実線７１はレーザ光量の変化前を示し、破線７２はレーザ光量の変化後を示している。半導体レーザ１０３は、レーザ光量の変化前では、バイアス電流Ｉｂｂ、重畳電流Ｉｈ（発光電流Ｉη＋オフセット電流Ｉａ）の合計電流でレーザ光量Ｐ１を出力している。

本実施形態のバイアス電流調整部２１３は、半導体レーザ１０３においてレーザ光量のスロープ効率が実線７１から破線７２に変化した場合、重畳電流Ｉｈを変えることなくバイアス電流Ｉｂｂをバイアス電流Ｉｂｂ'に調整してレーザ光量Ｐ１を維持する。本実施形態では、以上のようにしてバイアス電流Ｉｂｂの調整を行うため、半導体レーザ１０３の変調信号に対する応答追従性を向上させることができる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、マルチレーザ光源を有する画像形成装置であっても、ドループを低減しつつ半導体レーザの応答追従性を向上させることができるため、レーザ光量の制御を高精度に行い、半導体レーザの安定稼働を維持することができる。

以上、実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

本発明の画像形成装置１００を説明する図である。 レーザ光源１０３を制御するレーザ光量制御部２００を説明する図である。 レーザ光量制御部２００の有する制御部２１０の機能構成を説明する図である。 本実施形態の画像形成装置１００の動作を説明するフローチャートである。 制御部２１０の電流設定部２１１によるバイアス電流との設定を説明するフローチャートである。 バイアス電流と重畳電流の設定を説明するための図である。 バイアス電流Ｉｂｂの調整を説明する図である。

符号の説明

１００ 画像形成装置
１０３ 半導体レーザ
２００ レーザ光量制御部
２１０ 制御部
２２０ 第一駆動部
２３０ 第二駆動部
２４０ サーミスタ
２５０ 抵抗

Claims (5)

1. レーザビームを照射して感光体を走査し、静電潜像を形成する半導体レーザと、
   前記半導体レーザの温度を検出する温度検出回路と、
   前記半導体レーザから照射されるレーザビームの光量を検出する光量検出回路と、
   前記半導体レーザを駆動させる第一電流を前記半導体レーザに供給する第一駆動回路と、
   前記第一電流に重畳されて前記半導体レーザに供給される第二電流を前記半導体レーザに供給する第二駆動回路と、
   前記第一駆動回路と前記第二駆動回路の制御を行う制御回路と、を有する半導体レーザ光量制御装置であって、
   前記制御回路は、
   前記光量検出回路により検出された前記レーザビームの光量に基づき前記第一電流及び前記第二電流を設定する電流設定手段と、
   前記温度検出回路により検出される前記半導体レーザの温度の許容変動範囲を決定する変動範囲決定手段と、
   前記電流設定手段により前記第一電流及び前記第二電流が設定された後の静電潜像の形成において、前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えるか否かを判定する判定手段と、を有し、
   前記判定手段により前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えると判定されたとき、前記第一電流及び前記第二電流の再設定を行うことを特徴とするレーザ光量制御装置。
2. 前記許容変動範囲決定手段は、
   前記電流設定手段により設定された前記第一電流及び前記第二電流と、
   前記光量検出回路により検出された第一電流及び前記第二電流に基づくレーザビームの光量と、により前記許容変動範囲を決定することを特徴とする請求項１記載のレーザ光量制御装置。
3. 前記制御回路は、
   第一電流調整手段を有し、
   前記半導体レーザによる静電潜像の形成中に前記光量検出回路により検出された光量に基づき、前記第一電流と前記第二電流との合計電流が所定の電流値となるように、前記第一電流を調整することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ光量制御装置。
4. 請求項１ないし３の何れか一項記載のレーザ光量制御装置を有することを特徴とする画像形成装置。
5. レーザビームを照射して感光体を走査し、静電潜像を形成する半導体レーザを有するレーザ光量制御装置によるレーザ光量制御方法であって、
   前記半導体レーザの温度を検出する温度検出手順と、
   前記半導体レーザから照射されるレーザビームの光量を検出する光量検出手順と、
   前記半導体レーザを駆動させる第一電流を前記半導体レーザに供給する第一駆動手順と、
   前記第一電流に重畳されて前記半導体レーザに供給される第二電流を前記半導体レーザに供給する第二駆動手順と、
   前記第一駆動手順と前記第二駆動手順の制御を行う制御手順と、を有し、
   前記制御手順は、
   前記光量検出手順により検出された前記レーザビームの光量に基づき前記第一電流及び前記第二電流を設定する電流設定手順と、
   前記温度検出手順により検出される前記半導体レーザの温度の許容変動範囲を決定する変動範囲決定手順と、
   前記電流設定手順により前記第一電流及び前記第二電流が設定された後の静電潜像の形成において、前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えるか否かを判定する判定手順と、を有し、
   前記判定手順により前記半導体レーザの温度変動が前記許容変動範囲を超えると判定されたとき、前記第一電流及び前記第二電流の再設定を行うことを特徴とするレーザ光量制御方法。

Images