JP2767592B2

JP2767592B2 - 多値光量制御装置

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Publication number: JP2767592B2
Application number: JP63253866A
Authority: JP
Inventors: 和之島田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: JPH0214163A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の技術分野）本発明は、レーザープリンター，レーザーファクシミ
リ，デジタル複写機等のデータ書込みに半導体レーザー
を用いる場合の多値光量制御装置に関するものである。

（従来の技術）従来、半導体レーザーを利用したレーザープリンター
においては、ハードコピーの印字（画像）濃度を変えた
い場合、次のように行なっていた。

半導体レーザーの発光強度を検出して、その検出発光
強度値（電圧V_x）を予め設定された基準値（基準電圧V
_ref）と比較し、その比較結果に基づいて発光強度が基
準値に対応する発光強度となるように、半導体レーザー
の駆動電流値（Ｉ）をフィードバック制御するオート・
パワー・コントロール（Auto Power Controll…APC）回
路を備えて行なっていた。（特開昭62−116071号公報参
照）即ち、あるパワーレベル（初期値）にAPCされた制御
値と、予め定められた強度設定値とを加算した結果によ
り、D/A変換器を介して半導体レーザーの駆動電流を決
定していた。ここで、上記の強度設定値とは、例えば
「100000」というデジタル値であり、これをD/A変換器
を介してアナログ値として制御する。この時の半導体レ
ーザーの駆動電流値としては、ΔiDATA＝100000で表わ
される。

従来は上記D/A変換器の利得を一定としているので、
第３図に示すようにΔｉ∝デジタル値の関係があり、傾
きは一定となる。

また、半導体レーザーの特性として第４図（Ｉ）に示
すように発光強度Ｐ（縦軸）と駆動電流Ｉ（横軸）との
対応関係において直線X,Yの傾きを示す微分効率ηがあ
る。これは、一定駆動電流に対する光出力の傾きであ
り、この特性は同一種個々の半導体レーザーによって異
なり、また同じ半導体レーザーであっても経時的に変化
する。

このため、発光強度を設定するのに初期値と一定な強
度設定値とを加算した結果により、半導体レーザーを駆
動する上記方法によると、設定条件により発光強度にバ
ラツキが生じる欠点があった。

（発明が解決しようとする課題）上述したように従来の光量制御方法においては、初期
値と一定な強度設定値を加算して半導体レーザーを駆動
するため、その設定条件により光強度がばらついて、ハ
ードコピーが良質な濃度で印字（画像）が作成できない
という問題点があった。

本発明は上述した従来の問題点を解消し、半導体レー
ザーからの光量出力をある範囲内（第１と第２の基準値
の範囲）で可変制御する場合、半導体レーザー素子の特
性のバラツキ、温度変化等に係わらず、精度良く光強度
を設定できることを目的とするものである。

（構成および作用）本発明は上記目的を達成するため、第１の基準値と第
２の基準値間の任意の値に対応するデジタル値の設定信
号を出力するデジタル値設定回路と、このデジタル値設
定回路からの設定信号を受けて光書込走査時における半
導体レーザーの発光強度を第１の基準値に設定するため
のデジタル値の基準値信号を生成する第１の出力強度制
御回路と、上記デジタル値設定回路からの設定信号を受
けて第２の基準値に設定するためのデジタル値の補正幅
制御信号を生成する第２の出力強度制御回路とを備え、
しかも上記デジタル値設定回路からの設定信号をアナロ
グ信号化するための第１のデジタル／アナログ変換器
と、この第１のデジタル／アナログ変換器の利得を、上
記補正幅制御信号をアナログ信号に変換してその信号に
より調整するための第２のデジタル／アナログ変換器
と、上記基準値信号をアナログ信号化する第３のデジタ
ル／アナログ変換器と、上記アナログ信号化された設定
信号および上記アナログ信号化された基準値信号を受け
て、この基準値信号を上記設定信号によって演算変調す
ることによりアナログ信号を生成する演算回路と、この
アナログ信号を変調信号によって変調することにより半
導体レーザーを駆動する駆動回路とを備えたことを特徴
とする。

本発明は光書込走査時における半導体レーザーの発光
強度を第１の基準値に設定するためのデジタルの基準値
信号を第１の出力強度制御回路によって得る。また、上
記発光強度を第２の基準値に設定するための補正幅制御
信号を第２の出力強度制御回路によって得る。そして、
半導体レーザーを上記第１の基準値から第２の基準値ま
での範囲で可変する場合、例えば、レーザープリンタ
ー、レーザーファクシミリ、デジタル複写機等で、印字
（画像）濃度を調整したい場合にパワーレベルをパワー
レベル設定回路によりデジタルの設定信号を得る。

この設定信号は、第１のD/A変換器によりアナログ信
号にアナログ変換される。また上記補正幅制御信号は、
第２のD/A変換器によりアナログ信号にアナログ変換さ
れる。また、上記基準値信号も第３のD/A変換器により
アナログ信号にアナログ変換される。

この場合、第１のD/A変換器の利得がアナログ変換さ
れた上記補正幅制御信号により調整される。そして、ア
ナログ変換された設定信号と基準値信号とは、演算回路
に入力され、アナログ信号を得る。このアナログ信号を
変調信号によって変調しつつ、半導体レーザーを駆動す
るものである。

（実施例）周知の如く半導体レーザーの発光強度Ｐは、駆動電流
Ｉとともに直線的に変化するから、この駆動電流Ｉを制
御することで発光強度Ｐを制御することができる。

ここで前述した第４図を参照すると同図（Ｉ）の直線
X,Yは半導体レーザーの発光強度Ｐと駆動電流Ｉとの対
応関係を示し、直線X,Yの傾きを微分効率ηといい、こ
の微分効率は同一種の半導体レーザーでも一定ではな
く、第４図（II）に示すように統計的にばらつくことが
知られている。

第４図（Ｉ）のＸで示す如きＰ−Ｉ特性を有する半導
体レーザーの場合、一走査ラインの中央部での発光強度
Ｐ（Ｂ）を得るためには、発光強度Ｐ（Ａ）のときの駆
動電流よりΔI_xだけ駆動電流を小さくすればよいが、Ｐ
−Ｉ特性がＹの如きものであると、一走査ラインの両端
での発光強度Ｐ（Ａ）のときの駆動電流よりもΔI_Yだけ
駆動電流を小さくしないと発光強度Ｐ（Ｂ）を実現でき
ない。

本実施例は上述したように所望の発光強度を得るため
の半導体レーザーの駆動電流の制御にパワーレベル設定
回路を設けたことを主要な特徴とするものである。

第５図は、本発明が実施されるレーザープリンターの
概略構成を示す断面図である。この動作の概要は、給紙
装置１から矢印Ａ方向に給送された記録紙２は、レジス
トローラ対３によってタイミングをとられてドラム状の
感光体４からなる潜像担持体へ搬送される。

感光体４は反時計方向に回転駆動され、その際帯電チ
ャージャー５によって表面を帯電され、レーザー光学系
６からのレーザー光を照射されて感光体上に静電潜像が
形成される。

この潜像は現像装置７を通るときトナーによって可視
像化され、この可視像は感光体４へ搬送された記録紙２
に転写チャージャー８により転写され、転写された記録
紙上の可視像は定着装置９によって定着される。そし
て、定着装置を出た記録紙２は、矢印Ｂ方向の排紙部11
へ給送される。

一方、可視像転写後の感光体４は、クリーニングブレ
ード12を有するクリーニング装置によって残留トナーを
除去される。感光体から除去されたトナーは、トナー回
収タンク13に回収され、ここに収容される。なお、10は
プリンタ本体、14はコントローラ、15はプリンタ制御部
である。

第１図は本発明の一実施例のブロック図を示す。

第１図において、16は半導体レーザー、17はホトセン
サ、18は増幅器、19は基準電圧V_ref1とホトセンサで受
光した光の強度に比例した電圧変換された電圧V_Mとの比
較器、20はアップ／ダウンカンウター（以下、単にカウ
ンターという）で、比較器19の電圧V_Mと基準電圧V_ref1
の大小関係に応じて高，低レベル（U/D）が入力されカ
ウントモードが制御される。21はエッジ検出回路で、比
較器19の立上り、または立下りを検出する。22はフリッ
プフロップで、エッジ検出回路21の検出出力により、カ
ウンター20をディスエーブル状態に復帰させる。23は第
３のD/A変換器、24は加算器、25は半導体レーザー（L
D）駆動回路で、上記17〜25で第１の出力制御回路を構
成する。

また、26は基準電圧V_MとV_ref2との比較器、27は前記
カウンター20と同様のアップ／ダウンカウンター（以
下、単にカウンターという）で、比較器26の電圧V_Mと基
準電圧V_ref2の大小関係に応じて高，低レベル（U/D）が
入力されカウントモードが制御され、同時にクロックパ
ルス発生器33のクロックパルスをアップもしくはダウン
カウントする。28はエッジ検出回路で前記エッジ検出回
路21と同様、比較器26の立上り、または立下りを検出す
る。29はフリップフロップで前記フリップフロップ22と
同様にエッジ検出回路28の検出出力によりカウンター27
をディスエーブル状態に復帰させる。30,31はそれぞれ
第1,第２のD/A変換器、32は増幅器であり、前記ホトセ
ンサ17、増幅器18,26〜32,前記加算器24、LD駆動回路25
で第２の出力強度制御回路を構成する。

34は本発明が特徴とするパワーレベル設定回路、35は
デジタル値設定回路で、フリップフロップ29により、パ
ワーレベル設定回路34に設定されたデジタル値を第１の
D/A変換器30へ出力する。

以上のように構成された本装置の動作についてのべ
る。まず、基準値信号の発生につき説明する。

半導体レーザー16を駆動するためのLD駆動回路25に、
一定の駆動信号（図示されず）が印加される。すると半
導体レーザー16から、一定強度のレーザー光が、前方及
び後方へ射出される。

さて、半導体レーザー16から後方へ射出されたレーザ
ー光は、ホトセンサー17に受光される。ホトセンサー17
は、受光した光の強度に比例した電流を出力し、この電
流は増幅器18により電圧に変換され、比較器19,26にそ
れぞれ電圧値V_Mとして印加され、基準電圧V_ref1，V_ref2
と比較される。比較器19の出力電圧は、電圧V_MとV_ref1
の大小関係に応じて高レベルまたは低レベルとなり、カ
ウンター20のカウントモードを制御する。例えば、V_M＜
V_ref1のとき、すなわち、半導体レーザー16の出力強度
が第４図に示す基準値Ｐ（Ａ）に達していないときは、
比較器19の出力が低レベルとなり、カウンター20はアッ
プカウンターとして作動するカウントモードすなわちア
ップモードとなる。

また、V_M＜V_ref1のときは、逆にダウンカウンターと
して動作するカウントモードすなわちダウンモードとな
る。

フリップフロップ22は、半導体レーザー（LD）16の光
量制御を開始するためのパワーセット信号36によりセッ
トされて出力信号を生じ、カウンター20のディスエーブ
ル状態を解除する。そして第１の基準値に相当するデジ
タル値をデジタル値設定回路35から相当するデジタル値
をデジタル値設定回路35から出力させ、第１のD/A変換
器30でアナログ変換し加算器24へ加える。また、カウン
ター20はクロックパルス発生器33からのクロックパルス
を比較器19からの入力に応じてアップまたはダウンカウ
ントする。

カウンター20のカウント出力は、第３のD/A変換器23
にて、アナログ信号に変換され、加算器24を介してLD駆
動回路25に印加され、駆動信号を変化させる。これによ
って半導体レーザー16の発光強度が変化する。

すなわち、カウンター20の計数値が徐々に増加（また
は減少）するにともなって、半導体レーザー16からのレ
ーザー光の強度は徐々に増加（または減少）し、比較器
19に印加される電圧V_Mは、徐々に増加（または減少）す
る。

このようにして、電圧V_Mが徐々に変化して、V_ref1と
の大小関係が反転すると、比較器19の出力も、低レベル
から高レベル（または高レベルから低レベル）へと反転
する。このとき、エッジ検出回路21が、比較器19の出力
の立上り（または立下り）のエッジを検出して、フリッ
プフロップ22をリセットし、カウンター20をディスエー
ブル状態に復帰させる。従って、カウンター20は、上記
比較器19の出力反転の際の計数値を保持し、従って、半
導体レーザー16の駆動電流の大きさが、そのまま保持さ
れる。このとき実質的にV_M＝V_ref1であり、半導体レー
ザー16の出力強度は、基準電圧V_ref1を通じて設定され
た第１の基準値Ｐ（Ａ）に設定される。このように、半
導体レーザー16の発光強度が第１の基準値Ｐ（Ａ）に設
定された状態で、カウンター20から出力されるデジタル
信号が基準値信号である。

なお、エッジ検出回路21は、比較器19の出力が低レベ
ルから高レベルへ反転したときにのみ、カウンター20を
ディスエーブル状態にするように構成してもよい。この
ようにすると、比較器19の出力レベルが低レベルから高
レベルへ反転するときは、上記の場合と同じであるが、
上記出力レベルが高レベルから低レベルへと反転すると
きには、以下の如くになる。すなわち、高レベルから低
レベルに反転すると、カウンター20は、ディスエーブル
状態が解除されたまま、アップカウンターとして動作す
ることになる。そして、半導体レーザー16の駆動電流は
増加し、比較器19の出力が低レベルから高レベルへと反
転すると、エッジ検出回路21がその立上りエッジを検出
して、カウンター20をディスエーブル状態にして、その
計数値を保持させるのである。

また、カウンター20は、比較器19の出力が低レベルで
ダウンカウンターとして作動し、上記出力が高レベルで
アップカンウターとして作動するようにし、その計数値
と半導体レーザー16の駆動電流が反比例するようにして
もよい。エッジ検出回路21、カウンター20に関して、こ
こでのべたことは、エッジ検出回路28、カウンター27に
ついてもあてはまる。

なお、フリップフロップ22がリセットされるとき、カ
ウンター20がディスエーブル状態に復帰するとともに、
第２の基準値に相当するデジタル値をデジタル値設定回
路35から出力させる。

このようにホトセンサー17からLD駆動回路25までが第
１の出力強制御回路を構成し、第１および第２の基準値
に相当するデジタル値がアナログ変換されLD駆動回路25
へ出力される。

さて、エッジ検出回路21の出力は、前述の如く、フリ
ップフロップ22をリセットするが、それと同時に、フリ
ップフロップ29をセットする。これにより、フリップフ
ロップ29は出力を生じ、カウンター27のディスエーブル
状態を解除する。従って、半導体レーザー16の発光強度
が、第１の基準値Ｐ（Ａ）を実現すると同時に、カウン
ター27は、比較器26の出力が低レベルか高レベルかに応
じて、クロックパルス発生器33からのクロックパルスを
アップもしくはダウンカウントする。

このカウンター27のカウント出力は、第２のD/A変換
器31でアナログ信号にアナログ変換され増幅器32、第１
のD/A変換器30、加算器24を介して、LD駆動回路25に印
加される。これにより、カウンター27の計数値の増減に
ともない、半導体レーザー16からのレーザー光の発光強
度も増減する。そして、基準電圧V_ref2を通じて設定さ
れた、発光強度の第２の基準値Ｐ（Ｂ）が実現される
と、その事実が比較器26の出力のレベル反転としてエッ
ジ検出回路28により検出され、エッジ検出回路28は出力
を発してフリップフロップ29をリセットする。これによ
り、カウンター27はディスエーブル状態に復帰し、その
出力は、上記第２の基準値Ｐ（Ｂ）が実現されたときの
出力値を維持する。このときの、カウンター27の出力
が、補正幅制御信号である。

従って、前記ホトセンサー17、増幅器18,26〜32、前
記加算器24、LD駆動回路25が第２の出力強度制御回路を
構成し、第２の基準値に設定するための補正幅制御信号
をうる。

また、フリップフロップ29の出力によりデジタル値設
定回路35からは、パワーレベル設定回路34で設定された
デジタル値を第１のD/A変換器30へ出力する。

第1,第２の基準値Ｐ（Ａ）,P（Ｂ）は、光量可変幅の
設計条件として定まるが、Ｐ（Ａ）−Ｐ（Ｂ）を与える
第４図（Ｉ）に示す駆動電流差ΔＩは、半導体レーザー
の微分効率ηにより異なる。従って、補正幅制御信号の
大きさは、半導体レーザー16の微分効率ηと対応関係に
ある。

このようにして得られたカウンター27からのデジタル
の補正幅制御信号は、第２のD/A変換器31によりアナロ
グ変換されてアナログ信号となり、増幅器32を介して第
１のD/A変換器30に印加され、同変換器30の利得を、補
正幅制御信号の大きさに比例して変化させる。

上記、基準値信号，補正幅制御信号は、パワーセット
の行なわれるたびに変動することはありうるが、一旦パ
ワーセットが行なわれたのちの、次回のパワーセットま
で変化することはない。

上記説明から明らかなように、基準値信号は、半導体
レーザー16の発光強度の第１の基準値Ｐ（Ａ）にもとづ
いて決定され、設定信号はパワーレベル設定回路34のパ
ワーレベル設定値により決定されるから、これら基準値
信号、設定信号はどちらも半導体レーザーの微分効率η
に対する情報を含んでいない。

従って、第１のD/A変換器30の利得が一定であると、
第２の基準値に相当するパワーを出力するべきデジタル
値での発光強度は、微分効率ηのバラツキや、経時的変
動によって所定の強度Ｐ（Ｂ）からずれてしまう。これ
によって、半導体レーザー16の発光強度は、第１の基準
値に相当するデジダル値から第２の基準値に相当するデ
ジタル値までずれることになる。

しかるに本発明では、上記微分効率ηに関する情報を
含んでいる補正幅制御信号（カウンター27のアナログ変
換出力）により、微分効率ηに応じて、第１のD/A変換
器30の利得を調整して発光強度Ｐ（Ｂ）を実現するの
で、第１の基準値から第２の基準値まで、所望の発光強
度を実現できるのである。

第２図は第１図のデジタル値設定回路35の一実施例を
示し、35Aはゲート（GATE）リセット（RESET）、プリセ
ット（PRESET）の入力端子を有するバッファ、35Bはフ
リップフロップ22,29の出力を入力とするデコーダで、
その出力が上記バッファ35Aへ入力される。また、上記
バッファ35Aにはパワーレベル設定回路34からのパワー
セット入力がバッファに入力される。

すなわち、フリップフロップ22,29の出力により第１
の基準値に相当するデジタル値、または第２の基準値に
相当するデジタル値をデコーダ35Bで符号化し、または
パワーレベル設定回路34の出力値をバッファ35Aに選択
して、第１のD/A変換器30へ出力する。

本発明ではパワーセット信号36が発生する毎に第１の
基準値にオート・パワーコントロール（APC）し、その
後、第２の基準値のAPCは半導体レーザー16が温度的に
安定している状態にあるならば、毎回APCを行なう必要
はない。また、システムとして、第1,第２のAPCが行な
われれば、第２のAPCは適宜行なうか、毎回行なっても
よい。また、第１の基準値，第２の基準値は、各々Ｐ
（Ａ）＜Ｐ（Ｂ）、またはＰ（Ａ）＞Ｐ（Ｂ）の何れを
設定してもよい。

また、前記パワーレベル設定回路34へのパワーセット
はマニュアル操作、またはCPUなどの自動セットでもよ
い。

上記実施例において、第１図の半導体レーザー16の発
光強度Ｐ（Ａ）（上限値…第４図（Ｉ））と発光強度Ｐ
（Ｂ）（下限値…第４図（Ｉ））の強度調整において、
量強度Ｐ（Ａ）,P（Ｂ）をAPCにより一定に保ち、多値
データ（強度的に多値）を、第１のD/A変換器30に対す
るデジタル値設定回路35に設定し、ビデオデータにより
半導体レーザー16をON/OFF制御すれば、中間調の濃度で
記録が可能である。

また、半導体レーザー16のパワーを動的に変更したい
場合は、発光特性（第３図）のリニアな領域内に基準電
圧V_refを２個設け、その２点間をデジタル的に分離し、
これをデジタル設定回路に任意に設定することで動作さ
せることができる。

上記説明はレーザープリンターに実施した場合である
が、本発明は光ディスク等の書込み，読取りのための光
量制御に応用できる。

光ディスク信号は、その書込みと読取りに要するパワ
ーの大きさがそれぞれ違うので、第１図に示す半導体レ
ーザー16の特性のバラツキにより、第６図に例示するよ
うに微分効率η（発光強度Ｐと駆動電流Ｉの傾斜）が異
なる。

また、書込み（P_w）については、半導体レーザー16の
駆動電流（Ｉ）をフィードバック制御するオート・パワ
ー・コントロール（APC）を行うと、半導体レーザーが
発光状態にあるため書込み不要なデータが書込まれてし
まう。

そこで、第１図の比較器26に設定する基準電圧V_ref2
を光ディスクへの書込み可能なパワー（P_w）の下限値よ
り幾分低いパワー（P_th）とすれば、P_wをリニアに制御
して不要なデータの書込みを防止できる。

なお、この時の比較器19の基準電圧V_ref1は読取り（P
_R）に設定し、第１のD/A変換器30に対するデジタル値設
定回路35も当然、光ディスクのためのデジタル値
（P_th）に設定される。

（発明の効果）以上説明したように本発明は、異なるレーザー発光レ
ベルである第１基準値と第２基準値間において任意の光
出力を得ることを可能にするため、レーザー動作電流幅
を独立したD/A変換器によって制御することにより、第
１の基準値と第２の基準値との間において迅速かつ精度
よく光量設定することができる。

この結果、半導体レーザー素子の特性のバラツキ、温
度変化等に係わらず、精度良く光強度を設定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるブロック図、第２図
は第１図のデジタル値設定回路35の一実施例にかかるブ
ロック図、第３図は半導体レーザーを駆動する電流値Δ
ｉと発光強度の設定デジタル値Ｄとの関係特性図、第４
図（Ｉ）は半導体レーザーの発光強度Ｐと駆動電流Ｉと
の特性図、第４図（II）は半導体レーザーの微分効率η
の分布を示す図、第５図は本発明が実施されるレーザー
プリンターの概略構成を示す断面図、第６図は光ディス
クに応用する場合のＰ−Ｉ特性図である。 16…半導体レーザー、17…ホトセンサー、18,32…増幅
器、19,26…比較器、20,27…カウンター、21,28…エッ
ジ検出回路、22,29…フリップフロップ、23…第３のD/A
変換器、24…加算器、25…LD駆動回路、30…第１のD/A
変換器、31…第２のD/A変換器、33…クロックパルス発
生器、34…パワーレベル設定回路、35…デジタル値設定
回路、36…パワーセット信号、35A…バッファ、35B…デ
コーダ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基準値と第２の基準値間の任意の値
に対応するデジタル値の設定信号を出力するデジタル値
設定回路と、このデジタル値設定回路からの設定信号を
受けて光書込走査時における半導体レーザーの発光強度
を第１の基準値に設定するためのデジタル値の基準値信
号を生成する第１の出力強度制御回路と、上記デジタル
値設定回路からの設定信号を受けて第２の基準値に設定
するためのデジタル値の補正幅制御信号を生成する第２
の出力強度制御回路とを備え、しかも上記デジタル値設
定回路からの設定信号をアナログ信号化するための第１
のデジタル／アナログ変換器と、この第１のデジタル／
アナログ変換器の利得を、上記補正幅制御信号をアナロ
グ信号に変換してその信号により調整するための第２の
デジタル／アナログ変換器と、上記基準値信号をアナロ
グ信号化する第３のデジタル／アナログ変換器と、上記
アナログ信号化された設定信号および上記アナログ信号
化された基準値信号を受けて、この基準値信号を上記設
定信号によって演算変調することによりアナログ信号を
生成する演算回路と、このアナログ信号を変調信号によ
って変調することにより半導体レーザーを駆動する駆動
回路とを備えたことを特徴とする多値光量制御装置。