JP2918939B2

JP2918939B2 - 光量調整方法

Info

Publication number: JP2918939B2
Application number: JP29977989A
Authority: JP
Inventors: 正次内山; 秋生野口; 行秀牛尾; 洋司芹澤; 和朗山田; 誠竹内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-11-20
Filing date: 1989-11-20
Publication date: 1999-07-12
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JPH03160480A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は複数の光出力レベルを有する発光素子を発
光させて感光体上に画像を形成する画像形成装置および
光量調整方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、静電写真方式を用いたプリンタ（例えばレーザ
ビームプリンタやLEDプリンタ）においては、その露光
手段として半導体レーザや発光ダイオード（LED）が使
用されている。

これらの光学素子は、光出力が素子によって異なるの
みならず、同一素子を用いても温度等の影響により大き
く変動する。

第５図はこの種の装置に使用される光学素子の光出力
特性を示す特性図であり、縦軸は光出力P_Oを示し、横軸
は光学素子に印加する順電流I_Fを示す。

例えばある時間t_nにおいて、第５図に示す光出力特性
101であった光学素子がその環境温度の変動に応じて、
破線で示す光出力特性102または光出力特性103を示すこ
とが知られている。

このため、上記のように光学素子の光出力特性が変動
しても、光出力P_nを一定に保持するために、光学素子に
印加する順電流I_Fの値I_n（光出力特性101に対応）を光
出力特性102を示す環境下では値I_n-1とし、光出力特性1
03を示す環境下では値I_n+1とする必要がある。

これらの光出力制御を、一般にAPC（Auto Power Cont
rol）と呼ばれ、光出力をモニタし、そのレベルをあら
かじめ設定しておいた目標値と比較し、その値を増減す
ることにより光出力を、例えば第６図に示す回路により
一定のレベルに保持制御している。

第６図は従来の光量制御回路の一例を示す要部制御回
路図である。

図において、113はオペアンプで、このオペアンプ113
およびトランジスタ114,抵抗器115により定電流回路を
構成し、オペアンプ113に印加する電圧に応じてトラン
ジスタ114および抵抗器115に電流Ｉが印加される。トラ
ンジスタ111のベースには画像信号VDが入力され、半導
体レーザ110に流れる電流ＩをON/OFF変調する。ダイオ
ード112はトランジスタ111がOFFしている際に、下段の
定電流回路に電流Ｉを流している。

117はレーザ光量をモニタするためのフォトダイオー
ドであり、半導体レーザ110の光量に比例した電流が流
れる。この電流を抵抗器116により電流−電圧変換し、
ポート119から図示しないA/D変換器等に出力され、光量
データがコントローラに通知される。なお、118は入力
電圧である。

以下、第７図に示すフローチャートを参照しながら第
６図に示した光量制御回路の動作について説明する。

第７図は、第６図に示した光量制御回路の動作を説明
するフローチャートである。なお、（１），（２）は各
ステップを示す。

APCが開始されると同時にオペアンプ113に印加する電
圧を１ステップ（D/Aコンバータの値を＋１）上げる
（１）。

次いで、ポート119の電圧をモニタし（例えばA/Dコン
バータでCPUに取り込み、設定された目標値と比較す
る）、ポート119のモニタ電圧値が目標値に到達したか
どうかを判断し（２）、YESならばAPCを終了し、NOなら
ばステップ（１）に戻って、オペアンプ113に印加する
電圧をさらに１ステップ上げる。

このような処理をポート119のモニタ電圧値が目標値
に到達するまで繰り返す。

既存のレーザビームプリンタ等は、このようにして発
光素子の光量を調節している。

また、近年の技術に中間調画像を形成する目的、ある
いは画質を補正する目的のため、半導体レーザ110を上
述のように二値制御するのではなく何段階かの発光レベ
ルにて発光させるものがある。

ここで、画質補正等の目的で大，中，小の光量で画像
形成を行う場合の光量制御について説明する。

第８図は従来の多段光量制御時の光出力特性を説明す
る特性図であり、第５図と同一のものには同じ符号を付
してある。

図において、I_S，I_M，I_Lは電流値を示し、P_S，P_M，P_L
は電流値I_S，I_M，I_Lに対応する光出力を示す。

このような光出力特性を得るためには、第６図に示し
たオペアンプ113の入力電圧118を３段階に切り換えれば
可能である。しかし、画像形成に必要な速度で電流値を
切り換えるには、オペアンプ113の応答速度が問題とな
り、実用上支障生じる場合がある。

そこで、第９図に示すように、複数の定電流回路にあ
らかじめ必要な電流値を設定してそれぞれを切り換える
方が望ましい。

第９図は従来の多段光量制御回路の一例を示す要部制
御回路図である。

図において、121〜123はトランジスタで、第６図に示
したトランジスタ111と同様のものであり、電流I₁〜I₃
のスイッチングを行う。

124〜126はダイオードで、第６図に示したダイオード
112と同様に機能する。

127〜129は定電流回路で、第６図に示したオペアンプ
113およびトランジスタ114,抵抗器115等により構成さ
れ、入力電圧133〜135に基づいて電流I₁〜I₃を流す回路
である。130〜132は入力信号である。

136はダイオード、137は抵抗器、138は出力ポート
で、受光した光量に応じて抵抗器137により電流−電圧
変換し、出力ポート138から図示しないA/D変換器等に出
力され、光量データがコントローラに通知される。

これにより、電流値I_S（I₁），I_M（I₁＋I₂），I_L（I₁
＋I₂＋I₃）として半導体レーザ120の光出力P_Oを光出力P
_S，P_M，P_Lに制御する。

以下、第10図に示すフローチャートを参照しながら第
９図の動作について説明する。

第10図は、第９図に示した光量制御回路の動作を説明
するフローチャートである。なお、（１）〜（９）は各
ステップを示す。

先ず、トランジスタ123をONし（１）、定電流回路129
の入力電圧133を１ステップ上げる（２）。次いで、出
力ポート138のモニタ電圧が光出力（光量）P_Sに相当す
る電圧かどうかを判断し（３）、NOならばステップ
（２）に戻り、YESならばトランジスタ122をONし
（４）、定電流回路128の入力電圧134を１ステップ上げ
る（５）。次いで、出力ポート138のモニタ電圧が光出
力（光量）P_Mに相当する電圧かどうかを判断し（６）、
NOならばステップ（５）に戻り、YESならばトランジス
タ121をONし（７）、定電流回路127の入力電圧135を１
ステップ上げる（８）。次いで、出力ポート138のモニ
タ電圧が光出力（光量）P_Lに相当する電圧かどうかを判
断し（９）、NOならばステップ（８）に戻り、YESなら
ばAPCを終了する。

なお、これまで上述したAPCは、画像形成前に実行さ
れるAPCであり、それ以後は補正用のAPCを実行する。す
なわち、補正用のAPCは定電流回路の電流を「０」から
上げるのではなく第11図に示すフローチャートに従って
現在の電圧値を「＋１」あるいは「−１」することによ
り補正する。

第11図は従来の補正APC処理手順の一例を説明するフ
ローチャートで。なお、（１）〜（３）は各ステップを
示す。

先ず、ポート119の電圧値と目標値とを比較し
（１）、目標値より小さい場合には入力電圧118を１ス
テップ上げ（２）、補正用APCを終了し、ステップ
（１）の判断で目標値より大きい場合には入力電圧118
を１ステップ下げ（３）、目標値に一致した場合には補
正APCを終了する。

なお、上記補正用APCは、複数枚の用紙を連続して印
字する場合に紙と紙との間の非画像形成時間中に実行さ
れる。

また、ローラ転写方式等のように紙に相当しない場所
を露光してはいけない場合は、APCは例え紙と紙との紙
間であっても、水平同期信号（HSYNC）140が立ち上がっ
て、ON/OFF信号となる画像信号（VIDEO）141の画像形成
が完了してからAPC期間142のタイミングでAPCを行う必
要がある。なお、光量変調をかける場合には、複数本の
信号線からなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第12図に示したAPC期間のように短時
間でAPCを行うことは、複数の光出力を持たない場合に
は可能であるが、複数の場合には時間的に間に合わない
事態が発生する。

すなわち、トランジスタ123をONし、半導体レーザ120
を発光させ、フォトダイオード136の出力を出力ポート1
38のモニタ電圧を読み取るという一連のフィードバック
を実行している間に第12図に示したAPC期間が過ぎてし
まうという問題点があった。

また、上記第９図に示すように各定電流回路127〜129
に個別に電圧を設定するために、回路規模が大きくな
り、回路コストが引き上げあれてしまう。このため、安
価に高画質を実現しようとした場合、出力レベル数を減
らさなければならなくなる。更に、ローラ転写方式の場
合には、紙に転写されない部分が現像されないようにす
るため、感光体以外のところでAPCを短時間に完了する
ことが困難となる等の問題点があった。

この発明は、上記の問題点を解消するためになされた
もので、複数の光出力レベルを有する発光素子を発光さ
せて感光体上に画像を形成する画像形成装置および光量
調整方法において、複数の光出力レベルのうち最大でな
く且つ最小でない一つの光出力レベルをモニタして複数
の光出力レベルを調整することにより、簡単な処理で複
数の光出力レベルの調整を短時間で行うことができ、さ
らにその他の光出力レベルについての所望値からの誤差
を低く押さえることができる画像形成装置および光量調
整方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る画像形成装置は、複数の光出力レベル
を有する発光素子を発光させて感光体上に画像を形成す
る画像形成装置であって、電圧信号を入力する入力手段
と、前記電圧信号に応じて複数の電流レベルを発生する
手段と、前記発生手段より発生される複数の電流レベル
を選択的に前記発光素子に流すことにより、前記発光素
子を前記複数の光出力レベルのうち任意の光出力レベル
で発光させるスイッチング手段と、前記複数の光出力レ
ベルのうち最大でなく且つ最小でない一つの光出力レベ
ルをモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段のモニタ
値に応じて前記電圧信号を制御する制御手段とを有し、
前記複数の光出力レベルのうち一つをモニタすることに
より前記複数の光出力レベルを調整することを特徴とす
る。

また、この発明に係る光量調整方法は、電圧信号に応
じて複数の電流レベルを発生し、発生される複数の電流
レベルを選択的に発光素子に流すことにより、前記発光
素子を複数の光出力レベルのうち任意の光出力レベルで
発光させて感光体上に画像を形成するための光量調整方
法であって、前記発光素子が画像形成用に有する複数の
光出力レベルのうち最大でなく且つ最小でない一つの光
出力レベルをモニタする工程と、前記モニタ工程のモニ
タ値に応じて前記電圧信号を入力する工程とを有し、前
記複数の光出力レベルのうち一つをモニタすることによ
り前記複数の光出力レベルを調整することを特徴とす
る。

〔作用〕

この発明によれば、複数の光出力レベルを有する発光
素子を発光させて感光体上に画像を形成する画像形成装
置および光量調整方法であって、複数の光出力レベルの
うち一つをモニタすることにより複数の光出力レベルを
調整することにより、一つの光出力レベルを所望値に制
御するのに要するのと同等の時間で、複数の光出力レベ
ルを凡そ目標値に調整することができるので、光出力レ
ベルの調整処理を短時間で且つ簡易なシーケンスで実現
することを可能とし、またその際に、複数の光出力レベ
ルのうち最大でなく且つ最小でない一つの光出力レベル
を用いて複数の光出力レベルの調整を行うので、その他
の光出力レベルについての所望値からの誤差を低く押さ
えることを可能とする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す画像形成装置に係
る光出力決定処理回路の一例を示す回路ブロック図であ
り、１は半導体レーザで、入力される信号21,22,23のON
/OFF状態に基づいてトランジスタ２〜４がON/OFFして、
例えば３段階で光出力P_S，P_M，P_Lを変化させることが可
能に構成されている。

５〜７はダイオード、８〜10はトランジスタで、各ト
ランジスタ８〜10のエミッタ側には同抵抗値となる抵抗
器11〜13が接続されている。14〜16はオペアンプで、各
オペアンプ14〜16には抵抗器17〜19の抵抗値R₁₇，R₁₈，
R₁₉の抵抗比（（R₁₇＋R₁₈＋R₁₉）：（R₁₈＋R₁₉）：
R₁₉）で決定される電圧が各オペアンプ14〜16の非反転
入力端子に入力される。従って、トランジスタ８〜10の
ベースには抵抗比（（R₁₇＋R₁₈＋R₁₉）：（R₁₈＋
R₁₉）：R₁₉）で決定される電流がそれぞれ印加され、入
力電圧20に印加される電圧を可変することにより、上記
抵抗比（（R₁₇＋R₁₈＋R₁₉）：（R₁₈＋R₁₉）：R₁₉）を維
持しつつ、半導体レーザ１に印加する電流Ｉを制御す
る。24はフォトダイオードで、受光した光量に比例した
電流が流れる。この電流を抵抗器25により電流−電圧変
換し、ポート26から図示しないA/D変換器等に出力さ
れ、光量データがコントローラ27に通知される。

このように構成された回路において、光出力レベル決
定手段は、上記８〜19等で構成され、任意の一つの光出
力レベル、この実施例では光出力P_Mをモニタし、この光
出力P_Mに対する１つの光出力レベル決定に付随して同一
レベル方向に連動しながら残る各光出力P_S，P_Lに対する
各光出力レベルを上記抵抗比（（R₁₇＋R₁₈＋R₁₉）：（R
₁₈＋R₁₉）：R₁₉）によって定まる電流により同時に決定
し、１つの光出力レベル決定シーケンスにより複数の光
出力レベル決定処理を完了することを可能とする。

また、制御手段を構成するコントローラ27はは光出力
レベル決定手段により光出力を決定するシーケンス（例
えば第２図に示すフローチャートの各手順）を１ライン
または数ラインの画像形成描画毎に画像形成範囲外領域
で行い、画像形成処理中に複数の光出力レベルP_S，P_M，
P_Lを目標値に設定する。27aはA/D変換部で、ポート26か
らの光量アナログ信号をA/D変換する。

第２図は、第１図に示したコントローラ27によるAPC
処理の一例を示すフローチャートである。なお、（１）
〜（４）は各ステップを示す。

先ず、トランジスタ４およびトランジスタ３をONし
（１），（２）、入力電圧20を１ステップ上げる
（３）。次いで、フォトダイオード24の出力のA/D変換
値が光出力レベルP_Mに一致したかどうかを判断し
（４）、YESならばAPCを終了し、NOならばステップ
（３）に戻り、入力電圧20を１ステップ上げ処理を繰り
返す。

これにより、トランジスタ４のみをONすると、光出力
レベルP_Sで半導体レーザ１が発光し、トランジスタ3,4
をONすると、光出力レベルP_Mで半導体レーザ１が発光
し、トランジスタ２〜４すべてををONすると、光出力レ
ベルP_Lで半導体レーザ１が発光する。

なお、この実施例では１光出力レベルとして光出力レ
ベルP_Mで光量レベル調整を実行する場合について説明し
たが、採用する１光出力レベルとしては光出力レベル
P_S，P_M，P_Lの任意の１つで良い。

なお、上記実施例では抵抗器11〜13の抵抗値を同一値
として、トランジスタ８〜10のベースには抵抗比（（R
₁₇＋R₁₈＋R₁₉）：（R₁₈＋R₁₉）：R₁₉）で決定される電
流がそれぞれ印加され、入力電圧20に印加される電圧を
可変することにより、上記抵抗比（（R₁₇＋R₁₈＋
R₁₉）：（R₁₈＋R₁₉）：R₁₉）を維持しつつ、半導体レー
ザ１に印加する電流Ｉを制御する場合について説明した
が、第３図に示すように抵抗器33〜35の抵抗値を異なる
値として、１個のオペアンプ36に印加する入力電圧40に
基づいて半導体レーザ１に印加する電流Ｉを制御するよ
うに構成しても良い。

第３図はこの発明の他の実施例を示す画像形成装置に
係る光出力決定処理回路の一例を示す回路ブロック図で
あり、第１図と同一のものには同じ符号を付してある。

図において、30〜32はトランジスタで、各トランジス
タ30〜32のベースにはオペアンプ36の出力に接続され、
各トランジスタ30〜32のエミッタ側には抵抗値の異なる
抵抗器33〜35が接続されている。37〜39は入力信号で、
トランジスタ４〜２をON/OFFし、半導体レーザ１に印加
する電流Ｉを決定する。

40は前記コントローラ27から出力される入力電圧で
る。

このように定電流回路を構成することにより、トラン
ジスタ32〜30に流れる電流は抵抗器35〜33の逆数比とな
り、１つのオペアンプ36に入力する入力電圧40を制御す
ることにより、光出力レベルP_Sの制御に連動して残る光
出力レベルP_M，P_Lをも相対的に安価な回路コストでコン
トロールすることができる。

なお、APC制御手順は、第１図に示した回路による制
御手順に準ずるので説明は省略する。

また、上記各実施例では光出力レベルを３段階変える
場合について説明したが、このような段階数に限定され
ず、必要な段階数に応じて回路を構成すれば良い。

更に、上記各実施例では光出力P_S，P_M，P_Lの調整をハ
ード構成により達成する場合について説明したが、第９
図に示した従来の多段APCにおいて、第４図に示すフロ
ーチャートに従う一連の処理（ソフトウエア処理）によ
りこの発明に係るAPC処理を実現することも可能であ
る。

第４図はこの発明のさらに他の実施例を示す画像形成
装置に係る光出力決定処理手順の一例を説明するフロー
チャートである。なお、（１）〜（６）は各ステップを
示す。

先ず、、トランジスタ123をONし（１）、入力電圧133
を１ステップ上げる（２）。次いで、出力ポート138か
らモニタした電圧レベルが光出力レベルP_Sに一致したか
どうかを判定し（３）、NOならばステップ（２）に戻
り、光出力レベルP_Sに一致するまで入力電圧133を１ス
テップ上げる処理を繰り返し、YESならばその時の印加
電圧値をV₁₃₃と設定する（４）。次いで、トランジスタ
123,122をONした場合に半導体レーザ120が光出力レベル
P_Mの出力で発光するために必要な電流（I₁＋I₂）のう
ち、電流I₂を定電流回路128に流すために入力電圧値134
としてV₁₃₃×α（あらかじめ設定される定数）を印加し
（５）、トランジスタ123,122,121をONした場合に半導
体レーザ120が光出力レベルP_Lの出力で発光するために
必要な電流（I₁＋I₂＋I₃）のうち、電流I₃を定電流回路
127に流すために入力電圧135としてV₁₃₃×β（あらかじ
め設定される定数）を印加し（６）、APCを終了する。

このような処理を従来系の多段APC回路に実行するこ
とにより、従来系のAPC回路にもこの発明を適用でき、
しかも高速にAPCレベルを設定することが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、複数の光出
力レベルを有する発光素子を発光させて感光体上に画像
を形成する画像形成装置であって、電圧信号を入力する
入力手段と、前記電圧信号に応じて複数の電流レベルを
発生する手段と、前記発生手段より発生される複数の電
流レベルを選択的に前記発光素子に流すことにより、前
記発光素子を前記複数の光出力レベルのうち任意の光出
力レベルで発光させるスイッチング手段と、前記複数の
光出力レベルのうち最大でなく且つ最小でない一つの光
出力レベルをモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段
のモニタ値に応じて前記電圧信号を制御する制御手段と
を有し、前記複数の光出力レベルのうち一つをモニタす
ることにより前記複数の光出力レベルを調整することに
より、一つの光出力レベルを所望値に制御するのに要す
るのと同等の時間で、複数の光出力レベルを凡そ目標値
に調整することができるので、光出力レベルの調整処理
を短時間で且つ簡易なシーケンスで実現することができ
る。また、その際に、複数の光出力レベルのうち最大で
なく且つ最小でない一つの光出力レベルを用いて複数の
光出力レベルの調整を行うので、その他の光出力レベル
についての所望値からの誤差を低く押えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す画像形成装置に係る
光出力決定処理回路の一例を示す回路ブロック図、第２
図は、第１図に示したコントローラによるAPC処理の一
例を示すフローチャート、第３図はこの発明の他の実施
例を示す画像形成装置に係る光出力決定処理回路の一例
を示す回路ブロック図、第４図はこの発明のさらに他の
実施例を示す画像形成装置に係る光出力決定処理手順の
一例を説明するフローチャート、第５図はこの種の装置
に使用される光学素子の光出力特性を示す特性図、第６
図は従来の光量制御回路の一例を示す要部制御回路図、
第７図は、第６図に示した光量制御回路の動作を説明す
るフローチャート、第８図は従来の多段光量制御時の光
出力特性を説明する特性図、第９図は従来の多段光量制
御回路の一例を示す要部制御回路図、第10図は、第９図
に示した光量制御回路の動作を説明するフローチャー
ト、第11図は従来の補正APC処理手順の一例を説明する
フローチャート、第12図は従来のAPC実行タイミングを
説明するタイミングチャートである。図中、１は半導体レーザ、２〜4,8〜10はトランジス
タ、５〜７はダイオード、11〜13,17〜19,25は抵抗器、
14〜16はオペアンプ、27はコントローラ、24はフォトダ
イオードである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者芹澤洋司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者山田和朗東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者竹内誠東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭62−237786（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−56452（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−224478（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−233673（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光出力レベルを有する発光素子を発
光させて感光体上に画像を形成する画像形成装置であっ
て、電圧信号を入力する入力手段と、前記電圧信号に応じて複数の電流レベルを発生する手段
と、前記発生手段より発生される複数の電流レベルを選択的
に前記発光素子に流すことにより、前記発光素子を前記
複数の光出力レベルのうち任意の光出力レベルで発光さ
せるスイッチング手段と、前記複数の光出力レベルのうち最大でなく且つ最小でな
い一つの光出力レベルをモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段のモニタ値に応じて前記電圧信号を制御
する制御手段とを有し、前記複数の光出力レベルのうち一つをモニタすることに
より前記複数の光出力レベルを調整することを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項２】電圧信号に応じて複数の電流レベルを発生
し、発生される複数の電流レベルを選択的に発光素子に
流すことにより、前記発光素子を複数の光出力レベルの
うち任意の光出力レベルで発光させて感光体上に画像を
形成するための光量調整方法であって、前記発光素子が画像形成用に有する複数の光出力レベル
のうち最大でなく且つ最小でない一つの光出力レベルを
モニタする工程と、前記モニタ工程のモニタ値に応じて前記電圧信号を入力
する工程とを有し、前記複数の光出力レベルのうち一つをモニタすることに
より前記複数の光出力レベルを調整することを特徴とす
る光量調整方法。