JP3707073B2

JP3707073B2 - 光量制御方法

Info

Publication number: JP3707073B2
Application number: JP2001226929A
Authority: JP
Inventors: 順信坂本
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003039724A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームの走査光と電子写真プロセスにより印字するレーザビームプリンタ等の記録装置の半導体レーザ駆動方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームプリンタは、半導体レーザの露光をオンとオフの２値で行い感光ドラム上に画像を静電潜像している。このとき、半導体レーザは温度によって駆動電流に対する光出力の特性が大きく変動し、温度が高いほど同一の光出力を得るための駆動電流が大きくなる。このレーザの光出力が一定でないと、静電潜像後の画質を一定に保つことが出来なくなったり、感光体上の書き出し位置を決定するため、ビーム走査上で感光体の走査線上以外の位置に設けられているビーム検出器の光検出タイミングが変化し、書き出し位置が変化する不具合が発生する。
【０００３】
このようなことから、温度に依存せずに半導体レーザの光出力を一定に保つため、半導体レーザの近傍に設けられたホトディテクタにてレーザの光出力を検出してフィードバックを行なうＡＰＣ(Automatic Power Control)動作が一般に行われている。このＡＰＣ動作は、一般に印字区間外あるいはページ間の短い時間(数μｓ〜数百μｓ)で行われるため、高速動作が要求される。したがって、レーザの光出力を検出するホトディテクタも一般に面積を小さくして高速応答に対応している。
【０００４】
また、印刷速度の高速化が進み、半導体レーザの多ビーム化が図られ、複数のラインを同時走査する方式がいろいろ考えられているが、その一つに半導体レーザを複数用いる方式がある。例えば１列に４つの半導体レーザが並んだ半導体レーザアレイの構成において、レーザチップ近傍に設けたフォトディテクタにて、１走査ごとに感光体上の印刷領域以外の領域でビームの光出力を検出し、基準レベルと比較しレーザの光量を制御するＡＰＣ回路が設けてある。ここで、４つの半導体レーザのＡＰＣ動作は、１走査に１つの半導体レーザのＡＰＣ制御を行ない、４走査で半導体レーザアレイのすべてのレーザの光量をＡＰＣ制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した４ビーム走査においては、すべての半導体レーザのＡＰＣ動作が終了するのに４走査分の時間を要し、印刷速度によっても変化するが、４走査の時間は数百μｓから数十ｍｓ程度である。この程度の時間では、半導体レーザの温度変化も少ないため、光量の変化も少ないので、十分半導体レーザの光量変化精度を数％以下に確保することができる。しかし、更なる高速化、高精細化に伴なってビーム本数が増え、１０ビーム前後からそれ以上のビーム本数になり、例えば３×３の２次元で配列された半導体レーザの場合など、ビーム本数が９本となり、すべてのビームのＡＰＣ動作を終了するまで９走査分の時間がかかるため、印字パターンによっては、半導体レーザアレイの温度がその間に変化して、実際のレーザ光量が変化してしまい、印刷に濃度むらが発生するという問題がある。また特定のレーザのみ発光した場合など、そのレーザのみ温度が上昇し、光量が他のレーザに対して低下するため、ビーム走査上で感光体の走査線上以外の位置に設けられ、感光体上の書き出し位置を決定するビーム検出器の光検出タイミングが変化し、書き出し位置が変化する不具合が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、１走査間に複数個の半導体レーザの光量を時分割に一定の光量に制御することによって、半導体レーザの個数分走査する必要がなくなり、少なくとも半分以下の時間ですべて半導体レーザの光量を制御することが可能となる。また、１走査間に光量を制御される複数個の半導体レーザは、前記ビーム検出器のビーム受光面内に同時に入射されるｎ個のビームを発生するｎ個の半導体レーザとすることによって、常にビーム検出器に入射される光量を一定にすることが可能となり、書き出し位置の変動が少なくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一例について図面を参照して説明する。
【０００８】
図８は、本発明に係る光走査装置が適用される例えばレーザビームプリンタの光学系を示すものである。半導体レーザアレイ６は、一例として図７に示すようなレーザダイオードが３×３の２次元配列にて９個で構成されている。半導体レーザアレイ６からは９本のビームが出射される。半導体レーザアレイ６より出射した９本のビームはコリメータレンズ１１を通り、ポリゴンミラー１４に達する。ポリゴンミラー１４は、駆動モータ１５によって、回転変動の少ない高速回転を行っている。ここで、ポリゴンミラー１４と駆動モータ１５で構成されたスキャナモータ１６は、半導体レーザアレイ６からの９本のビームを偏向し走査する。この偏向走査された９本のビームは、非球面レンズ１３を介して感光体１２上に達し、主走査方向に走査する。この時９本のビームが感光体上に斜めに、ある特定のピッチ（６００ｄｐｉのときは約４０μｍ）で配置するように半導体レーザアレイ６が角度を持って固定されている。
【０００９】
半導体レーザアレイ６を印字データからオンオフ制御し、感光体１２が副走査方向に回転することによって、図のように感光体上に静電潜像を形成する。
【００１０】
コリメータ１１及び非球面レンズ１３は、感光体上のビームを一定に絞るため用いられている。
【００１１】
コリメータ１１とポリゴンミラー１４の間に設けられたハーフミラー２は、半導体レーザアレイ６の光出力の一部をフォトディテクタ７へ導くためのものであり数多くの種類があるが、透明なガラス板に金属を蒸着させ、その膜厚で反射率と透過率を決めるのが一般的である。ハーフミラー2とフォトディテクタ７の間にレンズ３が設けられ、このレンズ3によって、半導体レーザアレイ６より出射されたレーザビームすべての本数を、ホトディテクタ７の受光面に導くような構成となっている。これによって、半導体レーザアレイ６からの光出力を各ビーム間のバラツキ無く正確に検出することが可能となる。レンズ３は、本図では１個用いているが、光学系の構成やハーフミラー２の位置によっては、複数個用いても良い。
【００１２】
ビーム検出器１は、感光体上の書き出し位置を決定するため、ビーム走査上で感光体の走査幅以外の位置に設けられている。
【００１３】
図６にビーム検出器の一例を示す。ビーム検出器１内に光を検出するディテクタ２が設けられ、このディテクタ２は高速のＰＩＮホトダイオードからなり、その前面にスリット３が設けられた構成となっており、このスリット部を介したディテクタ２の一部がビームの受光面となる。
【００１４】
ディテクタ２及びスリット３に、図７に示した例えば９本のレーザビームＢ１〜Ｂ９がθの角度で走査してきた場合、レーザビームＢ１、Ｂ４、Ｂ７はスリット内に同時に入射し、ディテクタから３ビーム分の光強度（合成光量）を持った光信号を得て、電圧に変換される。この電圧波形は非常に歪みの少ない信号を得ることが可能となる。この信号と１つの基準レベルと比較し書き出し位置のための制御信号を得る。
【００１５】
それ以降の走査方向のビームＢ２、Ｂ５、Ｂ８及びＢ３、Ｂ６、Ｂ９のビームの分離は、走査方向のスリット幅Ｓ２が、（走査方向のビームピッチP1―ビーム直径）より狭くすることで分離可能である。
【００１６】
なお、ディテクタ２の形状が、スリット３と同じ形状であれば、スリット３を設ける必要はなく、直接ディテクタ２で検出することが可能である。
【００１７】
図７は半導体レーザアレイ６の３×３のビーム配置図の一例を示す。図のように、レーザ６−１から６−９まで９本のレーザが均等に配列されている。ここで、図１に示すように、、各ビームの副走査方向間隔が所定の間隔（６００ｄｐｉの場合は約４２μｍとなる）になるように傾きを持って走査する必要があるため、図７の半導体レーザアレイ６は傾きをもって光学系に取り付けられている。
【００１８】
図１は上記のように構成されたレーザビームプリンタにおける本発明の制御方式の全体構成を示すものである。９は全体的な制御を司る主制御部としてのＣＰＵであり、８は印字データ書込み制御回路であり、この印字データ書込み制御回路８は、半導体レーザ選択回路１７を介して、イメージデータ書込み用の半導体レーザアレイ６の光変調を行なうレーザ駆動回路５を駆動制御して、ホストから転送してきたビデオイメージの印字データを感光体１２上の所定の位置に書き込むように制御している。ビーム検出器１で得られた水平同期信号は、印字データ書込み制御回路８に送出している。１０は、インターフェイス回路であり、ホストへのステータスデータの出力、ホストからのコマンドデータ及び印字データの受け取り等の制御を行なう。半導体レーザアレイ６からの光出力の一部は、光量制御回路４内のフォトディテクタにて検出し、レーザの光出力を一定に保つようレーザ駆動回路５を光量制御回路４にて制御する。
【００１９】
図２に本発明における半導体レーザ選択回路１７の一例を示す。半導体レーザ選択回路１７は、ビーム検出器１からの信号(ビーム検出信号)によりカウンタが動作し、そのカウンタ値に応じて選択器により半導体レーザアレイ６の中のＡＰＣ動作を行う複数のレーザを選択し、次のビーム検出信号の直前に、タイマにて時分割にＡＰＣ動作を行う複数個のレーザの発光信号を出すべくレーザ駆動回路へ送る。サンプリング信号はＡＰＣ動作を行うための信号で、光量制御回路４へ送られる。このサンプリング信号は、発光信号に対して遅延回路にて遅れて信号がだされる。
【００２０】
図４に上記動作の概略タイミングチャートを示す。ビーム検出を行うために、ビーム検出区間の間、半導体レーザアレイは全発光するように、レーザ変調信号が出される。ビーム検出後、各ビームごとに書き出し位置が決定されて、印字を行うべくレーザ変調信号に印字データが送出される。この印字を行う印字区間後とビーム検出区間の間にてＡＰＣ動作を行うための区間が設けられている。ＡＰＣ動作を行なうレーザは、その前のタイミングで得たビーム検出器信号にてカウンタが動作し、カウンタ値で設定された選択回路で、この区間に行なう複数個のレーザを決定している。
【００２１】
以下に光量制御回路４の動作について説明する。
【００２２】
光量制御回路４とレーザ駆動回路５の実施例を図３に示す。光量検出用のホトディテクタ７からの出力電流を電圧変換し増幅する増幅器ＡＭＰ１、この増幅器ＡＭＰ１の出力信号とボリュームＶＲで得られたレーザ光量制御基準電圧との比較し、増幅するための比較器ＡＭＰ２、半導体レーザアレイ６のレーザ６−１の光量制御を行なうときにオンとなるアナログスイッチＳＷ１、レーザ６−２の光量制御を行なうときにオンとなるアナログスイッチＳＷ２、コンデンサＣ１、Ｃ２にチャージされた電荷による電圧のインピーダンス変換用増幅器ＡＭＰ３、ＡＭＰ５、ここまでがレーザ６−１、６−２の光量制御回路４で構成されている。次に、前記レーザ６−1、６−２に流す電流を制御するバファアンプＡＭＰ４、ＡＭＰ６、前記レーザ６−１、６−２をオン、オフさせるための高速トランジスタＴＲ１、ＴＲ２にて、レーザ６−１、６−２のレーザ駆動回路５が構成されている。ここで、レーザ６−１、６−２の光量を決定保持し光出力するためのアナログスイッチＳＷ１、ＳＷ２からバッファアンプＡＭＰ４、ＡＭＰ６、レーザ６−１、６−２までの回路ＬＤ１、ＬＤ２の回路構成は、レーザ６−３〜６−９も同様の回路ＬＤ３からＬＤ９となっている。
【００２３】
このような構成において、図５を用いて具体的な動作について説明する。まず、図２でも説明したように、カウンタ値で設定された複数レーザ選択器によって発光するレーザ６−１、６−２、６−３が選択され、各レーザがタイマ回路によって発光する時間が設定され、それぞれのレーザは図に示すように時分割に発光する。まず、変調信号Ｓ１によってレーザ６−１の光出力が可能になる(第１ビーム発光区間)、ここで、コンデンサＣ１の電荷がチャージされている量だけレーザが光る。その時、ホトディテクタ７に光が来るので増幅器ＡＭＰ１の出力は光量に比例した電圧となり、レーザ光量制御基準電圧と比較されて比較器ＡＭＰ２に出力される。この時、変調信号Ｓ１によってＡＭＰ２の比較出力が安定するための時間(Ａ−Ｂの区間)がかかるため、図２に示した遅延回路によって、ある特定の時間(Ａ−Ｂの区間)をおいて、サンプリング信号Ｔ１が供給される(Ｂ−Ｃ区間)。アナログスイッチＳＷ１が閉じ、比較器ＡＭＰ２からの電圧が出力されるので、抵抗Ｒ４を介してコンデンサＣ１にチャージされる。このコンデンサＣ１のチャージにより増幅器ＡＭＰ３の出力電圧が決定し、バッファアンプＡＭＰ４の出力電流も決定し、レーザ６−１は目標の光量で発光する。その後、サンプリング信号Ｔ１が供給されている間は、上記ホトディテクタ７のモニタ電流に応じてレーザ６−１が一定の光量で発光するように制御が行なわれる。
【００２４】
次にサンプリング信号Ｔ１の供給が停止し(Ｃ点)、その後変調信号Ｓ１が停止し(Ｄ点)、レーザ６−１発光が停止する。この時コンデンサＣ１にはチャージされた電圧が保持され、印刷時には印刷データにしたがって変調信号Ｓ１にオンオフ信号を供給することでレーザ６−１の光をオンオフすることが可能となる。
【００２５】
次に、他の変調信号及びサンプリング信号が供給停止した状態にて、複数レーザ選択器によって選択されたレーザ６−２によって変調信号Ｓ２の供給が開始され、レーザ６−２の光出力が可能になる(第２ビーム発光区間)、ここで、コンデンサＣ２の電荷がチャージされている量だけレーザが光る。この時、フォトディテクタ７に光が来るので増幅器ＡＭＰ１の出力は光量に比例した電圧となり、レーザ光量制御基準電圧と比較されて比較器ＡＭＰ２に出力される。この時、変調信号Ｓ２によってＡＭＰ２の比較出力が安定するための時間(Ｄ−Ｅの区間)がかかるため、遅延回路にてある特定の時間(Ｄ−Ｅの区間)をおいて、サンプリング信号Ｔ２が供給される(Ｅ−Ｆ区間)。アナログスイッチＳＷ２が閉じ、比較器ＡＭＰ２からの電圧が出力されるので、抵抗Ｒ６を介してコンデンサＣ２にチャージされる。このコンデンサＣ２のチャージにより増幅器ＡＭＰ５の出力電圧が決定し、バッファアンプＡＭＰ６の出力電流も決定し、レーザ６−２は目標の光量で発光する。その後、サンプリング信号Ｔ２が供給されている間は、上記ホトディテクタ７のモニタ電流に応じてレーザ６−２が一定の光量で発光するように制御が行なわれる。
【００２６】
次にサンプリング信号T２の供給が停止し(Ｆ点)、その後変調信号Ｓ１が停止し(Ｇ点)、レーザ６−２発光が停止する。この時コンデンサＣ２にはチャージされた電圧が保持され、印刷時には印刷データにしたがって変調信号Ｓ２にオンオフ信号を供給することでレーザ６−２の光をオンオフすることが可能となる。
【００２７】
上記と同様に、レーザ６−３も同様に、光量が制御され一定の光量を保つように制御される。その後、ビーム検出のため、全ビームが発光する。
【００２８】
そして、次のビーム検出を行う前に、複数レーザ選択器にて選択したレーザ６−４、６−５、６−６が上記と同様にAPC動作を時分割で動作する。その後、次のビーム検出を行う前に、複数レーザ選択器にて選択したレーザ６−７、６−８、６−９が上記と同様にＡＰＣ動作を時分割で動作する。
【００２９】
上記した様に、３回のビーム検出、つまり３回の走査後にすべてのビームのＡＰＣ動作が行われることになり、これを繰り返していく。
【００３０】
本説明では、１走査の間に３個の半導体レーザのＡＰＣ動作を行うことについて説明したが、９個のレーザすべてを１走査間で行ったり、２走査で９個のレーザを行うために最初５個行い、次に４個行うなど組み合わせは自由に行っても構わない。
【００３１】
また、図６に示したように、ビーム検出器１に入るビームは、Ｂ１、Ｂ４、Ｂ７がほぼ同時であり、次のビームＢ２、Ｂ５、Ｂ８そしてＢ３、Ｂ６、Ｂ９も同様にほぼ同時に入射する。このため、ビーム検出器１には、３つのビーム（例えばＢ１、Ｂ４、Ｂ７）の合成光量が入射されるため、３つのビームの内１つでも検出時に光量が変化してしまうと、合成光量値が変化してしまい、一定の基準レベルと比較したときに、合成光量値が基準レベルを交差する時間がずれてしまう。つまり、感光体上の書き出し位置がずれてしまい、書き出し位置精度が悪化し、縦線などの揺れにつながって来る。そのために、１走査でのAPC動作を行う半導体レーザを、ビームＢ１、Ｂ４、Ｂ７である６−１、６−４、６−７とすることで、ビーム検出器１に入ってくる光量を常に一定に保持することが可能となる。同様に、ビームＢ２、Ｂ５、Ｂ８（半導体レーザ６−２、６−５、６−８）、そしてビームＢ３、Ｂ６、Ｂ９（半導体レーザ６−３、６−６、６−９）の組み合わせにて、１走査ごとにＡＰＣ動作を実施することで、精度の高いビーム検出器の出力を得ることが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
上記したように、簡単な回路構成ですべてのビームを短期間にＡＰＣ動作を終了することが可能となった。また、最適な組み合わせにて半導体レーザのＡＰＣ動作を行うことによって位置精度の高いビーム検出信号を得ることができた。なお、今回ビーム本数は３×３の２次元ビームの構成で考えたが、複数のビーム構成であれば自由である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御ブロック図。
【図２】本発明に係る制御ブロック図。
【図３】ＡＰＣ回路図。
【図４】回路のタイミングチャート。
【図５】回路のタイミングチャート。
【図６】ビーム検出器の一例。
【図７】３×３の２次元半導体レーザアレイの配置図一例。
【図８】光学系の概略構成図。
【符号の説明】
１はビーム検出器、２はハーフミラー、３はレンズ、４は光量制御回路、５はレーザ駆動回路、６は2次元半導体レーザアレイ、７はフォトディテクタ、１１はコリメータレンズ、１３は非球面レンズ、１４はポリゴンミラー、１２は感光体、１７は半導体レーザ選択回路である。

Claims

複数の半導体レーザより出射される半導体レーザビームにより走査光を発生する光学系と、該走査光により感光体上に静電潜像を形成した後で現像を行う現像系を備えた記録装置において、
半導体レーザビームの配列がｎ×ｍで構成され、かつ感光体上に静電潜像するために、ビームがある特定の角度で斜め走査した光走査光学系で、半導体レーザビームの少なくとも一部をフォトディテクタに集光し、該フォトディテクタより得た半導体レーザビームの光量を電圧変換し、その結果と基準電圧を比較する比較器と、該比較器の結果を時分割に決定保持するための保持回路と、
前記光走査光学系は、時分割に複数個の半導体レーザビームの光量を制御するために、ビーム検出器の信号にて動作するカウンタと、該カウンタの値からｎ×ｍより少ない複数の半導体レーザビームを選択する選択回路とを有し、
１走査間に該選択された複数の半導体レーザビームの光量を時分割に一定の光量に制御し、
次以降の走査で、残りの半導体レーザビームの光量の制御を行うことを特徴とした該記録装置の光量制御方法。
請求項１記載の光量制御方法において、
前記光学系は前記半導体レーザビームを感光体上の書き出し位置を決定するために、半導体レーザビームを検出するビーム検出器を設けており、１走査間に光量制御される複数個の半導体レーザは、前記ビーム検出器のビーム受光面内に同時に入射されるｎ個のビームを発生するｎ個の半導体レーザであることを特徴とする光量制御方法。