JP2013233686A - レーザー駆動装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー発光素子のしきい値を求めるための光量を低くしても、同期検出を実行できるようにし、さらに、レーザー発光素子のしきい値やバイアス電流を精度よく決定できるようにする。
【解決手段】第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とがレーザー光の走査線上に配置される。第１光量検出器２０６で光量Ｐａのレーザー光を受光し、第２光量検出器２１４で光量Ｐａよりも低い光量Ｐｂのレーザー光を受光する。第２光量検出器２１４が出力する検出信号は、増幅器４０３によって増幅され、同期信号ＢＤ２として使用される。ここで、増幅器４０３の増幅率Ｇ２は、第１光量検出器２０６が出力する検出信号を増幅する増幅器４０２の増幅率Ｇ１よりも大きい。増幅器４０３によって増幅された検出信号は、増幅率Ｇ１、Ｇ２に対応した修正係数で修正され、光量を示す信号として使用される。
【選択図】 図４

Description

本発明はレーザー駆動装置および画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、光源として端面発光レーザー（ＥＥＬ）や面発光レーザー（ＳＥＬ）が採用されることが多い。とりわけ、面発光レーザー（ＳＥＬ）の一種である垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が注目されている。ＶＣＳＥＬでは、半導体基板上に複数の発光点を設けられるため、複数のレーザー光を用いて静電潜像を効率よく形成できる。

ところで、半導体レーザーから出射されるレーザー光の光量は、半導体レーザーの温度に依存して、変化してしまう。これは、画像の濃度ムラなどを招く。そこで、レーザー光の光量を一定に維持するための自動光量制御（ＡＰＣ）が実行される（特許文献１）。ＡＰＣによって、ある一定の光量のレーザー光を発光できる、半導体レーザーの駆動電流が決定される。

特開２００２−４０３５０号公報

ところで、レーザー発光素子は、あるしきい値Ｔｈ以上の駆動電流を流さないと発光しない性質を有している。換言すれば、しきい値Ｔｈ未満の電流を流してもレーザー発光素子は発光しない。レーザー発光素子に点灯遅延なくパルス点灯させるためには、常に、しきい値Ｔｈ程度のバイアス電流をレーザー発光素子に流しておく必要がある。ただし、このしきい値Ｔｈも温度依存性があるため、ＡＰＣを実行する際にしきい値Ｔｈも求めておく必要がある。

しきい値Ｔｈは、駆動電流（ｘ軸）に対する光量（ｙ軸）を示す関数ｆ（ｘ）のｘ切片として求められる。この関数を線形関数と仮定すると、２点の座標（Ｉ＿Ｐａ，Ｐａ）、（Ｉ＿Ｐｂ，Ｐｂ）がわかればこの関数を確定できる。ここで、Ｐａ、Ｐｂは光量を表す（Ｐａ＞Ｐｂ）。一般に、Ｐｂは、Ｐａの数分の１のである。また、Ｉ＿Ｐａ、Ｉ＿ＰｂはＰａ、Ｐｂに対応した駆動電流である。光量Ｐａ，ＰｂについてＡＰＣを実行することで、Ｉ＿Ｐａ、Ｉ＿Ｐｂが求められる。（Ｉ＿Ｐａ，Ｐａ）と（Ｉ＿Ｐｂ，Ｐｂ）から、しきい値Ｔｈを求め、さらにバイアス電流が決定される。一般に、バイアス電流は、しきい値Ｔｈの９０％程度に設定される。

ところで、しきい値Ｔｈを正確に求めるために、ＰａとＰｂとのうち相対的に低い光量であるＰｂをできる限り低い値にすることが要求される。なぜなら、Ｐｂが高いと、関数の近似の誤差が大きくなってしまうからである。この傾向は、レーザー発光素子の温度が高くなった場合に顕著となりやすい。一方で、光量Ｐｂを低くしすぎると、レーザー光の走査タイミングを取得するための、いわゆる同期検出ができなくなってしまう。

そこでは、本発明は、レーザー発光素子のしきい値を求めるための光量を低くしても、同期検出を実行できるようにし、さらに、レーザー発光素子のしきい値やバイアス電流を精度よく決定できるようにすることを目的とする。

本発明によれば、
レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第１検出信号を出力する第１光量検出手段と、
前記レーザー光の走査方向において前記第１光量検出手段と並んで配置され、前記レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第２検出信号を出力する第２光量検出手段と、
前記第２光量検出手段が出力した前記第２検出信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段により増幅された前記第２検出信号を二値化して同期信号として出力する二値化手段と、
前記増幅手段により増幅された前記第２検出信号をアナログデジタル変換するとともに、前記増幅手段の増幅率に対応した修正係数で修正する修正手段と、
前記第１光量検出手段が出力した前記第１検出信号が示す光量が第１目標光量になったときに前記レーザー発光素子に流されていた第１駆動電流と、前記修正手段から出力された前記第２検出信号が示す光量が、前記第１目標光量よりも低い第２目標光量になったときに前記レーザー発光素子に流されていた第２駆動電流とを求める光量調整手段と、
前記第１目標光量と、前記第１駆動電流と、前記第２目標光量と、前記第２駆動電流とから前記レーザー発光素子が発光を開始するしきい値となる駆動電流を決定する決定手段と
を有するレーザー駆動装置が提供される。

本発明によれば、第２光量検出手段が出力した第２検出信号を増幅し、増幅された第２検出信号を同期信号として使用するため、レーザー発光素子のしきい値を求めるための光量を低くしても、同期検出を実行できるようになる。また、レーザー発光素子のしきい値を求めるための光量を低くできるため、レーザー発光素子のしきい値やバイアス電流を精度よく決定できるようになる。

光走査装置の概要を示す図。 制御部の概要を示す図。 Ｉ−Ｌ特性としきい値の求め方とを示す図。 光量検出部の詳細を示す図。 光量検出器の配置、駆動電流および検出信号の関係を示す図。 イニシャルモードを説明する図。 光量検出器の配置、駆動電流および検出信号の関係を示す図。

図１は、本発明の一実施の形態に係る画像形成装置に使用される光走査装置１００の構成を模式的に示す図である。レーザー発光素子１０１は、たとえば、ＶＣＳＥＬなどのである。端面発光レーザー（ＥＥＬ）であれば、レーザー光がフロントとリアとの２方向に出射可能であるため、リア光を用いてＡＰＣを実行可能である。しかし、ＶＣＳＥＬでは、その構造上、リア光を取得できない。よって、ＶＣＳＥＬでは、フロント方向に出射するレーザー光を検出して、ＡＰＣを実行することになる。ただし、ＶＣＳＥＬでは、１回の主走査によって複数本の主走査ラインを形成する利点がある。このように複数本の主走査ラインを１回の主走査によって形成できるため、回転多面鏡１０５の回転数を低減できる利点がある。あるいは、回転数を低減せずに、高速に画像を形成することも可能である。

コリメータレンズ１０２は、レーザー発光素子１０１から出射された光ビームを平行光束に変換する光学部品である。開口絞り１０３は、通過する光ビームの光束を一定のサイズに制限する部品である。シリンドリカルレンズ１０４は、副走査方向にのみ所定の屈折力を有しており、開口絞り１０３を通過してきた光束を回転多面鏡１０５の反射面に主走査方向に線像として結像させる光学部品である。回転多面鏡１０５は、スキャナモータ１０６により駆動され、図中の矢印Ｃ方向に一定速度で回転することで、反射面上に結像したレーザー光を偏向走査する。このように、回転多面鏡１０５は、レーザー発光素子１０１が出力したレーザー光を走査する走査手段として機能する。回転多面鏡１０５に代えて、ガルバノミラーなどの偏向装置が採用されてもよい。トーリックレンズ１０７は、ｆθ特性を有する光学素子であり主走査方向と副走査方向とで互いに異なる屈折率を有する光学部品である。回折光学素子１０８は、ｆθ特性を有する光学素子であり、主走査方向と副走査方向とで互いに異なるパワーを有する長尺の回折部である。光量センサ１１４は、レーザー光の走査範囲のうち画像領域外に設置され、反射ミラー１０９によって反射されたレーザー光を検出する。レーザー光の走査範囲は、感光体ドラム１１１に静電潜像を形成する画像領域と、感光体ドラム１１１に静電潜像を形成しない非画像領域とに分かれている。感光体ドラム１１１は、回転多面鏡１０５により走査されたレーザー光によって静電潜像を形成される感光体（像担持体）である。回転多面鏡１０５による主走査によって、レーザー発光素子１０１から出射されたレーザー光のスポットは、感光体ドラム１１１の軸方向に沿って直線状に移動する。つまり、レーザー光のスポットは、図中の矢印Ｂ方向に移動する。感光体ドラム１１１が駆動部１１２によって矢印Ａ方向に回転駆動されることで、レーザー光の副走査が実現されている。制御部１２０は、駆動部１１２、レーザー発光素子１０１およびスキャナモータ１０６を制御する制御ユニットである。たとえば、制御部１２０は、光量センサ１１４が出力する同期信号に同期してレーザー光の発光タイミングを制御する制御手段として機能する。なお、画像形成装置は、本発明のレーザー駆動装置を備えた光走査装置１００を備えるとともに、静電潜像をトナー像に現像する現像器、トナー像を用紙に転写する転写器、未定着のトナー像を用紙に定着させる定着器などをさらに備えている。

＜実施例１＞
［制御構成］
図２を用いて、レーザー駆動装置として機能する制御部１２０について説明する。画像生成部２０１は、スキャナ装置やホストコンピュータから受信した画像データに画像処理を行い、印刷用の画像データを生成し、ビデオコントローラ２０２に出力する。ビデオコントローラ２０２は、タイミング信号発生器２１３により指示された主走査タイミングと副走査タイミングにしたがって、画像データをＬＤ駆動部２０３へ出力する。ＬＤは、レーザーダイオードまたはレーザーデバイスの略称である。タイミング信号発生器２１３は、第１の二値化回路２１５や第２の二値化回路２１６から出力された同期信号ＢＤを基準として主走査タイミングと副走査タイミングを示すタイミング信号を生成する。ＬＤ駆動部２０３は、電流制御部２１２により設定された駆動電流を画像データで変調してレーザー発光素子１０１に出力する。これにより、レーザー発光素子１０１は、画像の階調に応じた点灯時間のレーザー光を出力する。電流制御部２１２は、光量制御部２１１は、ＣＰＵ２０９によって制御され、自動光量制御（ＡＰＣ）を実行し、レーザー光の目標光量を調整し、電流制御部２１２に設定する。なお、光量制御部２１１の機能はすべてＣＰＵ２０９によって実現されてもよい。そのため、ＣＰＵ２０９と光量制御部２１１の機能分担は任意である。回転制御部２０４、複数の鏡面を持つ回転多面鏡１０５が一定の速度で回転するようスキャナモータ１０６を制御する。レーザー発光素子１０１から出力されたレーザー光は、回転多面鏡１０５の反射面によって偏向され、感光体ドラム１１１の画像形成面上を走査する。レーザー発光素子１０１から出射されたレーザー光は、回転多面鏡１０５で走査されたレーザー光となり反射ミラー１０９によって反射され、光量センサ１１４が備える第１光量検出器２０６、第２光量検出器２１４に入射する。第１光量検出器２０６および第２光量検出器２１４は、フォトダイオードなどの受光素子である。ここで、第１光量検出器２０６および第２光量検出器２１４の増幅器の増幅率（ゲインまたは利得）は異なっている。第１光量検出器２０６および第２光量検出器２１４は、受光したレーザー光の光量に応じた電流を出力する。この電流は抵抗によって電圧に変換される。この電圧は、光量を示す検出信号である。なお、この検出信号は光量を示しているため、この検出信号それ自体を光量と単に読んでもよい。第１光量検出器２０６が出力した検出信号は、第１の二値化回路２１５で基準レベルと比較されて二値化され、ＢＤ信号として出力される。同様に、第２光量検出器２１４が出力した検出信号は、第２の二値化回路２１５で基準レベルと比較されて二値化され、ＢＤ信号として出力される。さらに、第１光量検出器２０６および第２光量検出器２１４が出力した検出信号は、Ａ／Ｄ変換部２１０で検出信号（光量データ）にアナログデジタル変換され、ＣＰＵ２０９と光量制御部２１１に入力される。ＣＰＵ２０９は、光量データを、記憶部２０８に記憶させる。このように、第１光量検出器２０６は、レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第１検出信号を出力する第１光量検出手段として機能する。また、第２光量検出器２１４は、レーザー光の走査方向において第１光量検出手段と並んで配置され、レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第２検出信号を出力する第２光量検出手段として機能する。

［ＡＰＣと光量検出方法］
図３において横軸は駆動電流を示し、縦軸はレーザー光の光量を示している。Ｐ２０ないしＰ６０は、レーザー発光素子１０１の温度が２０℃ないし６０℃のときの駆動電流に対する光量を示している。レーザー発光素子１０１が発光を開始する駆動電流であるしきい値Ｔｈ１は、駆動電流（ｘ軸）に対する光量（ｙ軸）を示す関数ｆ（ｘ）のｘ切片として求められる。この関数を線形関数と仮定すると、２点の座標（Ｉ＿Ｐａ，Ｐａ）、（Ｉ＿Ｐｂ，Ｐｂ）がわかればこの関数を確定できる。ここで、Ｐａ、Ｐｂは光量を表す（Ｐａ＞Ｐｂ）。Ｉ＿Ｐａ、Ｉ＿ＰｂはＰａ、Ｐｂに対応した駆動電流である。光量Ｐａ，ＰｂについてＡＰＣを実行することで、Ｉ＿Ｐａ、Ｉ＿Ｐｂが求められる。（Ｉ＿Ｐａ，Ｐａ）と（Ｉ＿Ｐｂ，Ｐｂ）から、しきい値Ｔｈ１を求め、さらにバイアス電流を決定する。一般に、バイアス電流は、しきい値Ｔｈの９０％程度に設定される。なお、光量Ｐａは光量Ｐａよりも大きいため、光量ＰＡについてのＡＰＣをＡＰＣ−Ｈと呼び、光量ＰｂについてのＡＰＣをＡＰＣ−Ｌと呼ぶことにする。

図３が示すように、本当のしきい値Ｔｈは、近似計算で求められたしきい値Ｔｈ１からは若干ずれることがわかる。特に、Ｐ６０が示すように、レーザー発光素子１０１の温度が高くなればなるほど、これらの差は大きくなる。ただし、光量Ｐｂを低く設定できれば、しきい値Ｔｈとしきい値Ｔｈ１との間の誤差は減少する。一方で、光量Ｐｂを低くしすぎると、タイミング信号（同期信号）が得られなくなってしまう。よって、同期信号が得られ、かつ、光量Ｐｂをできる限り低くできることが要求される。

そこで、本実施例では、ＡＰＣ−Ｌを担当する回路の構成を工夫することで、この課題を解決する。具体的には、光量Ｐｂを示す検出信号を増幅し、増幅された検出信号を同期信号として使用する。これにより、レーザー発光素子１０１のしきい値Ｔｈを求めるための光量Ｐｂを低くしても、同期検出を実行できるようになる。また、レーザー発光素子１０１のしきい値Ｔｈを求めるための光量Ｐｂを低く設定できるため、レーザー発光素子１０１のしきい値Ｔｈやバイアス電流を精度よく決定できるようになる。

図４を用いて、光量検出方法について説明する。図４が示すように、第１光量検出器２０６および第２光量検出器２１４は、レーザー光４０１の走査線上に設置されている。図４によれば、第１光量検出器２０６および第２光量検出器２１４は、一定の間隔をあけて配置されているが、近接して配置されていてもよい。

第１光量検出器２０６が出力した検出信号は、所定の増幅率Ｇ１に設定された増幅器４０２で増幅され、第１の二値化回路２１５とＡ／Ｄ変換部２１０のＡ／Ｄ変換器４１１に出力される。増幅器４０２は、第１光量検出手段が出力した第１検出信号を増幅する第１増幅手段の一例である。ＡＰＣを実行する際に、これらは、光量Ｐａを担当する。第１の二値化回路２１５は、検出信号を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較することで二値化し、同期信号ＢＤ１を出力する。第１の二値化回路２１５は、第１増幅手段により増幅された第１検出信号を二値化して同期信号として出力する第１の二値化手段として機能する。また、Ａ／Ｄ変換器４１１は、検出信号をデジタル値である光量データ（検出信号Ｓｉｇ１）に変換する。Ａ／Ｄ変換器４１１は、第１増幅手段により増幅された第１検出信号をアナログデジタル変換し、第１検出信号に対応した第１光量を出力する第１アナログデジタル変換手段の一例である。

一方で、第２光量検出器２１４が出力した検出信号は、所定の増幅率Ｇ２に設定された増幅器４０３で増幅され、第２の二値化回路２１６とＡ／Ｄ変換部２１０のＡ／Ｄ変換器４１２に出力される。増幅器４０３は、第２光量検出手段が出力した第２検出信号を増幅する第２増幅手段の一例である。ＡＰＣを実行する際に、これらは、光量Ｐｂを担当する。第２の二値化回路２１６は、検出信号を基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較することで二値化し、同期信号ＢＤ２を出力する。第２の二値化回路２１６は、第２増幅手段により増幅された第２検出信号を二値化して同期信号として出力する第２の二値化手段の一例である。また、Ａ／Ｄ変換器４１２は、検出信号をデジタル値である光量データ（検出信号Ｓｉｇ２）に変換する。Ａ／Ｄ変換器４１１は、第２増幅手段により増幅された第２検出信号をアナログデジタル変換し、第２検出信号に対応した第２光量を出力する第２アナログデジタル変換手段の一例である。

ここで、ＡＰＣ−Ｌについての増幅率Ｇ２は、ＡＰＣ−Ｈについての増幅率Ｇ１よりも高く設定する。たとえば、増幅率Ｇ１が１０倍であれば、増幅率Ｇ２を３０倍に設定する。この場合の、増幅率Ｇ１に対する増幅率Ｇ２の倍率は３倍である。なお、レーザー発光素子１０１のしきい値Ｔｈを求めるための光量Ｐｂを低く設定でき、かつ、同期検出も可能となるように、実験またはシミュレーションによって、倍率は求められればよい。

なお、本実施例では、１回の走査で光量Ｐａ、Ｐｂの両方についてＡＰＣを実行することで、ＡＰＣの実行時間の短縮化を図っている。これを実現するために、２系統の光量検出器が必要となっている。また、レーザー発光素子１０１の目標光量は、レーザー光４０１が第１光量検出器２０６に入射しているときはＰａに設定され、レーザー光４０１が第２光量検出器２１４に入射しているときはＰｂに設定される。

図５（Ａ）〜図５（Ｄ）を用いて、レーザー光４０１のスポットの位置、駆動電流、検出信号のレベルについて説明する。図５（Ａ）によれば、レーザー光４０１のスポット径Ｗ１と比較して、光量検出器の受光部の幅Ｗ２は広い。また、図５（Ａ）によれば、時刻Ｔ１〜Ｔ３ごとに、レーザー光４０１の位置が示されている。なお、レーザー光４０１の走査方向は破線矢印によって示されている。

ＣＰＵ２０９は、時刻Ｔ１においてＡＰＣ−Ｈを実行するためにレーザー光の目標光量をＰａに設定する。時刻Ｔ２が到来すると、レーザー光４０１は、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４との間に位置している。ＣＰＵ２０９は、このタイミングで、ＡＰＣ−ＨからＡＰＣ−Ｌに移行し、目標光量をＰｂに設定する。図５（Ｂ）は、ＡＰＣ−ＨからＡＰＣ−Ｌに移行するときの駆動電流の変化を示している。

図５（Ｃ）は第１光量検出器２０６が出力する検出信号を示し、図５（Ｄ）は第２光量検出器２１４が出力する検出信号を示している。図５（Ｃ）が示すように、目標光量の切り替えタイミングは、第１の二値化回路２１５が出力する同期信号ＢＤ１のレベルがＨｉからＬｏｗになったタイミングである。ＣＰＵ２０９は、同期信号ＢＤ１のレベルがＨｉからＬｏｗになったタイミングを、第１光量検出器２０６から第２光量検出器２１４へレーザー光が移動するタイミングとして認識する。つまり、このタイミングは、第１光量検出器２０６が出力した第１検出信号が示す光量がピークとなった後に所定の基準値未満に変化したタイミングである。これを切り替えタイミングと呼ぶことにする。この切り替えタイミングは第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４との双方がレーザー光を検出しないタイミングである。ＣＰＵ２０９は、このタイミングを認識すると、レーザー発光素子の駆動電流を、第１目標光量にするための駆動電流から第２目標光量にするための駆動電流に変更する変更手段として機能する。第２光量検出器２１４にレーザー光が入射すると、ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣ−Ｌを開始する。図５（Ｄ）が示すように、第２光量検出器２１４にレーザー光が入射することで、第２光量検出器２１４が出力する検出信号のレベルが上昇する。

さらに、ＡＰＣについて詳しく説明する。ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣ−Ｈを開始すると、光量制御部２１１に光量Ｐａを設定する。光量制御部２１１は、光量Ｐａとなるような電流値Ｉ＿Ｐａを電流制御部２１２に設定する。これにより、レーザー発光素子１０１が発光を開始する。レーザー光が第１光量検出器２０６の受光部に入射しはじめると、検出信号のレベルが徐々に上がり始める。レーザー光が完全に第１光量検出器２０６の受光部に入射しきると、検出信号のレベルがピークとなる。検出信号が基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えると、同期信号ＢＤ１がＨｉになり、同期検出に用いられる。一方で、検出信号はピークホールドされ、Ａ／Ｄ変換器４１１でサンプリングされる。検出信号のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えてから一定時間経過しても検出信号のレベルが上昇しなければ、ＣＰＵ２０９は、レーザー光が完全に第１光量検出器２０６の受光部に入射しきったと判定し、ＡＰＣ―Ｈを開始する。ＣＰＵ２０９は、レーザー光が第１光量検出器２０６の受光部を抜ける前までにＡＰＣ−Ｈを完了する。つまり、検出信号Ｓｉｇ１が示す光量が目標光量Ｐａに一致するまで、駆動電流を微調整する。このように、ＣＰＵ２０９は、第１光量が第１目標光量になったときにレーザー発光素子に流されていた第１駆動電流を求める光量調整手段として機能する。

一方で、レーザー光が第１光量検出器２０６の受光部から抜け始めると、第１光量検出器２０６が出力する検出信号のレベルは下がり始める。そうすると第１の二値化回路２１５が出力する同期信号のレベルがＨｉからＬｏｗに変化する。ＣＰＵ２０９は、第１の二値化回路２１５が出力する同期信号のレベルがＨｉからＬｏｗに変化したことを認識すると、ＡＰＣ−Ｌを始める。ＣＰＵ２０９は、光量Ｐｂとなるように前回のＡＰＣによって得られた光量と駆動電流との関係から光量Ｐｂに対応する駆動電流Ｉ＿Ｐｂを求め、光量制御部２１１を通じて電流制御部２１２に設定する。このように、本実施例では、第１の二値化回路２１５が出力する同期信号のレベルを監視することで、適切なタイミングで、目標光量を変更できる。

レーザー光が第２光量検出器２１４の受光部に入射すると、図５（Ｄ）が示すように、第２光量検出器２１４が出力する検出信号のレベルは、徐々に上昇する。そして、レーザー光が第２光量検出器２１４の受光部に全て入射すると、検出信号のレベルがピークに達する。第２光量検出器２１４に入射したときのレーザー光の光量は、目標光量がＡＰＣ−Ｌに対応した低い光量Ｐｂに設定されているため、相対的に低い。しかし、増幅器４０３によって増幅されるため、増幅された検出信号のレベルは、同期検出に使用可能なほど、十分なレベルになっている。検出信号はピークホールドされ、Ａ／Ｄ変換器４１２でサンプリングされる。その後、一定時間が経過しても検出信号のレベルが上がらなければ、ＣＰＵ２０９は、レーザー光が第２光量検出器２１４の受光部に全て入射したと判断し、ＡＰＣ―Ｌを開始する。そして、ＣＰＵ２０９は、レーザー光が受光部を抜ける前までにＡＰＣ−Ｌを完了する。つまり、検出信号Ｓｉｇ２が示す光量が目標光量Ｐｂに一致するまで、駆動電流を微調整する。このように、ＣＰＵ２０９は、第２光量が第１目標光量よりも低い第２目標光量になったときにレーザー発光素子に流されていた第２駆動電流を求める光量調整手段として機能する。

ここで、増幅率Ｇ１、Ｇ２は異なっているため、光量を求めるための検出信号Ｓｉｇ２のレベルも増幅されている。つまり、本来の光量を示すように、検出信号Ｓｉｇ２のレベルを修正しなければならない。なお、第２光量検出器２１４の光量を基準とする場合は、第１光量検出器２０６の検出信号Ｓｉｇ１のレベルを修正しなければならない。このように、増幅率Ｇ１、Ｇ２の違いによる、検出信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２のスケールの違いを修正する必要がある。

ここでは、一例として、検出信号Ｓｉｇ２のレベルを修正することにする。たとえば、増幅率Ｇ１、Ｇ２の倍率が３倍であれば、ＣＰＵ２０９は、検出信号Ｓｉｇ２のレベルを１／３に修正する。つまり、ＣＰＵ２０９は、検出信号Ｓｉｇ２が示す光量を増幅率Ｇ１、Ｇ２の倍率で除算するか、倍率の逆数を乗算することで、検出信号Ｓｉｇ２が示す光量を修正すればよい。このように、ＣＰＵ２０９は、第１増幅手段の増幅率Ｇ１と第２増幅手段の増幅率Ｇ２に対応した所定の修正係数（増幅率Ｇ１、Ｇ２の倍率）で第２光量（検出信号Ｓｉｇ２が示す光量）を除算することで第２光量を修正する修正手段の一例である。修正手段を採用することで、増幅率Ｇ１、Ｇ２が異なっていても、正しい光量が得られるようになる。

本実施例によれば、図３が示すように、また、ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣによって確定した２点の座標（Ｉ＿Ｐａ，Ｐａ）、（Ｉ＿Ｐｂ，Ｐｂ）からしきい値Ｔｈ１を算出する。

Ｔｈ１ ＝ Ｉ＿Ｐｂ − ｛Ｐｂ・（Ｐａ−Ｐｂ）／（Ｉ＿Ｐａ−Ｉ＿Ｐｂ）｝
このように、ＣＰＵ２０９は、第１目標光量と、第１駆動電流と、第２目標光量と、第２駆動電流とからレーザー発光素子が発光を開始するしきい値となる駆動電流を決定する決定手段として機能する。

図３が示すように、従来の２点の座標（Ｉ＿Ｐａ，Ｐａ）、（Ｉ＿Ｐｂ’，Ｐｂ’）から算出されるしきい値Ｔｈ１’と比較して、本実施例のしきい値Ｔｈ１は、理想的なしきい値Ｔｈに近いことがわかる。このように、実施例１では、レーザー発光素子１０１のしきい値Ｔｈやバイアス電流を精度よく決定できるようになる。なぜなら、ＡＰＣ−Ｌの目標光量Ｐｂは、等しい増幅率Ｇ１、Ｇ２を使用する一般的なＡＰＣ−Ｌにおける目標光量Ｐｂ’よりも低いからである。また、本実施例によれば、レーザー発光素子１０１の温度が大きく変化してもバイアス電流値を適切な値に設定できる。そのため、発光遅延を減らすことができ、ひいては安定した画像生成がもたらされる。

一方で、光量Ｐｂを示す検出信号を増幅し、増幅された検出信号を同期信号として使用する。とりわけ、本実施例では、増幅率Ｇ２を増幅率Ｇ１よりも高く設定しているため、目標光量Ｐｂに対応した検出信号のレベルは十分に高く増幅されている。これにより、レーザー発光素子１０１のしきい値Ｔｈを求めるための光量Ｐｂを低くしても、同期検出を実行できるようになる。つまり、目標光量Ｐｂを一般的な目標光量Ｐｂ’よりも低下させているにもかかわらず、光量検出と同期検出を実現できる。

［イニシャライズモード］
上述したように、検出信号Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２の一方を増幅率Ｇ１、Ｇ２の倍率で修正するため、増幅率Ｇ１、Ｇ２の倍率（修正係数）に誤差があると、光量にも誤差を招いてしまう。そこで、図６を用いて、増幅器４０２、４０３における実際の倍率を求めるイニシャライズモードについて説明する。

ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣ−Ｌの目標光量Ｐｂを光量制御部２１１に設定し、レーザー発光素子１０１にレーザー光を出力させる。図６が示すように、レーザー光４０１は、第１光量検出器２０６に入射する。そのときのピークホールド値ＸをＡ／Ｄ変換器４１２でサンプリングする。光量制御部２１１はＡＰＣ−Ｌの目標光量Ｐｂに設定されたまま、レーザー光４０１が第２光量検出器２１４に入射する。つまり、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とにはそれぞれ同一の光量のレーザー光が入射することになる。Ａ／Ｄ変換器４１２で、ピークホールド値Ｙがサンプリングされる。ＣＰＵ２０９は、このＸ、Ｙを用いて、増幅器４０２、４０３における実際の増幅率の差である、ゲイン差ΔＧを算出する。

ΔＧ＝Ｙ／Ｘ
このように、ＣＰＵ２０９は、同一の光量のレーザー光を第１光量検出手段と第２光量検出手段とがそれぞれ受光したときの第１光量検出手段についての第１光量Ｙに対する、第２光量検出手段についての第２光量Ｘの倍率（ゲイン差ΔＧ）を求める倍率取得手段として機能する。

ＣＰＵ２０９は、ゲイン差ΔＧを用いて検出信号Ｓｉｇ１または検出信号Ｓｉｇ２のレベルを修正し、図３に示した駆動電流に対する光量の特性（Ｉ−Ｌ特性）を決定する。たとえば、ＡＰＣ−Ｈの目標光量を基準としてＩ−Ｌ特性をプロットする場合、ＡＰＣ−Ｌに対応した検出信号Ｓｉｇ２のレベルをΔＧで除算する。一方、ＡＰＣ−Ｌの目標光量を基準としてＩ−Ｌ特性をプロットする場合、ＡＰＣ−Ｈに対応した検出信号Ｓｉｇ１のレベルにΔＧを乗算する。このように、第１光量Ｙに対する第２光量Ｘの倍率（ゲイン差ΔＧ）を取得するイニシャライズモードを採用することで、第２光量検出器２１４の光量を精度よく修正できるようになる。

＜実施例２＞
実施例１では、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とが一定の間隔をあけて配置されていた。これは、ＡＰＣ−ＨからＡＰＣ−Ｌに切り替えるための時間を確保するためであった。一方で、図７（Ａ）に示すように、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とを近接して配置してもよい。ただし、図７（Ａ）が示すように、時刻Ｔ２で、レーザー光が第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４との双方に検出されてしまう。よって、何らかの対策が必要となる。

図７（Ｂ）はＡＰＣ−ＨからＡＰＣ−Ｌに移行するときの駆動電流の変化タイミングを示している。図７（Ｃ）は第１光量検出器２０６の検出信号のレベルを示し、図７（Ｄ）は第２光量検出器２１４の検出信号のレベルを示している。

記憶部２０８には、前回のＡＰＣによって取得されたＩ−Ｌ特性が格納されている。ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣ−Ｈ用の光量Ｐａに対応した駆動電流Ｉ＿ＰａをＩ−Ｌ特性から算出し、光量制御部２１１を通じて電流制御部２１２に設定する。これにより、電流制御部２１２は、駆動電流Ｉ＿Ｐａでレーザー発光素子１０１を駆動する。図７（Ａ）が示すように、時刻Ｔ１で、第１光量検出器２０６にレーザー光が入射し始める。図７（Ｃ）が示すように、第１光量検出器２０６の検出信号のレベルは徐々に上昇する。レーザー光がすべて第１光量検出器２０６の受光部に入射すると、検出信号のレベルはピークとなる。ＣＰＵ２０９は、検出信号のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えてから一定時間が経過すると、ＡＰＣ−Ｈを開始する。ＡＰＣ−Ｈの実行期間は、レーザー光が第１光量検出器２０６に入射してから抜けるまでの時間よりも短く設定される。レーザー光が第１光量検出器２０６の受光部から抜け始めると、第１光量検出器２０６の検出信号のレベルが低下し始める。これにより、検出信号のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると、同期信号ＢＤ１のレベルがＨｉからＬｏｗになる。ＣＰＵ２０９は、同期信号ＢＤ１のレベルがＨｉからＬｏｗになった時刻Ｔ２に、目標光量をＰｂに設定する。ＣＰＵ２０９は、前回のＡＰＣで求めたＩ−Ｌ特性からＰｂに対応する駆動電流Ｉ＿Ｐｂを求め、光量制御部２１１を通じて電流制御部２１２に設定する。

ところで、第２光量検出器２１４の受光部にレーザー光が入射し始めたときには、レーザー光が第１光量検出器２０６の受光部をまだ抜けきっていない。つまり、光量制御部２１１の目標光量がＰａに維持されたまま、レーザー光が第２光量検出器２１４の受光部に入射してしまう。図７（Ｄ）が示すように、レーザー光が入射することで、第２光量検出器２１４の検出信号のレベルは上昇を開始する。しかし、第２光量検出器２１４の検出信号を増幅する増幅器４０３の増幅率Ｇ２は、第１光量検出器２０６に対応した増幅率Ｇ１よりも数倍ほど高い。よって、増幅器４０３から出力された検出信号のレベルが設計上の上限値に達することがある。つまり、レーザー光が第１光量検出器２０６を完全に抜けるまで、つまり、目標光量がＰｂに切り替わるまでは、ＡＰＣ−Ｌを開始することができない。なお、レーザー光が第１光量検出器２０６を完全に抜けた頃には、上述した手順で、目標光量がＰａからＰｂに切り替わっている。

そこで、図７（Ｄ）が示すように、第２の二値化回路２１６の基準電圧Ｖｒｅｆ２を目標光量Ｐｂに対応したピークレベルと上限値との間のレベルに設定する。ＣＰＵ２０９は、検出信号のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えたことを検出すると（これをＡＰＣ−Ｈ検出と呼ぶ。）、一定の待機期間にわたり待機する。この待機期間の長さは、レーザー光のスポット径Ｗ１をレーザー光の走査速度で除算して得られた時間以上に設定される。よって、検出信号のレベルが基準電圧Ｖｒｅｆ２を超えてから待機期間が経過したタイミングで、ＣＰＵ２０９は、ＡＰＣ−Ｌを開始する。このように、ＣＰＵ２０９は、第２光量検出手段が出力した第２検出信号のレベルが所定の基準レベルを超えてから所定期間が経過したタイミングで第２駆動電流を求めるための光量調整処理を開始する光量調整手段として機能する。本実施例によれば、所定期間が経過したタイミングでＡＰＣ−Ｌを開始することで、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とを近接して配置することが可能となる。第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とを近接して配置することで、光量センサ１１４をコンパクトにできるだろう。また。この期間をレーザー光のスポット径Ｗ１をレーザー光の走査速度で除算して得られた時間以上に設定することで、より確実なタイミングでＡＰＣ−Ｌを開始できるようになる。

このように実施例２では、実施例１と同様の効果を達成しつつ、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４を近接して配置できる。なお、近接とは、レーザー光のスポット径Ｗ１よりも狭い間隔で、第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とが配置されていることをいう。つまり、レーザー光が第１光量検出器２０６と第２光量検出器２１４とによって同時に検出される程度に、両者の間隔が狭いことをいう。

なお、実施例１、２では、２つの増幅器を使用した。しかし、光量Ｐａに対応した第１光量検出器２０６の検出信号のレベルが増幅の必要がない程度に十分なレベルであれば、増幅器４０２を省略してもよい。この場合、実施例１、２の説明は、増幅率Ｇ１を１として読み替えることができよう。

実施例１、２では、第１光量検出器２０６の増幅率Ｇ１を１０倍に設定し、第２光量検出器２１４の増幅率Ｇ２を３０倍に設定し、第１光量検出器２０６でＡＰＣ−Ｈを行い、第２光量検出器２１４でＡＰＣ−Ｌを行った。しかし、第１光量検出器２０６でＡＰＣ−Ｌを行い、第２光量検出器２１４でＡＰＣ−Ｈを行ってもよい。ただし、第１光量検出器２０６の増幅率Ｇ１を３０倍に設定し、第２光量検出器２１４の増幅率Ｇ２を１０倍に設定しなければならい。このような変形例は、実施例１、２に対して、均等論上、当然に均等である。

Claims (9)

1. レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第１検出信号を出力する第１光量検出手段と、
   前記レーザー光の走査方向において前記第１光量検出手段と並んで配置され、前記レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第２検出信号を出力する第２光量検出手段と、
   前記第２光量検出手段が出力した前記第２検出信号を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段により増幅された前記第２検出信号を二値化して同期信号として出力する二値化手段と、
   前記増幅手段により増幅された前記第２検出信号をアナログデジタル変換するとともに、前記増幅手段の増幅率に対応した修正係数で修正する修正手段と、
   前記第１光量検出手段が出力した前記第１検出信号が示す光量が第１目標光量になったときに前記レーザー発光素子に流されていた第１駆動電流と、前記修正手段から出力された前記第２検出信号が示す光量が、前記第１目標光量よりも低い第２目標光量になったときに前記レーザー発光素子に流されていた第２駆動電流とを求める光量調整手段と、
   前記第１目標光量と、前記第１駆動電流と、前記第２目標光量と、前記第２駆動電流とから前記レーザー発光素子が発光を開始するしきい値となる駆動電流を決定する決定手段と
   を有するレーザー駆動装置。
2. レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第１検出信号を出力する第１光量検出手段と、
   前記レーザー光の走査方向において前記第１光量検出手段と並んで配置され、前記レーザー発光素子から出力されたレーザー光を受光し、当該レーザー光の光量を示す第２検出信号を出力する第２光量検出手段と、
   前記第１光量検出手段が出力した前記第１検出信号を増幅する第１増幅手段と、
   前記第２光量検出手段が出力した前記第２検出信号を増幅する第２増幅手段と、
   前記第１増幅手段により増幅された前記第１検出信号を二値化して同期信号として出力する第１の二値化手段と、
   前記第２増幅手段により増幅された前記第２検出信号を二値化して同期信号として出力する第２の二値化手段と、
   前記第１増幅手段により増幅された前記第１検出信号をアナログデジタル変換し、前記第１検出信号に対応した第１光量を出力する第１アナログデジタル変換手段と、
   前記第２増幅手段により増幅された前記第２検出信号をアナログデジタル変換し、前記第２検出信号に対応した第２光量を出力する第２アナログデジタル変換手段と、
   前記第１増幅手段の増幅率と前記第２増幅手段の増幅率に対応した所定の修正係数で前記第２光量を除算することで、当該第２光量を修正する修正手段と、
   前記第１光量が第１目標光量になったときに前記レーザー発光素子に流されていた第１駆動電流と、前記修正手段から出力された前記第２光量が前記第１目標光量よりも低い第２目標光量になったときに前記レーザー発光素子に流されていた第２駆動電流とを求める光量調整手段と、
   前記第１目標光量と、前記第１駆動電流と、前記第２目標光量と、前記第２駆動電流とから前記レーザー発光素子が発光を開始するしきい値となる駆動電流を決定する決定手段と
   を有し、
   前記第２増幅手段の増幅率は、前記第１増幅手段の増幅率よりも高いことを特徴とするレーザー駆動装置。
3. 同一の光量のレーザー光を前記第１光量検出手段と前記第２光量検出手段とがそれぞれ受光したときの前記第１光量検出手段についての第１光量に対する、前記第２光量検出手段についての第２光量の倍率を求める倍率取得手段をさらに有し、
   前記修正手段は、前記倍率を前記修正係数として用いて前記第２光量を除算することを特徴とする請求項２に記載のレーザー駆動装置。
4. 前記レーザー発光素子から出力されたレーザー光が走査されることで、前記第１光量検出手段から前記第２光量検出手段へ移動するタイミングで、前記レーザー発光素子の駆動電流を、前記第１目標光量にするための駆動電流から前記第２目標光量にするための駆動電流に変更する変更手段をさらに有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーザー駆動装置。
5. 前記第１光量検出手段と前記第２光量検出手段とは一定の間隔を置いて配置されており、
   前記変更手段は、前記第１光量検出手段が出力した前記第１検出信号が示す光量がピークとなった後に所定の基準値未満に変化したタイミングを、前記第１光量検出手段から前記第２光量検出手段へ移動するタイミングとして、前記レーザー発光素子の駆動電流を、前記第１目標光量にするための駆動電流から前記第２目標光量にするための駆動電流に変更することを特徴とする請求項４に記載のレーザー駆動装置。
6. 前記第１光量検出手段と前記第２光量検出手段とは近接して配置されており、
   前記変更手段は、前記第１光量検出手段が出力した前記第１検出信号が示す光量がピークとなった後に所定の基準値未満に変化したタイミングを、前記第１光量検出手段から前記第２光量検出手段へ移動するタイミングとして、前記レーザー発光素子の駆動電流を、前記第１目標光量にするための駆動電流から前記第２目標光量にするための駆動電流に変更することを特徴とする請求項４に記載のレーザー駆動装置。
7. 前記光量調整手段は、
   前記第２光量検出手段が出力した前記第２検出信号のレベルが所定の基準レベルを超えてから所定期間が経過したタイミングで、前記第２駆動電流を求めるための光量調整処理を開始することを特徴とする請求項６に記載のレーザー駆動装置。
8. 前記所定期間の長さは、前記レーザー光のスポット径を前記レーザー光の走査速度で除算して得られた時間以上に設定されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザー駆動装置。
9. レーザー発光素子と、
   前記レーザー発光素子を駆動する請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレーザー駆動装置と、
   前記レーザー発光素子が出力したレーザー光を走査する走査手段と、
   前記走査手段により走査されたレーザー光によって静電潜像を形成される感光体と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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