JP2665219B2 - 半導体レーザアレイの出力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は半導体レーザアレイの出力制御装置に関す
る。 （従来技術） 複数の発光素子を有する半導体レーザアレイをレーザ
プリンタの光源として用いる場合半導体レーザアレイの
各発光素子の間隔が狭い程その集積度が向上し有利であ
る。しかしながら発光素子の間隔をあまり狭くすると、
発光素子相互の熱的な干渉により発光素子の光出力が低
下する。例えば２個の発光素子を有する半導体レーザア
レイにおいて第１の発光素子に電流を流しておくと、第
２の発光素子の電流対光出力特性は第９図に示すように
第１の発光素子の電流Ｉにより大きく変化する。複数の
発光素子の熱結合による出力変動（上述した複数の発光
素子相互の熱的な干渉による光出力の変動）の時定数は
５μｓ（実験値）である。ここに、例えば半導体レーザ
アレイは第１の発光素子と第２の発光素子とを100μｍ
のピットで配列したものとし、第１の発光素子に変調電
流を流して第２の発光素子に一定電流を流して発光素子
の発光パワーを測定すると、第１の発光素子は駆動電流
に対応した発光をしているが、第２の発光素子は一定電
流で駆動しているにも拘らずその一定電流とは逆相のリ
ップルが光出力に重畳してくる（第１の発光素子の駆動
電流は多いと第２の発光素子の発光量が小さくなる）。
これは、上述のように発光素子相互の熱的干渉により生
じ、つまり、第１の発光素子で発生している熱が第２の
発光素に影響することにより生ずるからである。発光素
子の熱結合による出力変動は上記リップルにより生ず
る。このため半導体レーザアレイの出力制御を従来のシ
ングルビーム方式と同様に行うと、即ちプリントスター
ト時とスタンバイモード時は各発光素子の光出力を一定
に調整してプリント時は発光素子の電流を保持すると、
この電流保持時間は１分間40枚のプリントスピードでは
1.5secに達し発光素子の熱結合による出力変動の時定数
よりもかなり長い時間となって発光素子の熱結合による
出力変動が生ずる。つまり２個の発光素子の両方が点灯
している時とどちらか一方の発光素子のみが点灯してい
る時とで発光素子の光出力に変動が生じてプリント品質
が劣化する。 （目的） 本発明はこのような欠点を改善し、発光素子の熱結合
による出力変動を少なくすることができる半導体レーザ
アレイの出力制御装置を提供することを目的とする。 （構成） 本発明は、複数の発光素子を有する半導体レーザアレ
イの各発光素子の駆動電流をそれぞれ外部信号により該
各発光素子の出力光量が一定になるように調整して保持
する制御手段を有する半導体レーザアレイの出力制御装
置において、前記複数の発光素子の相互の熱結合による
出力変動の時定数より短い所定の時間毎に前記制御手段
に外部信号を与えることによって前記複数の発光素子の
駆動電流の保持を解除させて前記複数の発光素子の駆動
電流の調整を行わせる外部信号付与手段を備えたもので
ある。 次に本発明の実施例について説明する。 半導体レーザアレイを用いたレーザプリンタにおいて
今プリント速度をA3 40枚／分、情報書込み密度を480do
ts/inchとすると、偏向器によるレーザビームの偏向周
波数（主走査周波数）は約3.4KHZ位になり、主走査の偏
向周期は約0.3msである。半導体レーザアレイの各発光
素子の出力制御をこの主走査の周期で行うことにより発
光素子の熱結合による出力変動は防止することができ
る。 本発明の実施例はこの点に着目してなされたものであ
り、第２図は本発明を応用したレーザプリンタの一例を
示す。 半導体レーザアレイ１より前方に出射されたレーザー
ビームはコリメータレンズ２によりコリメートされて回
転多面鏡からなる偏向器３で偏向され、ｆθレンズ４に
より感光体ドラム５の帯電器で一様に帯電された表面に
結像されてその結像スポットが回転多面鏡３の回転で感
光体５の軸方向に反復して移動すると同時に感光体ドラ
ム５が回転する。光検出器６は情報書込領域外に設けら
れ、回転多面鏡３で偏向されたレーザビームを検出して
同期信号を発生する。信号処理回路７は情報信号を半導
体レーザ駆動回路８に印加するが、そのタイミングを光
検出器６からの同期信号により制御する。半導体レーザ
駆動回路８は信号処理回路７からの情報信号により半導
体レーザアレイ１を駆動して感光体ドラム３上に静電潜
像を形成させ、この静電潜像は現像器で現像されて転写
器で紙等に転写される。また半導体レーザアレイ１から
後方に出射されるレーザビームは光検出器９に入射して
その光強度が検出され、制御回路10が光検出器９の出力
信号に応じて半導体レーザ駆動回路８を制御して半導体
レーザアレイ１の出力光量を一定に制御し、具体的には
後述するように半導体レーザアレイ１の各発光素子の駆
動電源をそれぞれ外部信号により各発光素子の出力光量
が一定になるように調整して保持する。 第１図は上記半導体レーザ駆動回路８及び制御回路10
を詳細に示す。 半導体レーザアレイ１は複数の半導体発光素子11,12
と、フオトダイオードからなる光検出器９で構成され、
半導体レーザ駆動回路８は半導体発光素子11,12を駆動
する駆動回路13,14からなる。半導体発光素子11は駆動
回路13で駆動されることにより前方に向ってフロントビ
ームを出射すると同時に後方に向ってバックビームLB1
を出射し、同様に半導体発光素子12は駆動回路14で駆動
されることにより前方に向ってフロントビームを出射す
ると同時に後方に向ってバックビームLB2を出射すると
いう具合に半導体発光素子11,12は駆動回路13,14で選択
的に駆動されることにより選択的にビームを出射する。
半導体発光素子11から後方に出射されたレーザビームLB
1はフオトダイオード９に入射し、フオトダイオード９
がそのレーザビームの強度に比例した電流を出力する。
この電流は増幅器15により電圧に変換され、比較器16で
基準電圧Vref1と比較される。比較器16の出力電圧は比
較器16の両入力電圧の大小関係により高レベル又は低レ
ベルとなり、アップダウンカウンタ17のカウントモード
を制御する。例えば半導体発光素子11からのレーザビー
ムの強度が基準値より弱い時には比較器16の出力が低レ
ベルになり、アップダウンカウンタ17はアップカウンタ
として動作する状態となる。タイミング信号T1の立上が
りによりエッジ検出回路18がアップダウンカウンタ17を
イネーブル状態にすると、アップダウンカウンタ17は発
振器19からのクロック信号によりその計数値が増加して
行く。このアップダウンカウンタ17の計数出力はデジタ
ル／アナログ変換器20でアナログ量に変換されて駆動回
路13に入力される。駆動回路13は信号処理回路７からの
情報信号により半導体発光素子11を駆動するが、その駆
動電流をデジタル／アナログ変換器20の出力に応じて変
化させる。したがってアップダウンカウンタ17の計数値
が徐々に増加することにより半導体発光素子11からのレ
ーザビームの強度が徐々に増加し、増幅器15の出力電圧
が増加する。そして比較器16の出力が低レベルから高レ
ベルに反転すると、エッジ検出回路18が比較器16の出力
の立上がりエッジを検出してアップダウンカウンタ17に
ディスエーブル信号を加える。よってアップダウンカウ
ンタ17はディスエーブル状態になってその計数値を保持
し、従って半導体発光素子11の駆動電流の大きさがその
まま保持される。 次にタイミング信号T1の立上がりによりエッジ検出回
路18がアップダウンカウンタ17のディスエーブル状態を
解除すると、比較器16の出力が高レベルであれば（半導
体発光素子11の出力強度が基準値より強ければ）アップ
ダウンカウンタ17はダウンカウンタとして動作し、発振
器19からのクロック信号により計数値が減少して行く。
よってデジタル／アナログ変換器20の出力が減少して半
導体発光素子11の駆動電流が減少し、増幅器15の圧力が
減少する。そして増幅器15の出力が基準電圧Vref1より
小さくなって比較器16の出力が高レベルから低レベルに
反転すると、エッジ検出回路18は比較器16の出力の立下
がりエッジを検出してアップダウンカウンタ17をディス
エーブル状態にする。したがってアップダウンカウンタ
17が計数値を保持することになり、半導体発光素子11の
駆動電流の大きさがそのまま保持される。 半導体発光素子12の出力も同様に制御される。すなわ
ち増幅器15の出力電圧が比較器21で基準電圧Vref2と比
較され、この比較器21の出力によりアップダウンカウン
タ22のカウントモードが制御される。タイミング信号T2
の立上がりによりエッジ検出回路23がアップダウンカウ
ンタ22をイネーブル状態にすると、アップダウンカウン
タ22は発振器19からのクロック信号を比較器21の出力が
低レベルか高レベルかに応じてアップカウント又はダウ
ンカウントする。アップダウンカウンタ22の計数値はデ
ジタル／アナログ変換器24によりアナログ量に変換さ
れ、駆動回路14は信号処理回路７からの情報信号により
半導体発光素子12を駆動してその駆動電流をデジタル／
アナログ変換器24の出力に応じて変化させる。エッジ検
出回路23は比較器21の出力の立上がりエッジ、立下がり
エッジを検出してアップダウンカウンタ22をディスエー
ブル状態にする。 半導体発光素子11,12の出力を１個のフオトダイオー
ド９で制御する場合タイミング信号T1,T2を制御する必
要があり、第３図はそのタイミング図で、第４図はタイ
ミング信号発生回路である。ゲート信号は図示しない回
路により光検出器６からの同期信号に基いてこれと同期
させて生成した信号であり、レーザビームで感光体ドラ
ム５を走査して情報を書込む期間TAには高レベルになっ
てそれ以外の期間TBには低レベルとなる。J/Kフリップ
フロップ25はそのゲート信号の立下がりでトリガーされ
て反転し、J/Kフリップフロップ25の比反転出力信号，
反転出力信号と上記ゲート信号との各アンドがアンド回
路26,27でとられて第３図（３）（４）に示すようなタ
イミング信号T1,T2が得られる。このタイミング信号T1,
T2は情報の書込みを行なわない期間TBに主走査毎に交互
に発生する。タイミング信号T1の立上がりでエッジ検出
回路18によりアップダウンカウンタ17がイネーブル状態
になって半導体発光素子11のみがタイミング信号T1によ
り駆動回路13で点灯され、その出力が上述の如く制御さ
れてアップダウンカウンタ17がディスエーブル状態にな
る。また、タイミング信号T2の立上がりでエッジ検出回
路23によりアップダウンカウンタ22がイネーブル状態に
なり、半導体発光素子12のみがタイミング信号T2により
駆動回路14で点灯されてその出力が上述の如く制御され
る。情報書込み期間TAには駆動回路13,14が信号処理回
路７からの情報信号により半導体発光素子11,12を変調
して感光体ドラム３に情報を書込む。発振器19の発振周
波数は半導体発光素子11,12の出力制御時間（アップダ
ウンカウンタ17,22がイネーブル状態になる時間）が情
報書込みをしない時間TBより短くなるように決めてお
き、情報書込み時間TAに半導体発光素子11,12の電流を
保持すれば半導体発光素子11,12の出力は熱結合の影響
による出力変動がなくなり常に一定となる。 このように、この例は、複数の発光素子11、12を有す
る半導体レーザアレイ１の各発光素子11、12の駆動電流
をそれぞれ外部信号により該各発光素子11、12の出力光
量が一定になるように調整して保持する制御手段として
の制御回路10を有する半導体レーザアレイの出力制御装
置において、複数の発光素子11、12の相互の熱結合によ
る出力変動の時定数よい短い所定の時間毎に制御手段10
に外部信号T1、T2を与えることによって複数の発光素子
11、12の駆動電流の保持を解除させて複数の発光素子1
1、12の駆動電流の調整を行わせる外部信号付与手段と
してのJ/Kフリップフロップ25、アンド回路26、27から
なるタイミング信号発生回路を備えたので、発光素子1
1、12の熱結合による出力変動を少なくすることができ
る。 第５図は外部信号付与手段としてのタイミング信号発
生回路の他の例である。この例ではアップダウンカウン
タ17のイネーブル信号が図示しない回路で情報書込みを
しない期間TBの前半で発生し、このイネーブル信号と上
記ゲート信号をインバータ28で反転した信号とのアンド
がアンド回路29でとられてタイミング信号T2が得られ
る。上記ゲート信号はインバータ28で反転されてタイミ
ング信号T1となり、これらのタイミング信号T1,T2は第
３図（５）（７）に示すように主走査毎に順次発生す
る。このタイミング信号発生回路を用いれば半導体発光
素子11,12の出力制御の周期が主走査の周期と同じにな
り、出力制御精度が更によくなる。 本発明は半導体レーザアレイが３個以上の発光素子を
有する場合にも同様に実施でき、半導体レーザアレイが
３個の発光素子を有する場合には例えば第６図に示すよ
うなタイミング信号発生回路を用いればよい。このタイ
ミング信号発生回路はカウンタ30、アンドゲート31〜33
及びインバータ34〜37からなり、上記ゲート信号より第
３図（８）〜（10）に示すように主走査毎に順次タイミ
ング信号T1〜T3を生成する。 第７図は本発明の他の実施例における半導体レーザ駆
動回路８及び制御手段としての制御回路10の構成を示
し、第８図はそのタイミング図である。 この実施例では上述の例において増幅器15の出力信号
が比較器38,39で基準電圧Vref1,Vref2と比較されてその
差分が出力され、比較器38の出力が誤差増幅器40で増幅
されてサンプリングホールド回路41でサンプリングパル
スP1によりサンプリングされ保持される。サンプリング
ホールド回路41の出力はローパスフイルタ42を通して駆
動回路13に入力され、駆動回路13はタイミング信号T1に
より半導体発光素子11を点灯してローパスフイルタ42の
出力に比例した電流を半導体発光素子11に流す。サンプ
リングホールド回路41はタイミング信号T1により半導体
発光素子11が点灯している時にサンプリングパルスP1に
より誤差増幅器40の出力をサンプリングし保持する。同
様に比較器39の出力が誤差増幅器43で増幅されてサンプ
リングホールド回路44でサンプリングパルスP2によりサ
ンプリングされ保持される。サンプリングホールド回路
44の出力はローパスフィルタ45を介して駆動回路14に入
力され、駆動回路14はタイミング信号T2により半導体発
光素子12を点灯してローパスフイルタ45の出力に比例し
た電流を半導体発光素子12に流す。サンプリングホール
ド回路44はタイミング信号T2により半導体発光素子12が
点灯している時にサンプリングパルスP2により誤差増幅
器43の出力をサンプリングし保持する。タイミングパル
スT1,T2は外部信号付与手段としてのタイミング信号発
生回路にて主走査毎に順次発生する。このように主走査
毎に（半導体レーザアレイ１の熱結合による出力変動の
時定数より短かい時間毎に）半導体発光素子11,12を順
次点灯させてサンプリングホールド回路41,44で誤差増
幅器40,43の出力をサンプリングし保持することにより
半導体発光素子11,12の出力変動をなくすことができ
る。駆動回路13,14は情報書込み時TAには信号処理回路
７からの情報信号により半導体発光素子11,12を駆動
し、ローパスフイルタ42,45の出力に応じた電流を半導
体発光素子11,12に流す。 （効果） 以上のような本発明によれば複数の発光素子を有する
半導体レーザアレイの各発光素子の駆動電流をそれぞれ
外部信号により該各発光素子の出力光量が一定になるよ
うに調整して保持する制御手段を有する半導体レーザア
レイの出力制御装置において、前記複数の発光素子の相
互の熱結合による出力変動の時定数より短い所定の時間
毎に前記制御手段に外部信号を与えることによって前記
複数の発光素子の駆動電流の保持を解除させて前記複数
の発光素子の駆動電流の調整を行わせる外部信号付与手
段を備えたので、発光素子の熱結合による出力変動を少
なくすることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
レーザプリンタの一例を示すブロック図、第３図は本発
明の実施例のタイミング図、第４図〜第６図は本発明の
各実施例のタイミング信号発生回路を示すブロック図、
第７図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第８図
は同実施例のタイミング図、第９図は半導体レーザアレ
イの電流対光出力特性を示す特性曲線図である。 ９……光検出器、11,12……発光素子、13,14……駆動回
路、16,21……比較器、17,22……アップダウンカウン
タ、20,24……デジタル／アナログ変換器、18,23……エ
ッジ検出回路、25……J/Kフリップフロップ、26,27,29,
31〜33……アンド回路、28,34〜37……インバータ、30
……カウンタ、38,39……比較器、41,44……サンプリン
グホールド回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/113

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．複数の発光素子を有する半導体レーザアレイの各発
   光素子の駆動電流をそれぞれ外部信号により該各発光素
   子の出力光量が一定になるように調整して保持する制御
   手段を有する半導体レーザアレイの出力制御装置におい
   て、前記複数の発光素子の相互の熱結合による出力変動
   の時定数より短い所定の時間毎に前記制御手段に外部信
   号を与えることによって前記複数の発光素子の駆動電流
   の保持を解除させて前記複数の発光素子の駆動電流の調
   整を行わせる外部信号付与手段を備えたことを特徴とす
   る半導体レーザアレイの出力制御装置。