JP2010064443A - 半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の光量に補正することが可能な半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式を提供する。
【解決手段】複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイ１と、半導体レーザアレイ１の光量を検出する一つの受光素子と、非印刷領域走査中に受光素子の出力値に応じて前記半導体レーザアレイ１の各光源を所望の光量に順次補正するＡＰＣ制御手段６を有する画像形成装置に用いられる半導体レーザアレイ駆動回路において、非印刷領域走査を開始し、前記受光素子の出力値が定常状態に遷移後、各光源を所望の光量に順次補正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機の光書込み装置を備えた画像形成装置に使用される半導体レーザアレイの駆動回路に係り、特にレーザ出力の制御を安定に行うことができる光量補正方式に関するものである。

従来、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイを光源部に用い、複数のレーザビームを同時に感光ドラム等の被走査面上に結像して、複数のラインを同時に走査する画像形成装置が提案されている。

この画像形成装置によれば走査速度を向上させることができ、画像形成装置の記録速度を向上させることが可能である。

画像形成装置の光源部に使用する半導体レーザは、温度依存性が非常に高く、又、半導体レーザアレイのように同一パッケージ内に複数の発光素子を有する場合、他素子の温度上昇の影響も受ける為、温度変化や素子の劣化に応じて、常時一定の光量を得るためには、駆動電流量を変化させなければならない。

そこで従来から、この種の画像形成装置の半導体レーザアレイ駆動装置における半導体レーザ駆動電流制御では、非印刷領域にて各光源の光量を順次検出することで光量補正制御を行う、ＡＰＣ（Auto Power Control）方式が一般的に採用されている。これにより、半導体レーザ自身の発熱や周囲温度に関係なく、一定の光量を容易に得ることが可能になり、画像データに応じた画像形成を適正に行なえるという特長を有している。
特開２００３−０３９７２４号公報

しかし、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイの光量補正制御において、１つのフォトダイオードを用いて、非印刷領域の走査開始直後に半導体レーザアレイの各光源に対して一律一定のＡＰＣサンプリング時間を設け、順次ＡＰＣ動作を実行する場合、印刷領域走査中にフォトダイオードが複数光源の光量を同時に受光することで飽和光量を超えることがある。

そして、フォトダイオード出力が飽和状態から定常状態に遷移するまでに一定時間を要するため、各光源を所望の光量に補正できないというマルチビーム特有の問題点がある。

本発明は、前記従来技術の問題点を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイの光量補正制御において、1つのフォトダイオードを用いて、非印刷領域走査中に前記半導体レーザアレイの各光源に対し順次ＡＰＣ動作を実行する場合、非印刷領域走査を開始しフォトダイオード出力が定常状態に遷移後、ＡＰＣ動作を開始することで、所望の光量に補正することが可能な半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイと、その半導体レーザアレイの光量を検出する一つの受光素子と、非印刷領域走査中に受光素子の出力値に応じて前記半導体レーザアレイの各光源を所望の光量に順次補正するＡＰＣ制御手段を有する画像形成装置に用いられる半導体レーザアレイ駆動回路において、
非印刷領域走査を開始し、前記受光素子の出力値が定常状態に遷移後、各光源を所望の光量に順次補正する構成になっていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記非印刷領域走査を開始し、前記受光素子の出力値が定常状態に遷移するまでの期間、前記半導体レーザアレイの全光源を消灯することを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、複数走査回数毎に前記半導体レーザアレイの全光源の光量を順次補正することを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記受光素子に、半導体レーザアレイ内蔵フォトダイオードもしくは外部フォトダイオードを用いることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイの光量補正制御において、1つのフォトダイオードを用いて、印刷領域走査中に半導体レーザアレイの各光源に対し順次ＡＰＣ動作を実行する場合、非印刷領域走査を開始しフォトダイオードが定常状態に遷移後、ＡＰＣ動作を開始することで、所望の光量に補正することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザアレイ駆動回路の概要を表すブロック図である。

図1に示すように実施形態に係る画像形成装置に用いられる半導体レーザアレイ駆動回路は、光源１〜ｎと内蔵フォトダイオードを有する半導体レーザアレイ１と、発光電流源２−１〜２−ｎと、バイアス電流源３−１〜３−ｎと、ＬＤオン/オフ制御ＳＷ（ＳＷ１）４−１〜４−ｎと、画像データ信号５−１〜５−nと、ＡＰＣオン/オフ制御ＳＷ（ＳＷ４）６−１〜６−nと、ＡＰＣサンプリング信号７−１〜７−nと、サンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nと、差動増幅器９−１〜９−-nと、発光量基準電圧１０−１〜１０−nと、電流−電圧変換抵抗１１とで概略構成される。各部の接続関係は、図に示す通りである。

図２は、図１における半導体レーザアレイ駆動装置のＡＰＣ動作を1走査毎に行う制御タイミングチャートである。また図３は、図１における半導体レーザアレイ駆動装置のＡＰＣ動作を複数走査回数毎に行う制御タイミングチャートである。

次に、半導体レーザアレイ１の各光源の光量を一定に補正・制御するＡＰＣ動作について説明する。

半導体レーザにおけるＡＰＣ動作はサンプルホールドコンデンサを利用した方式であり、サンプルモードとホールドモードと呼ばれる状態がある。

実際にはＣＰＵ（不図示）からのＡＰＣサンプリング信号７−１〜７−nにより、サンプルモード(ＡＰＣオン/オフ制御ＳＷ６−１〜６−nがオン)が指定され、ＣＰＵからの画像データ信号５−１〜５−nで強制的に半導体レーザを発光させるようにＬＤオン/オフ制御ＳＷ４−１〜４−nを切り替える。

半導体レーザがオンの時は、レーザ発光量に比例した半導体レーザアレイの内蔵フォトダイオードのモニタ電流を、電流−電圧変換抵抗１１により電圧値に変換することで、この出力電圧を発光量基準電圧１０−１〜１０−nと差動増幅器９−１〜９−ｎにて比較し、この比較結果によりサンプルホールドコンデンサ８−１〜８−の充電・放電を行っている。

即ち、半導体レーザの発光量が小さいとフォトダイオードの出力電圧が発光量基準電圧１０−１〜１０−ｎより低くなる為、サンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nの充電電圧を増加させる。サンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nの電圧が増加すると発光電流源３−１〜３−ｎの電流値が増加し、半導体レーザに流れる電流を増加させて発光量を大きくする。そして、フォトダイオードの出力電圧が発光量基準電圧１０−１〜１０−nと等しくなるまでサンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nを充電させる。

尚、半導体レーザにはバイアス発光領域とレーザ発光領域があり、半導体レーザのオン/オフのスイッチング速度を高めるためにレーザ発光領域に到達せず、且つ、バイアス発光領域の最大限まで電流を通電させる手段が講じられており、バイアス電流源３−１〜３−nでその電流値を設定している。

逆に、半導体レーザの発光量が大きいとフォトダイオードの出力電圧が発光量基準電圧１０−１〜１０−ｎより高くなる為、サンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nを放電させる。サンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nの充電電圧が減少すると発光電流源３−１〜３−ｎの電流値が減少し、半導体レーザに流れる電流を減少させて発光量を小さくする。

そして、フォトダイオードの出力電圧が発光量基準電圧１０−１〜１０−nと等しくなるまでサンプルホールドコンデンサ８−１〜８−nを放電させる。

尚、前記ＡＰＣ動作が可能なタイミングは図２に示すように非印刷領域走査中であり、且つ、画像形成のための感光ドラム（不図示）にレーザ光が照射されない時間（位置）でのみ有効となるように設定することが必要である。

更に、半導体レーザアレイ１は複数光源に対し１個の内蔵フォトダイオードで構成され、全光源同時にＡＰＣ動作を行うことが不可能な為、１走査毎、又は複数走査毎の非印刷領域にて、光源毎に一律一定のＡＰＣサンプリング時間を設け、順次ＡＰＣ動作を行う必要がある。

一方、印刷領域走査中は、ＡＰＣ動作で設定されたレーザ光量で半導体レーザアレイ１の各光源のオン/オフを行い、感光ドラムに静電潜像を形成する。実際には、ＣＰＵからのＡＰＣサンプリング信号７−１〜７−nによりホールドモード (ＡＰＣオン／オフ制御ＳＷがオフ)が指定され、サンプルモードで設定された充電電圧に応じて発光電流源３−１〜３−ｎの電流値を設定し、ＣＰＵからの画像データ信号５−１〜５−nによりＬＤオン／オフ制御ＳＷ４−１〜４−nをオンすることにより、半導体レーザアレイ１の各光源に発光電流を流し、半導体レーザのオン／オフ制御を行う。

しかし、半導体レーザアレイ１の場合、印刷領域走査中に複数光源が同時に発光し、感光ドラムに静電潜像する為、その時のフォトダイオードが受光する光量が飽和光量を越えてしまう場合がある。その為、非印刷領域にてＡＰＣ動作を開始する場合、フォトダイオードが飽和状態から定常状態（非飽和状態）に遷移するまでに時間を要する。

即ち、ＡＰＣ動作時にフォトダイオードの出力電圧が安定するまでに時間を要する為、光源毎に一律一定のＡＰＣサンプリング時間を設定し、非印刷領域走査開始直後に実行する場合、最初にＡＰＣ動作を行う光源の光量を、所望の光量に補正できないという問題が発生する。

したがって前記問題を解決する為、図２及び図３に示すタイミングチャートのように、非印刷領域走査中にて、半導体レーザアレイ１の各光源に対し、１走査毎、又は複数走査回数毎に順次ＡＰＣ動作を行う場合、非印刷領域走査を開始しフォトダイオード出力が定常状態に遷移後、各光源のＡＰＣ動作を順次実施することで所望の光量に補正し、マルチビーム特有の問題点を解決することが可能となる。

本発明の実施形態に係る半導体レーザアレイ駆動回路の概要を表すブロック図である。 その半導体レーザアレイ駆動回路のＡＰＣ動作を１走査毎に行う制御タイミングチャートである。 その半導体レーザアレイ駆動回路のＡＰＣ動作を複数走査回数毎に行う制御タイミングチャートである。

符号の説明

１：半導体レーザアレイ
２−１〜２−n：発光電流源（固定値）
３−１〜３−n ：バイアス電流源（可変値）
４−１〜４−n ：ＬＤオン／オフ制御ＳＷ（ＳＷ！）
５−１〜５−n ：画像データ信号
６−１〜６−：ＡＰＣオン／オフ制御ＳＷ（ＳＷ２）
７−１〜７−n ：ＡＰＣサンプリング信号
８−１〜８−n ：サンプルホールドコンデンサ
９−１〜９−n ：差動増幅器
１０−１〜１０−n ：発光量基準電圧
１１： 電流−電圧変換抵抗

Claims (4)

1. 複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイと、
   その半導体レーザアレイの光量を検出する一つの受光素子と、
   非印刷領域走査中に受光素子の出力値に応じて前記半導体レーザアレイの各光源を所望の光量に順次補正するＡＰＣ制御手段を有する画像形成装置に用いられる半導体レーザアレイ駆動回路において、
   非印刷領域走査を開始し、前記受光素子の出力値が定常状態に遷移後、各光源を所望の光量に順次補正する構成になっていることを特徴とする半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式。
2. 請求項１に記載の半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式において、
   前記非印刷領域走査を開始し、前記受光素子の出力値が定常状態に遷移するまでの期間、前記半導体レーザアレイの全光源を消灯することを特徴とする半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式。
3. 請求項１または２に記載の半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式において、
   複数走査回数毎に前記半導体レーザアレイの全光源の光量を順次補正することを特徴とする半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式において、
   前記受光素子に、半導体レーザアレイ内蔵フォトダイオードもしくは外部フォトダイオードを用いることを特徴とする半導体レーザアレイ駆動回路の光量補正方式。

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