JP4356958B2 - 画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法 - Google Patents
画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を感光体上に走査させて画像を形成する画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像データをプリント出力する画像形成装置として、画像情報に基づいて変調したレーザビームを感光体上に走査、露光して静電潜像を形成し、現像、転写、定着などの複写工程を得て所望の画像を記録するレーザビームプリンタが知られている。このようなレーザを発光駆動させる際に、そのレーザの温度特性に基づく変化や経時変化による発光出力の変化を低減させるために自動光量制御（Auto Power Control：ＡＰＣ）を行っている。
【０００３】
これはＰＷＭパルスにより駆動されるレーザから発光されるレーザ光の一部の光量をフォトセンサにより検知し、その検知した光量に応じてフォトセンサから発生される電流値を電圧に変換し、その電圧をバッファ及びアンプ回路を介して電圧ＰＤＯＵＴとして出力する。この電圧ＰＤＯＵＴにより、そのレーザの発光特性を求めている。
【０００４】
図９は、ＰＷＭパルス幅に対するレーザ光量と、そのレーザ光量をモニタする電圧ＰＤＯＵＴ特性を説明する図である。
【０００５】
図９に示すＡ点のように、発光を開始するのは、ある幅を持ったＰＷＭパルス幅からである。そして発光が開始されると、パルス幅に対してその発光される光量は線形に増加する。そして、そのパルス幅がある値を超えると、図９におけるＢ点のように、パルス幅に対して光量はさらに大きな勾配で増加し、その後、光量がＰsatで示す値に飽和される。これはレーザ駆動電流をオフしても注入キャリア密度が時定数を持ってオフすることになり、前の画素のパルスの影響を受けてしまうためである。通常、この図９におけるＡ点を画像データ最小値の時のパルス幅、Ｂ点を画像データ最大値の時の最大パルスになるようにＰＷＭのパルス幅調整を行う。
【０００６】
図９におけるＡ点やＢ点は、レーザダイオード毎の特性の微妙な違いや、これを駆動するレーザ駆動電流回路、更にはレーザタイオードの周りの環境温度などによって異なり、レーザダイオードとレーザ駆動電流回路とを組み合わせたレーザユニット毎に、その環境が変化する度に調整を行わなければならない。そこで通常は、あるタイミンクごとに、レーザの光量をモニタする電圧ＰＤＯＵＴを用いることで最大、最小パルス幅の調整を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の調整方法は発光されるレーザの光量と電圧ＰＤＯＵＴとが比例関係にあることを前提としている。しかしながら、この電圧ＰＤＯＵＴは、レーザ光の光量を検知したフォトダイオードの出力に基づく電圧をバッファやオペアンプ等の回路を通して外部に出力しているため、これらバッファ及びオペアンプに存在する入力オフセット電圧成分による影響を無視できなくなる。
【０００８】
本来、ＰＷＭパルス幅に対する光量特性と、ＰＷＭパルス幅に対するＰＤＯＵＴ特性とは相似な関係になるはずであるが、このような入力オフセット電圧成分のために図９に示すように、光量特性の最小パルス幅の調整用のＡ点のＰＷＭパルス幅がＰＤＯＵＴ特性ではＡ’点にずれてしまう。同様に、最大パルス幅調整用のＢ点のＰＷＭパルス幅もＰＤＯＵＴ特性ではＢ’点にずれてしまう。このため電圧ＰＤＯＵＴをモニタしながらＰＷＭの最小、最大パルス幅の調整を行うと、そのレーザ光の光量特性とパルス幅との関係が一致しなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、上述したようなオフセット成分による影響を受けることなく、レーザの発光量に応じてレーザを駆動する画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また本発明の目的は、レーザより発光される光量を正確に検知し、それに応じた駆動パルス幅の制御を行うことができる画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、 画像信号に応じてレーザダイオードから出力されるレーザ光を変調して画像を形成する画像形成装置であって、
前記レーザダイオードから放出されるレーザ光を検知し、検知されたレーザ光の光量に応じた検知電流を発生する検知手段と、
前記検知手段から出力される前記検知電流が入力され、前記検知電流に基づく検知電圧を発生する回路を有する検知電圧発生手段と、
画像データに基づいて、前記検知電圧に応じた駆動電流で前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、
前記回路による前記検知電圧の電圧低下分を補償するために、前記検知電流に所定電流を加算する電流供給手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
画像信号に応じてレーザダイオードから出力されるレーザ光を変調して画像を形成する画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法であって、
前記レーザダイオードから放出されるレーザ光を検知し、検知されたレーザ光の光量に応じた検知電流を発生する検知工程と、
前記検知工程で出力される前記検知電流が入力される回路によって、前記検知電圧に基づく検知電圧を発生する検知電圧発生工程と、
画像データに基づいて、前記検知電圧に応じた駆動電流で前記レーザダイオードを駆動する駆動工程と、
前記回路による前記検知電圧の電圧低下分を補償するために、前記検知電流に所定電流を加算する電流供給工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ビーム用レーザ駆動回路を備えた画像形成装置（レーザビームプリンタ）の概略構成を示すブロック図である。
【００１５】
図において、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部装置より送られてくる画像信号が、画像書き出しタイミング制御回路１０１に供給される。この画像書き出しタイミンク制御回路１０１は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（ＢＫ）の画像信号に応じて、図２のようなレーザ点灯信号（Laser1−ＯＮ、Laser2−ＯＮ信号）を生成する。
【００１６】
この画像書き出しタイミング制御回路１０１では、画像データをライン毎にそれぞれのレーザタイオード駆動用に振り分けている。即ち、奇数ラインはLaser1−ＯＮ、偶数ラインはLaser2−ＯＮで出力するように振り分けているとともに、画像信号に応じたＰＷＭを行っている。レーザ駆動制御回路１１２は画像書き出しタイミング制御回路１０１からのレーザ点灯信号（Laser1−ＯＮ、Laser2−ＯＮ信号）に応じて、レーザタイオード１を変調駆動する。このレーザダイオード１には、２つのレーザタイオードＬＤ１−１、ＬＤ１−２が含まれている。即ち、Laser1−ＯＮはＬＤ１−１を変調駆動し、Laser2−ＯＮはＬＤ１−２をそれぞれ変調駆動することになる。これらの２つのレーザダイオードからのレーザ光は、ポリゴンモータ１０６が回転駆動することにより矢印方向に回転するポリゴンミラー１０３により反射され、ｆ−θレンズ１０４によってｆθ補正され感光ドラム１０５上を走査する。こうして、感光ドラム１０５上に静電潜像が形成される。
【００１７】
ＢＤセンサ１０７は、レーザ光の１ラインの走査開始位置近傍に設けられ、レーザ光のライン走査を検出し、画像書出しタイミング制御回路１０１で図２のような同一周期の各ラインの走査開始基準信号（ＬＳＹＮＣ信号）と、サンプルホールド信号（Ｓ／Ｈ1，Ｓ／Ｈ2信号）を作り出す。本実施の形態では、２ビーム系のレーザビームプリンタであり、両レーザビームとも同一のＢＤセンサ１０７上を走査するため、ＬＳＹＮＣ信号は１周期内に２つの同期パルス（ＬＳＹＮＣ−Ａ、ＬＳＹＮＣ−Ｂ）が発生する。
【００１８】
最初のパルスＬＳＹＮＣ−Ａが入力された所定時間後にＬＤ１−１用の画像信号（Ｌaser1−ＯＮ）を出力し、次のパルスＬＳＹＮＣ−Ｂが入力された所定時間後にＬＤ１−２の画像信号（Ｌaser2−ＯＮ）を出力する。
【００１９】
これらLaser1−ＯＮ、Laser2−ＯＮ信号は、画像形成用の他にＬＳＹＮＣ信号を検出するための点灯も行う（図中、２００で示す）。そのため、ＬＳＹＮＣ−Ａを検知すると、Laser1−ＯＮはロウレベル（ＬＤ１−１を消灯）となり、その代わりにLaser2−ＯＮがハイレベル（ＬＤ１−２を点灯）となりＬＳＹＮＣ−Ｂを検知することになる。
【００２０】
また感光体１０５の周囲には不図示のマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（ＢＫ）の現像器が設けられ、感光ドラム１０５が４回転する間に４つの現像器が交互に感光ドラム１０５に接し、感光ドラム１０５上に形成されたＭ，Ｃ，Ｙ，ＢＫ（黒）の静電潜像に対応するトナーで現像する。そして、不図示の用紙カセットより給紙された記録用紙１０９は転写ドラム１０８に巻き付けられ、現像器で現像されたトナー像が転写される。この転写ドラム１０８内には、転写ドラム１０８上の記録用紙１０９の先端位置を表すＩＴＯＰ信号を作るためのセンサ１１０が設けられており、転写ドラム１０８が回転して転写ドラム１０８内に固定されたフラグ１１１がセンサ１１０を通過することにより、図２に示すような、各色毎のＩＴＯＰ信号が作られる。このＩＴＯＰ信号を基準に副走査方向の画像書出し位置を決定し、ＬＳＹＮＣ信号を基準に主走査方向の画像書出し位置を決定する。このようにしてＭ，Ｃ，Ｙ，ＢＫの４色が順次記録用紙１０９に転写された後に、その記録用紙１０９は不図示の定着ユニットを通過して排紙される。
【００２１】
図３は、本実施の形態に係るレーザ駆動制御回路１１２の構成を中心に説明するブロック図で、ここでは２つのレーザダイオードを駆動し、それぞれのレーザタイオードのＡＰＣを行う２ビーム系レーザ駆動回路の構成を示している。
【００２２】
まず、レーザタイオード（LD）ＬＤ１−１のＡＰＣの動作原理について説明する。レーザ駆動電流回路４は、レーザ点灯を許可するEnable１*信号（*は負論理信号（ロウツルー）を示す）が論理“ハイレベル（Ｈ）”→“ロウレベル（Ｌ）”になり、Laser1−ＯＮ信号が論理“Ｈ”の時、定電流にてＬＤ１の点灯駆動を行う。ＬＤ１−１は供給された定電流値に応じて発光する。このときフォトタイオードＰＤ２は、そのＬＤ１−１から発せられたレーザ光の一部を入射し、その入射した光量に応じた電流(Ｉmonitor)を発生する。ここでサンプル時にはスイッチ（ＳＷ5）が開かれ、スイッチ（ＳＷ1）６が閉じているので、電流(Ｉmonitor)が可変抵抗器（ＶＲ1）８に流れることで電圧(Ｖmon1)を生じさせる。この電圧(Ｖmon1)はバッファ１０を通してサンプルホールド回路１９に入力される。また、このサンプルホールド回路１９には、基準電圧回路２１からの基準電圧(Ｖref)も入力される。
【００２３】
図４は、本実施の形態に係るサンプル／ホールド回路１９の構成例を示すブロック図である。
【００２４】
このサンプルホールド回路１９に入力されたバッファ１０からの電圧(Ｖmon1)と基準電圧回路２１からの基準電圧Ｖrefは、それぞれコンパレータ６７の非反転端子（＋）と反転端子（−）に入力される。コンパレータ６７は、これら電圧Ｖmon１とＶrefとを比較し、Ｖmon１＜Ｖrefならばロウレベルの信号、Ｖmon１＞Ｖrefならばハイレベルの信号を出力する。ここで、Ｓ／Ｈ1信号がハイレベル（サンプル）時にコンパレータ６７の出力がロウレベルであると、スイッチ６３が閉じて充電用電流源６２からコンデンサ（ＣＨ）６６に充電電流が流れる。逆に、コンパレータ６７の出力がハイレベルであると、スイッチ６４が閉じて放電用電流源６５にコンデンサ（ＣＨ）６６から放電電流が流れる。即ち、サンプルホールド回路１９ではＶmon1＝Ｖrefとなるようにレーザ駆動電流回路４を制御する。
【００２５】
またＳ／Ｈ1信号がロウレベル（ホールド）時はバッファ６１の出力がハイインピーダンスになり、スイッチ６３、６４は共に開いた状態になるため、コンデンサ（ＣＨ）６６の電荷重（電圧値）は保持されたままである。
【００２６】
レーザ駆動電流回路４は、このコンデンサ（ＣＨ）６６に充電された電圧値に応じてレーザダイオードＬＤ１−１の駆動電流量を決定する。これにより、サンプル時は、ＬＤ１−１の発光強度、即ち、ＰＤ２の電流量を目標値になるように補正し、ホールド時は補正された発光強度を保持することができる。なお、可変抵抗器（ＶＲ1）８の抵抗値を変化させることで、そのレーザダイオードＬＤ１−１の発光強度を変化させることが可能となる。
【００２７】
レーザダイオードＬＤ１−２のＡＰＣの動作原理は、上述したＬＤ１−１と同様であるが、ＡＰＣのサンプル動作はＬＤ１−１と同じタイミンクで行えないため、そのサンプル動作のタイミンクをずらして行う必要がある。その他の動作原理は、ＬＤ１−１の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
図３のレーザ駆動制御回路１１２は、レーザダイオードの発光強度を外部でもモニタできる構成を持つ。例えば、ＬＤ１−１の発光強度をモニタする時は、スイッチ（ＳＷ1）６、スイッチ（ＳＷ3）１２を閉じることで、発光強度に応じた電圧ＰＤＯＵＴが出力される。即ち、電圧(Ｖmon1)がバッファ１０を通してオペアンプ１４に入力され、オペアンプ１４、抵抗器（Ｒ1）１５、（Ｒ2）１６によって（１＋Ｒ2／Ｒ1）倍に増幅され、この電圧が抵抗器１７及びコンデンサ１８から構成されるローパスフィルタを通して、電圧ＰＤＯＵＴとして外部に出力される。
【００２９】
この画像形成装置は、画像情報に基づいて画素毎にレーザタイオードＬＤをオン・オフする２値記録方式と、画像情報に基づいて画素内で、所定時間オン期間とオフ期間がある多値記録方式がある。後者の多値記録方式では、画像データに応じて所定パルス幅に変調するパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）により変調された信号によりレーザタイオードＬＤをオン・オフする方式が一般的である。
【００３０】
図５（Ａ）に、このＰＷＭによりレーザダイオードを点灯駆動する時のレーザ特性、即ちレーザタイオードを点灯されるための１画素内のＰＷＭパルス幅（画像データの値に対応）に対するレーザタイオードの光量の関係を示す。
【００３１】
レーザタイオードは、駆動電流が瞬時に立ち上がったとしても、注入キャリア密度がある値にならないと発光を開始しないという特性を持つ。この注入キャリア密度は時定数を持って立ち上がるため、時定数以上のＰＷＭパルス幅をレーザダイオードに加えないと発光を行わない。このため図５（Ａ）に示すＡ点のように、発光を開始するのは、ある幅を持ったＰＷＭパルス幅からである。そして発光が開始されると、パルス幅に対してその発光される光量は線形になる。そして、そのパルス幅がある値を超えると、図５（Ａ）に示すＢ点のように、さらに大きな勾配を持ち、その後、光量がＰsatで示す値に飽和される。これはレーザ駆動電流をオフしても注入キャリア密度が時定数を持ってオフすることになり、前画素のパルスの影響を受けてしまうためである。通常、この図５（Ａ）におけるＡ点を画像データが最小値の時のパルス幅、Ｂ点を画像データが最大値の時の最大パルスになるようにＰＷＭのパルス幅調整を行う。
【００３２】
図６は、ＰＷＭ回路の構成例を示すブロック図である。尚、２ビーム系画像形成装置では、それぞれのレーザタイオード毎にＰＷＭ回路を備えているが、それらは同一の構成であるため、一方のＰＷＭ回路について説明する。
【００３３】
水晶発振器７１から出力されるクロックは１画素の周期であり、この画素クロックを基に三角波発生回路７２で三角波が生成される。この三角波発生回路７２からの三角波には、オペアンプ７４により、Ｄ／Ａ変換器７６出力のアナログ値に応じたオフセット量が加えられる。また、Ｄ／Ａ変換器７３は、画像データをこの画素クロックの立ち上がりのタイミングでＤ／Ａ変換を行う。こうしてオフセットが加えられた三角波と、Ｄ／Ａ変換器７３の出力はコンパレータ７５で比較され、Ｄ／Ａ変換器７３の出力が三角波よりも大きい時はハイレベル、小さい時はロウレベルの信号が出力されることによりＰＷＭが行われる。このコンパレータ７５の出力は、Laser−ＯＮ信号としてレーザ駆動制御回路１１２に入力され、レーザタイオードＬＤ１の点灯駆動信号となる。また、三角波のオフセット量はＤ／Ａ変換器７６の出力で決定され、後述するＣＰＵ２１０（図１０）からの最小パルス幅調整データによって調整される。尚、Ｄ／Ａ変換器７３の出力の最大レンジはＤ／Ａ変換器７７の出力で決定され、これも同様に後述するＣＰＵ２１０からの最大パルス幅調整データによって調整される。
【００３４】
図７は、ＰＷＭを説明する各部の波形を示す図である。
【００３５】
８００で示す各画素の最小単位を表す画素クロック（水晶発振器７１の出力）に同期して、８０１で示す三角波（オペアンプ７４の出力）と画像データのＤ／Ａ出力（Ｄ／Ａ変換器７３の出力）が出力される。また８０２で示すように、コンパレータ７５により三角波と画像データのＤ／Ａ出力とが比較され、その結果パルス幅変調された出力が得られる。更に、８０３で示すように、三角波に加えるオフセット量を調整することで、最小パルス幅を調整することができ、Ｄ／Ａ出力の最大レンジを調整することで、最大パルス幅を調整することができることがわかる。また８０４で示すように、オフセット量を調整することで最小パルス幅が変化する様子と、Ｄ／Ａ出力の最大レンジを調整することで、最大パルス幅が変化する。
【００３６】
また、図５（Ａ）のレーザ特性上で調整範囲を示すと、最小パルス幅調整によってＥ区間を最小パルスに設定でき、最大パルス幅調整によってＦ区間を最大パルス幅に設定できる。図５（Ａ）のＡ点はＥ区間に、Ｂ点はＦ区間に含まれるので、最大パルス幅、最小パルス幅調整を行うことで図５（Ａ）のＡ点を画像データの最小値に、Ｂ点を画像データの最大値に設定することができる。このような調整の結果、Ｍｉｎ＝５％、Ｍａｘ＝９０％に調整したとすると、図５（Ｂ）に示す特性Ｄのような、全画像データに対して光量がリニアーな関係を保つことができる。
【００３７】
次に図３のレーザ駆動制御回路１１２におけるバッファ１０とオペアンプ１４の入力オフセット電圧による影響について考察する。いまバッファ１０の入力オフセット電圧をＶos1、オペアンプ１４の入力オフセット電圧をＶos2とすると、電流(Ｉmonitor)が可変抵抗器（ＶＲ1）８に流れることにより、電圧(Ｖmon1)に対する、電圧ＰＤＯＵＴとして出力される電圧は、
ＰＤＯＵＴ＝(１＋Ｒ2／Ｒ1){(Ｖmon１−Ｖos1)−Ｖos2} …（１）
となり、電圧ＰＤＯＵＴの理想値
（１＋Ｒ2／Ｒ1）Ｖmon１ …（２）
に対して、入力オフセット電圧のために理想値よりも、
−（１＋Ｒ2／Ｒ1）（Ｖos1＋Ｖos2） …（３）
だけ低くなる。
【００３８】
そこで、このオフセット成分をキャンセルするように定電流源２２からスイッチ（ＳＷ5）２３、（ＳＷ1）６を通して、可変抵抗器（ＶＲ1）８に、この減少した分の電流を流せばよいことになる。ここで、式（３）で決定されたオフセット成分をキャンセルする電流値Ｉは、
Ｉ＝（１＋Ｒ2／Ｒ1）（Ｖos1＋Ｖos2）／ＶＲ1 …（４）
となる。この電流値Ｉを定電流源２２から供給した場合におけるＰＷＭパルス幅に対する電圧ＰＤＯＵＴ特性を図８に示す。
【００３９】
図８において、９−１は電流を流さないオフセット成分の影響が現われている時の特性を示し、９−２は式（４）に示す電流値だけ電流を流すことにより、オフセット成分の影響をキャンセルして状態での特性を示している。
【００４０】
この図８からも分かるように、最小パルス幅設定用の電圧ＰＤＯＵＴの立上がりを示す特性９−１上のＡ’点がＡ''点にシフトしている。これは光量特性を示す図９のＡ点のＰＷＭパルス幅と一致する。
【００４１】
また図８では、最大パルス幅調整用の特性９−１上のＢ’点がＢ''点にシフトしている。これも光量特性を示す図９におけるＢ点のＰＷＭパルス幅と一致する。尚、オフセット成分の正確な電圧値がわからない時には、定電流源２２から流す電流は、式（４）で決定される電流値以上の電流値でもかまわない。
【００４２】
図８の９−３は、式（４）で決定される電流値以上の電流を流した時のＰＤＯＵＴ特性を示す。この特性では、Ａ''点はＡ'''点となっている。これは特性９−２の点Ａ''を上にシフトしただけであるため、ＰＷＭパルス幅は変わらない。同様に、特性９−２上のＢ''点は特性９−３上のＢ'''点となるが、その時のＰＷＭパルス幅も変わらないため、調整後の最大、最小パルス幅は同じものとなる。
【００４３】
よって、スイッチ（ＳＷ5）２３を閉じて定電流源２２から所定電流を流しながら以下の図１１に示すフローチャートに従って最小、最大パルス幅の調整を行うことにより、レーザ駆動制御回路１１２でオペアンプのオフセット成分の影響を受けることなく正確なパルス幅調整を行うことができる。
【００４４】
図１０は、本実施の形態に係る画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図で、この制御部からの制御信号や制御データに基づいて、前述の図１に示す画像書き出しタイミング制御回路１０１やレーザ駆動制御回路１１２、及びプリンタエンジン等が制御される。
【００４５】
図１０において、２１０は装置全体の制御を行うＣＰＵ、２１１はプログラムメモリで、ＣＰＵ２１０により実行される制御プログラムや各種データが記憶されている。２１２はＲＡＭで、ＣＰＵ２１０による制御処理の実行時にワークエリアとして使用され各種データを一時的に保存するとともに、印刷すべき印刷データ等の画像データをも記憶している。２１３は入力ポートで、各種センサからの信号を入力したり、電圧ＰＤＯＵＴを入力し、その電圧レベルを例えばＡ／Ｄ変換器等を使用して求めている。２１４は出力ポートで、この出力ポートには前述したＤ／Ａ変換器７６，７７が接続され、このポートを介してＤ／Ａ変換器に制御データがセットされる。またこの出力ポート２１４には、レーザ駆動制御回路１１２が接続されていて、ＣＰＵ２１０によるレーザ駆動制御回路１１２の制御を可能にしている。
【００４６】
図１１は、本実施の形態に係る画像形成装置におけるＰＷＭの最小・最大パルス幅調整を行う処理を示すフローチャートである。
【００４７】
まずステップＳ１で、出力ポート２１４を介してＤ／Ａ変換器７６，７７に最小値データを入力する。これは最小パルスは、最小パルス幅調整の中での最小値に設定され、Ｄ／Ａ変換器７６の入力データを大きくしていくことにより、最小パルス幅も大きくなっていく。また、最大パルス幅も最大パルス幅調整の中での最小値が設定され、Ｄ／Ａ変換器７７の入力データを大きくしていくことにより、最大パルス幅も大きくなっていく。次にステップＳ２に進み、画像データを最小値にしてレーザＬＤを点灯させる。次にステップＳ３に進み、画像中心のタイミングで電圧ＰＤＯＵＴを入力ポート２１３を介して入力し、その値（Ａ／Ｄ変換値）をＰＤminとしてＲＡＭ２１２に記憶する。次にステップＳ４に進み、Ｄ／Ａ変換器７６に入力するデータに“１”を加え、次にステップＳ５で画像データを最小値にしてレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ６で、画像中心のタイミンクで電圧ＰＤＯＵＴの値ＰＤを記憶する。
【００４８】
こうしてステップＳ７に進み、ＰＤとＰｄminとを比較し、ＰＤの方が大きければステップＳ８に進み、Ｄ／Ａ変換器７６に入力したデータを最小パルス幅調整用データとしてＲＡＭ２１２に記憶し、小さければステップ４に戻る。
【００４９】
次にステップＳ９以降で、最大パルス幅の設定処理を実行する。
【００５０】
まずステップＳ９で、画像データを最大にしてレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ１０で、画像中心のタイミングで電圧ＰＤＯＵＴの値ＰＤmaxをＲＡＭ２１２に記憶する。次にステップＳ１１に進み、Ｄ／Ａ変換器７７に入力するデータに“１”を加え、ステップＳ１２で画像データを最大値にし、Ｄ／Ａ変換器７７に「最小値＋１」を入力してレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ１３で、画像中心のタイミンクでＰＤＯＵＴの値ＰＤ1を記憶する。次にステップＳ１４に進んで（ＰＤ1−ＰＤmax）を計算し、この計算結果をＸとしてＲＡＭ２１２に記憶しておく。そしてステップＳ１５に進み、Ｄ／Ａ変換器７７に入力するデータに“１”を加え、ステップＳ１６で画像データを最大値にし、Ｄ／Ａ変換器７７に“１”を加えた入力データＮを入力してレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ１７に進み、画像中心のタイミンクで、ＰＤＯＵＴの値ＰＤNをＲＡＭ２１２に記憶し、次に（ＰＤN−ＰＤN-1）を計算し、その結果をＹとしてＲＡＭ２１２に記憶しておく。そしてステップ１８に進んでＹとＸとを比較し、Ｙの方が大きければステップＳ１９に進み、その時にＤ／Ａ変換器７７に入力したデータＮを最大パルス幅調整用データとしてＲＡＭ２１２に記憶し、小さければステップＳ１５に戻る。
【００５１】
以上説明してきたが、上記のような２ビーム系だけでなく１ビーム系や２ビーム以上のマルチビーム系にも適用できる。
【００５２】
なお本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００５３】
また本発明の目的は、前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５４】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５５】
以上説明してきたように本実施の形態によれば、レーザ光を検出するフォトセンサ（ＰＤ）に直列に接続されている可変抵抗に定電流源から所定電流を流し、その可変抵抗器に発生する電圧を入力してモニタ電圧を発生するオペアンプの出力をモニタすることにより、画像信号をＰＷＭする際の最小、最大パルス幅の調整を行う。これにより、このオペアンプのオフセット成分の影響を受けることなく、正確なパルス幅調整を行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、上述したようなオフセット成分による影響を受けることなく、レーザの発光量に応じてレーザを駆動することができるという効果がある。
【００５７】
また本発明によれば、レーザより発光される光量を正確に検知し、それに応じた駆動パルス幅の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置（レーザビームプリンタ）の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る画像形成装置におけるレーザ点灯信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】本実施の形態に係る画像形成装置におけるレーザ駆動制御回路の構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るサンプルホールド回路の詳細を示す図である。
【図５】レーザ駆動用のＰＷＭ信号における、最小、最大パルス幅調整を説明するためのＰＷＭパルス幅に対する光量とＰＤＯＵＴの特性を示す図である。
【図６】本実施の形態におけるＰＷＭ回路を説明するブロック図である。
【図７】本実施の形態におけるＰＷＭ回路から出力されるＰＷＭ波形を説明する波形図である。
【図８】本実施の形態に係る最小、最大パルス幅の調整を説明するＰＷＭパルス幅に対する光量とＰＤＯＵＴとの関係を示す特性図である。
【図９】ＰＷＭパルス幅に対する光量とＰＤＯＵＴとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る画像形成装置（レーザビームプリンタ）の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置における最小、最大パルス幅調整処理を説明するフローチャートである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を感光体上に走査させて画像を形成する画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像データをプリント出力する画像形成装置として、画像情報に基づいて変調したレーザビームを感光体上に走査、露光して静電潜像を形成し、現像、転写、定着などの複写工程を得て所望の画像を記録するレーザビームプリンタが知られている。このようなレーザを発光駆動させる際に、そのレーザの温度特性に基づく変化や経時変化による発光出力の変化を低減させるために自動光量制御（Auto Power Control：ＡＰＣ）を行っている。
【０００３】
これはＰＷＭパルスにより駆動されるレーザから発光されるレーザ光の一部の光量をフォトセンサにより検知し、その検知した光量に応じてフォトセンサから発生される電流値を電圧に変換し、その電圧をバッファ及びアンプ回路を介して電圧ＰＤＯＵＴとして出力する。この電圧ＰＤＯＵＴにより、そのレーザの発光特性を求めている。
【０００４】
図９は、ＰＷＭパルス幅に対するレーザ光量と、そのレーザ光量をモニタする電圧ＰＤＯＵＴ特性を説明する図である。
【０００５】
図９に示すＡ点のように、発光を開始するのは、ある幅を持ったＰＷＭパルス幅からである。そして発光が開始されると、パルス幅に対してその発光される光量は線形に増加する。そして、そのパルス幅がある値を超えると、図９におけるＢ点のように、パルス幅に対して光量はさらに大きな勾配で増加し、その後、光量がＰsatで示す値に飽和される。これはレーザ駆動電流をオフしても注入キャリア密度が時定数を持ってオフすることになり、前の画素のパルスの影響を受けてしまうためである。通常、この図９におけるＡ点を画像データ最小値の時のパルス幅、Ｂ点を画像データ最大値の時の最大パルスになるようにＰＷＭのパルス幅調整を行う。
【０００６】
図９におけるＡ点やＢ点は、レーザダイオード毎の特性の微妙な違いや、これを駆動するレーザ駆動電流回路、更にはレーザタイオードの周りの環境温度などによって異なり、レーザダイオードとレーザ駆動電流回路とを組み合わせたレーザユニット毎に、その環境が変化する度に調整を行わなければならない。そこで通常は、あるタイミンクごとに、レーザの光量をモニタする電圧ＰＤＯＵＴを用いることで最大、最小パルス幅の調整を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の調整方法は発光されるレーザの光量と電圧ＰＤＯＵＴとが比例関係にあることを前提としている。しかしながら、この電圧ＰＤＯＵＴは、レーザ光の光量を検知したフォトダイオードの出力に基づく電圧をバッファやオペアンプ等の回路を通して外部に出力しているため、これらバッファ及びオペアンプに存在する入力オフセット電圧成分による影響を無視できなくなる。
【０００８】
本来、ＰＷＭパルス幅に対する光量特性と、ＰＷＭパルス幅に対するＰＤＯＵＴ特性とは相似な関係になるはずであるが、このような入力オフセット電圧成分のために図９に示すように、光量特性の最小パルス幅の調整用のＡ点のＰＷＭパルス幅がＰＤＯＵＴ特性ではＡ’点にずれてしまう。同様に、最大パルス幅調整用のＢ点のＰＷＭパルス幅もＰＤＯＵＴ特性ではＢ’点にずれてしまう。このため電圧ＰＤＯＵＴをモニタしながらＰＷＭの最小、最大パルス幅の調整を行うと、そのレーザ光の光量特性とパルス幅との関係が一致しなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、上述したようなオフセット成分による影響を受けることなく、レーザの発光量に応じてレーザを駆動する画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また本発明の目的は、レーザより発光される光量を正確に検知し、それに応じた駆動パルス幅の制御を行うことができる画像形成装置及び該装置におけるレーザ駆動制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は以下のような構成を備える。即ち、 画像信号に応じてレーザダイオードから出力されるレーザ光を変調して画像を形成する画像形成装置であって、
前記レーザダイオードから放出されるレーザ光を検知し、検知されたレーザ光の光量に応じた検知電流を発生する検知手段と、
前記検知手段から出力される前記検知電流が入力され、前記検知電流に基づく検知電圧を発生する回路を有する検知電圧発生手段と、
画像データに基づいて、前記検知電圧に応じた駆動電流で前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、
前記回路による前記検知電圧の電圧低下分を補償するために、前記検知電流に所定電流を加算する電流供給手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法は以下のような工程を備える。即ち、
画像信号に応じてレーザダイオードから出力されるレーザ光を変調して画像を形成する画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法であって、
前記レーザダイオードから放出されるレーザ光を検知し、検知されたレーザ光の光量に応じた検知電流を発生する検知工程と、
前記検知工程で出力される前記検知電流が入力される回路によって、前記検知電圧に基づく検知電圧を発生する検知電圧発生工程と、
画像データに基づいて、前記検知電圧に応じた駆動電流で前記レーザダイオードを駆動する駆動工程と、
前記回路による前記検知電圧の電圧低下分を補償するために、前記検知電流に所定電流を加算する電流供給工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ビーム用レーザ駆動回路を備えた画像形成装置（レーザビームプリンタ）の概略構成を示すブロック図である。
【００１５】
図において、不図示のイメージスキャナやコンピュータ等の外部装置より送られてくる画像信号が、画像書き出しタイミング制御回路１０１に供給される。この画像書き出しタイミンク制御回路１０１は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（ＢＫ）の画像信号に応じて、図２のようなレーザ点灯信号（Laser1−ＯＮ、Laser2−ＯＮ信号）を生成する。
【００１６】
この画像書き出しタイミング制御回路１０１では、画像データをライン毎にそれぞれのレーザタイオード駆動用に振り分けている。即ち、奇数ラインはLaser1−ＯＮ、偶数ラインはLaser2−ＯＮで出力するように振り分けているとともに、画像信号に応じたＰＷＭを行っている。レーザ駆動制御回路１１２は画像書き出しタイミング制御回路１０１からのレーザ点灯信号（Laser1−ＯＮ、Laser2−ＯＮ信号）に応じて、レーザタイオード１を変調駆動する。このレーザダイオード１には、２つのレーザタイオードＬＤ１−１、ＬＤ１−２が含まれている。即ち、Laser1−ＯＮはＬＤ１−１を変調駆動し、Laser2−ＯＮはＬＤ１−２をそれぞれ変調駆動することになる。これらの２つのレーザダイオードからのレーザ光は、ポリゴンモータ１０６が回転駆動することにより矢印方向に回転するポリゴンミラー１０３により反射され、ｆ−θレンズ１０４によってｆθ補正され感光ドラム１０５上を走査する。こうして、感光ドラム１０５上に静電潜像が形成される。
【００１７】
ＢＤセンサ１０７は、レーザ光の１ラインの走査開始位置近傍に設けられ、レーザ光のライン走査を検出し、画像書出しタイミング制御回路１０１で図２のような同一周期の各ラインの走査開始基準信号（ＬＳＹＮＣ信号）と、サンプルホールド信号（Ｓ／Ｈ1，Ｓ／Ｈ2信号）を作り出す。本実施の形態では、２ビーム系のレーザビームプリンタであり、両レーザビームとも同一のＢＤセンサ１０７上を走査するため、ＬＳＹＮＣ信号は１周期内に２つの同期パルス（ＬＳＹＮＣ−Ａ、ＬＳＹＮＣ−Ｂ）が発生する。
【００１８】
最初のパルスＬＳＹＮＣ−Ａが入力された所定時間後にＬＤ１−１用の画像信号（Ｌaser1−ＯＮ）を出力し、次のパルスＬＳＹＮＣ−Ｂが入力された所定時間後にＬＤ１−２の画像信号（Ｌaser2−ＯＮ）を出力する。
【００１９】
これらLaser1−ＯＮ、Laser2−ＯＮ信号は、画像形成用の他にＬＳＹＮＣ信号を検出するための点灯も行う（図中、２００で示す）。そのため、ＬＳＹＮＣ−Ａを検知すると、Laser1−ＯＮはロウレベル（ＬＤ１−１を消灯）となり、その代わりにLaser2−ＯＮがハイレベル（ＬＤ１−２を点灯）となりＬＳＹＮＣ−Ｂを検知することになる。
【００２０】
また感光体１０５の周囲には不図示のマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（ＢＫ）の現像器が設けられ、感光ドラム１０５が４回転する間に４つの現像器が交互に感光ドラム１０５に接し、感光ドラム１０５上に形成されたＭ，Ｃ，Ｙ，ＢＫ（黒）の静電潜像に対応するトナーで現像する。そして、不図示の用紙カセットより給紙された記録用紙１０９は転写ドラム１０８に巻き付けられ、現像器で現像されたトナー像が転写される。この転写ドラム１０８内には、転写ドラム１０８上の記録用紙１０９の先端位置を表すＩＴＯＰ信号を作るためのセンサ１１０が設けられており、転写ドラム１０８が回転して転写ドラム１０８内に固定されたフラグ１１１がセンサ１１０を通過することにより、図２に示すような、各色毎のＩＴＯＰ信号が作られる。このＩＴＯＰ信号を基準に副走査方向の画像書出し位置を決定し、ＬＳＹＮＣ信号を基準に主走査方向の画像書出し位置を決定する。このようにしてＭ，Ｃ，Ｙ，ＢＫの４色が順次記録用紙１０９に転写された後に、その記録用紙１０９は不図示の定着ユニットを通過して排紙される。
【００２１】
図３は、本実施の形態に係るレーザ駆動制御回路１１２の構成を中心に説明するブロック図で、ここでは２つのレーザダイオードを駆動し、それぞれのレーザタイオードのＡＰＣを行う２ビーム系レーザ駆動回路の構成を示している。
【００２２】
まず、レーザタイオード（LD）ＬＤ１−１のＡＰＣの動作原理について説明する。レーザ駆動電流回路４は、レーザ点灯を許可するEnable１*信号（*は負論理信号（ロウツルー）を示す）が論理“ハイレベル（Ｈ）”→“ロウレベル（Ｌ）”になり、Laser1−ＯＮ信号が論理“Ｈ”の時、定電流にてＬＤ１の点灯駆動を行う。ＬＤ１−１は供給された定電流値に応じて発光する。このときフォトタイオードＰＤ２は、そのＬＤ１−１から発せられたレーザ光の一部を入射し、その入射した光量に応じた電流(Ｉmonitor)を発生する。ここでサンプル時にはスイッチ（ＳＷ5）が開かれ、スイッチ（ＳＷ1）６が閉じているので、電流(Ｉmonitor)が可変抵抗器（ＶＲ1）８に流れることで電圧(Ｖmon1)を生じさせる。この電圧(Ｖmon1)はバッファ１０を通してサンプルホールド回路１９に入力される。また、このサンプルホールド回路１９には、基準電圧回路２１からの基準電圧(Ｖref)も入力される。
【００２３】
図４は、本実施の形態に係るサンプル／ホールド回路１９の構成例を示すブロック図である。
【００２４】
このサンプルホールド回路１９に入力されたバッファ１０からの電圧(Ｖmon1)と基準電圧回路２１からの基準電圧Ｖrefは、それぞれコンパレータ６７の非反転端子（＋）と反転端子（−）に入力される。コンパレータ６７は、これら電圧Ｖmon１とＶrefとを比較し、Ｖmon１＜Ｖrefならばロウレベルの信号、Ｖmon１＞Ｖrefならばハイレベルの信号を出力する。ここで、Ｓ／Ｈ1信号がハイレベル（サンプル）時にコンパレータ６７の出力がロウレベルであると、スイッチ６３が閉じて充電用電流源６２からコンデンサ（ＣＨ）６６に充電電流が流れる。逆に、コンパレータ６７の出力がハイレベルであると、スイッチ６４が閉じて放電用電流源６５にコンデンサ（ＣＨ）６６から放電電流が流れる。即ち、サンプルホールド回路１９ではＶmon1＝Ｖrefとなるようにレーザ駆動電流回路４を制御する。
【００２５】
またＳ／Ｈ1信号がロウレベル（ホールド）時はバッファ６１の出力がハイインピーダンスになり、スイッチ６３、６４は共に開いた状態になるため、コンデンサ（ＣＨ）６６の電荷重（電圧値）は保持されたままである。
【００２６】
レーザ駆動電流回路４は、このコンデンサ（ＣＨ）６６に充電された電圧値に応じてレーザダイオードＬＤ１−１の駆動電流量を決定する。これにより、サンプル時は、ＬＤ１−１の発光強度、即ち、ＰＤ２の電流量を目標値になるように補正し、ホールド時は補正された発光強度を保持することができる。なお、可変抵抗器（ＶＲ1）８の抵抗値を変化させることで、そのレーザダイオードＬＤ１−１の発光強度を変化させることが可能となる。
【００２７】
レーザダイオードＬＤ１−２のＡＰＣの動作原理は、上述したＬＤ１−１と同様であるが、ＡＰＣのサンプル動作はＬＤ１−１と同じタイミンクで行えないため、そのサンプル動作のタイミンクをずらして行う必要がある。その他の動作原理は、ＬＤ１−１の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
図３のレーザ駆動制御回路１１２は、レーザダイオードの発光強度を外部でもモニタできる構成を持つ。例えば、ＬＤ１−１の発光強度をモニタする時は、スイッチ（ＳＷ1）６、スイッチ（ＳＷ3）１２を閉じることで、発光強度に応じた電圧ＰＤＯＵＴが出力される。即ち、電圧(Ｖmon1)がバッファ１０を通してオペアンプ１４に入力され、オペアンプ１４、抵抗器（Ｒ1）１５、（Ｒ2）１６によって（１＋Ｒ2／Ｒ1）倍に増幅され、この電圧が抵抗器１７及びコンデンサ１８から構成されるローパスフィルタを通して、電圧ＰＤＯＵＴとして外部に出力される。
【００２９】
この画像形成装置は、画像情報に基づいて画素毎にレーザタイオードＬＤをオン・オフする２値記録方式と、画像情報に基づいて画素内で、所定時間オン期間とオフ期間がある多値記録方式がある。後者の多値記録方式では、画像データに応じて所定パルス幅に変調するパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）により変調された信号によりレーザタイオードＬＤをオン・オフする方式が一般的である。
【００３０】
図５（Ａ）に、このＰＷＭによりレーザダイオードを点灯駆動する時のレーザ特性、即ちレーザタイオードを点灯されるための１画素内のＰＷＭパルス幅（画像データの値に対応）に対するレーザタイオードの光量の関係を示す。
【００３１】
レーザタイオードは、駆動電流が瞬時に立ち上がったとしても、注入キャリア密度がある値にならないと発光を開始しないという特性を持つ。この注入キャリア密度は時定数を持って立ち上がるため、時定数以上のＰＷＭパルス幅をレーザダイオードに加えないと発光を行わない。このため図５（Ａ）に示すＡ点のように、発光を開始するのは、ある幅を持ったＰＷＭパルス幅からである。そして発光が開始されると、パルス幅に対してその発光される光量は線形になる。そして、そのパルス幅がある値を超えると、図５（Ａ）に示すＢ点のように、さらに大きな勾配を持ち、その後、光量がＰsatで示す値に飽和される。これはレーザ駆動電流をオフしても注入キャリア密度が時定数を持ってオフすることになり、前画素のパルスの影響を受けてしまうためである。通常、この図５（Ａ）におけるＡ点を画像データが最小値の時のパルス幅、Ｂ点を画像データが最大値の時の最大パルスになるようにＰＷＭのパルス幅調整を行う。
【００３２】
図６は、ＰＷＭ回路の構成例を示すブロック図である。尚、２ビーム系画像形成装置では、それぞれのレーザタイオード毎にＰＷＭ回路を備えているが、それらは同一の構成であるため、一方のＰＷＭ回路について説明する。
【００３３】
水晶発振器７１から出力されるクロックは１画素の周期であり、この画素クロックを基に三角波発生回路７２で三角波が生成される。この三角波発生回路７２からの三角波には、オペアンプ７４により、Ｄ／Ａ変換器７６出力のアナログ値に応じたオフセット量が加えられる。また、Ｄ／Ａ変換器７３は、画像データをこの画素クロックの立ち上がりのタイミングでＤ／Ａ変換を行う。こうしてオフセットが加えられた三角波と、Ｄ／Ａ変換器７３の出力はコンパレータ７５で比較され、Ｄ／Ａ変換器７３の出力が三角波よりも大きい時はハイレベル、小さい時はロウレベルの信号が出力されることによりＰＷＭが行われる。このコンパレータ７５の出力は、Laser−ＯＮ信号としてレーザ駆動制御回路１１２に入力され、レーザタイオードＬＤ１の点灯駆動信号となる。また、三角波のオフセット量はＤ／Ａ変換器７６の出力で決定され、後述するＣＰＵ２１０（図１０）からの最小パルス幅調整データによって調整される。尚、Ｄ／Ａ変換器７３の出力の最大レンジはＤ／Ａ変換器７７の出力で決定され、これも同様に後述するＣＰＵ２１０からの最大パルス幅調整データによって調整される。
【００３４】
図７は、ＰＷＭを説明する各部の波形を示す図である。
【００３５】
８００で示す各画素の最小単位を表す画素クロック（水晶発振器７１の出力）に同期して、８０１で示す三角波（オペアンプ７４の出力）と画像データのＤ／Ａ出力（Ｄ／Ａ変換器７３の出力）が出力される。また８０２で示すように、コンパレータ７５により三角波と画像データのＤ／Ａ出力とが比較され、その結果パルス幅変調された出力が得られる。更に、８０３で示すように、三角波に加えるオフセット量を調整することで、最小パルス幅を調整することができ、Ｄ／Ａ出力の最大レンジを調整することで、最大パルス幅を調整することができることがわかる。また８０４で示すように、オフセット量を調整することで最小パルス幅が変化する様子と、Ｄ／Ａ出力の最大レンジを調整することで、最大パルス幅が変化する。
【００３６】
また、図５（Ａ）のレーザ特性上で調整範囲を示すと、最小パルス幅調整によってＥ区間を最小パルスに設定でき、最大パルス幅調整によってＦ区間を最大パルス幅に設定できる。図５（Ａ）のＡ点はＥ区間に、Ｂ点はＦ区間に含まれるので、最大パルス幅、最小パルス幅調整を行うことで図５（Ａ）のＡ点を画像データの最小値に、Ｂ点を画像データの最大値に設定することができる。このような調整の結果、Ｍｉｎ＝５％、Ｍａｘ＝９０％に調整したとすると、図５（Ｂ）に示す特性Ｄのような、全画像データに対して光量がリニアーな関係を保つことができる。
【００３７】
次に図３のレーザ駆動制御回路１１２におけるバッファ１０とオペアンプ１４の入力オフセット電圧による影響について考察する。いまバッファ１０の入力オフセット電圧をＶos1、オペアンプ１４の入力オフセット電圧をＶos2とすると、電流(Ｉmonitor)が可変抵抗器（ＶＲ1）８に流れることにより、電圧(Ｖmon1)に対する、電圧ＰＤＯＵＴとして出力される電圧は、
ＰＤＯＵＴ＝(１＋Ｒ2／Ｒ1){(Ｖmon１−Ｖos1)−Ｖos2} …（１）
となり、電圧ＰＤＯＵＴの理想値
（１＋Ｒ2／Ｒ1）Ｖmon１ …（２）
に対して、入力オフセット電圧のために理想値よりも、
−（１＋Ｒ2／Ｒ1）（Ｖos1＋Ｖos2） …（３）
だけ低くなる。
【００３８】
そこで、このオフセット成分をキャンセルするように定電流源２２からスイッチ（ＳＷ5）２３、（ＳＷ1）６を通して、可変抵抗器（ＶＲ1）８に、この減少した分の電流を流せばよいことになる。ここで、式（３）で決定されたオフセット成分をキャンセルする電流値Ｉは、
Ｉ＝（１＋Ｒ2／Ｒ1）（Ｖos1＋Ｖos2）／ＶＲ1 …（４）
となる。この電流値Ｉを定電流源２２から供給した場合におけるＰＷＭパルス幅に対する電圧ＰＤＯＵＴ特性を図８に示す。
【００３９】
図８において、９−１は電流を流さないオフセット成分の影響が現われている時の特性を示し、９−２は式（４）に示す電流値だけ電流を流すことにより、オフセット成分の影響をキャンセルして状態での特性を示している。
【００４０】
この図８からも分かるように、最小パルス幅設定用の電圧ＰＤＯＵＴの立上がりを示す特性９−１上のＡ’点がＡ''点にシフトしている。これは光量特性を示す図９のＡ点のＰＷＭパルス幅と一致する。
【００４１】
また図８では、最大パルス幅調整用の特性９−１上のＢ’点がＢ''点にシフトしている。これも光量特性を示す図９におけるＢ点のＰＷＭパルス幅と一致する。尚、オフセット成分の正確な電圧値がわからない時には、定電流源２２から流す電流は、式（４）で決定される電流値以上の電流値でもかまわない。
【００４２】
図８の９−３は、式（４）で決定される電流値以上の電流を流した時のＰＤＯＵＴ特性を示す。この特性では、Ａ''点はＡ'''点となっている。これは特性９−２の点Ａ''を上にシフトしただけであるため、ＰＷＭパルス幅は変わらない。同様に、特性９−２上のＢ''点は特性９−３上のＢ'''点となるが、その時のＰＷＭパルス幅も変わらないため、調整後の最大、最小パルス幅は同じものとなる。
【００４３】
よって、スイッチ（ＳＷ5）２３を閉じて定電流源２２から所定電流を流しながら以下の図１１に示すフローチャートに従って最小、最大パルス幅の調整を行うことにより、レーザ駆動制御回路１１２でオペアンプのオフセット成分の影響を受けることなく正確なパルス幅調整を行うことができる。
【００４４】
図１０は、本実施の形態に係る画像形成装置の制御部の構成を示すブロック図で、この制御部からの制御信号や制御データに基づいて、前述の図１に示す画像書き出しタイミング制御回路１０１やレーザ駆動制御回路１１２、及びプリンタエンジン等が制御される。
【００４５】
図１０において、２１０は装置全体の制御を行うＣＰＵ、２１１はプログラムメモリで、ＣＰＵ２１０により実行される制御プログラムや各種データが記憶されている。２１２はＲＡＭで、ＣＰＵ２１０による制御処理の実行時にワークエリアとして使用され各種データを一時的に保存するとともに、印刷すべき印刷データ等の画像データをも記憶している。２１３は入力ポートで、各種センサからの信号を入力したり、電圧ＰＤＯＵＴを入力し、その電圧レベルを例えばＡ／Ｄ変換器等を使用して求めている。２１４は出力ポートで、この出力ポートには前述したＤ／Ａ変換器７６，７７が接続され、このポートを介してＤ／Ａ変換器に制御データがセットされる。またこの出力ポート２１４には、レーザ駆動制御回路１１２が接続されていて、ＣＰＵ２１０によるレーザ駆動制御回路１１２の制御を可能にしている。
【００４６】
図１１は、本実施の形態に係る画像形成装置におけるＰＷＭの最小・最大パルス幅調整を行う処理を示すフローチャートである。
【００４７】
まずステップＳ１で、出力ポート２１４を介してＤ／Ａ変換器７６，７７に最小値データを入力する。これは最小パルスは、最小パルス幅調整の中での最小値に設定され、Ｄ／Ａ変換器７６の入力データを大きくしていくことにより、最小パルス幅も大きくなっていく。また、最大パルス幅も最大パルス幅調整の中での最小値が設定され、Ｄ／Ａ変換器７７の入力データを大きくしていくことにより、最大パルス幅も大きくなっていく。次にステップＳ２に進み、画像データを最小値にしてレーザＬＤを点灯させる。次にステップＳ３に進み、画像中心のタイミングで電圧ＰＤＯＵＴを入力ポート２１３を介して入力し、その値（Ａ／Ｄ変換値）をＰＤminとしてＲＡＭ２１２に記憶する。次にステップＳ４に進み、Ｄ／Ａ変換器７６に入力するデータに“１”を加え、次にステップＳ５で画像データを最小値にしてレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ６で、画像中心のタイミンクで電圧ＰＤＯＵＴの値ＰＤを記憶する。
【００４８】
こうしてステップＳ７に進み、ＰＤとＰｄminとを比較し、ＰＤの方が大きければステップＳ８に進み、Ｄ／Ａ変換器７６に入力したデータを最小パルス幅調整用データとしてＲＡＭ２１２に記憶し、小さければステップ４に戻る。
【００４９】
次にステップＳ９以降で、最大パルス幅の設定処理を実行する。
【００５０】
まずステップＳ９で、画像データを最大にしてレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ１０で、画像中心のタイミングで電圧ＰＤＯＵＴの値ＰＤmaxをＲＡＭ２１２に記憶する。次にステップＳ１１に進み、Ｄ／Ａ変換器７７に入力するデータに“１”を加え、ステップＳ１２で画像データを最大値にし、Ｄ／Ａ変換器７７に「最小値＋１」を入力してレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ１３で、画像中心のタイミンクでＰＤＯＵＴの値ＰＤ1を記憶する。次にステップＳ１４に進んで（ＰＤ1−ＰＤmax）を計算し、この計算結果をＸとしてＲＡＭ２１２に記憶しておく。そしてステップＳ１５に進み、Ｄ／Ａ変換器７７に入力するデータに“１”を加え、ステップＳ１６で画像データを最大値にし、Ｄ／Ａ変換器７７に“１”を加えた入力データＮを入力してレーザＬＤを点灯させる。そしてステップＳ１７に進み、画像中心のタイミンクで、ＰＤＯＵＴの値ＰＤNをＲＡＭ２１２に記憶し、次に（ＰＤN−ＰＤN-1）を計算し、その結果をＹとしてＲＡＭ２１２に記憶しておく。そしてステップ１８に進んでＹとＸとを比較し、Ｙの方が大きければステップＳ１９に進み、その時にＤ／Ａ変換器７７に入力したデータＮを最大パルス幅調整用データとしてＲＡＭ２１２に記憶し、小さければステップＳ１５に戻る。
【００５１】
以上説明してきたが、上記のような２ビーム系だけでなく１ビーム系や２ビーム以上のマルチビーム系にも適用できる。
【００５２】
なお本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【００５３】
また本発明の目的は、前述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５４】
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００５５】
以上説明してきたように本実施の形態によれば、レーザ光を検出するフォトセンサ（ＰＤ）に直列に接続されている可変抵抗に定電流源から所定電流を流し、その可変抵抗器に発生する電圧を入力してモニタ電圧を発生するオペアンプの出力をモニタすることにより、画像信号をＰＷＭする際の最小、最大パルス幅の調整を行う。これにより、このオペアンプのオフセット成分の影響を受けることなく、正確なパルス幅調整を行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、上述したようなオフセット成分による影響を受けることなく、レーザの発光量に応じてレーザを駆動することができるという効果がある。
【００５７】
また本発明によれば、レーザより発光される光量を正確に検知し、それに応じた駆動パルス幅の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置（レーザビームプリンタ）の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る画像形成装置におけるレーザ点灯信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】本実施の形態に係る画像形成装置におけるレーザ駆動制御回路の構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るサンプルホールド回路の詳細を示す図である。
【図５】レーザ駆動用のＰＷＭ信号における、最小、最大パルス幅調整を説明するためのＰＷＭパルス幅に対する光量とＰＤＯＵＴの特性を示す図である。
【図６】本実施の形態におけるＰＷＭ回路を説明するブロック図である。
【図７】本実施の形態におけるＰＷＭ回路から出力されるＰＷＭ波形を説明する波形図である。
【図８】本実施の形態に係る最小、最大パルス幅の調整を説明するＰＷＭパルス幅に対する光量とＰＤＯＵＴとの関係を示す特性図である。
【図９】ＰＷＭパルス幅に対する光量とＰＤＯＵＴとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る画像形成装置（レーザビームプリンタ）の制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る画像形成装置における最小、最大パルス幅調整処理を説明するフローチャートである。
Claims (8)
- 画像信号に応じてレーザダイオードから出力されるレーザ光を変調して画像を形成する画像形成装置であって、
前記レーザダイオードから放出されるレーザ光を検知し、検知されたレーザ光の光量に応じた検知電流を発生する検知手段と、
前記検知手段から出力される前記検知電流が入力され、前記検知電流に基づく検知電圧を発生する回路を有する検知電圧発生手段と、
画像データに基づいて、前記検知電圧に応じた駆動電流で前記レーザダイオードを駆動する駆動手段と、
前記回路による前記検知電圧の電圧低下分を補償するために、前記検知電流に所定電流を加算する電流供給手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記レーザダイオードは、画像信号に基づいてパルス幅変調された変調信号により駆動され、
前記検知電圧発生手段から発生される前記検知電圧に基づいて、前記パルス幅変調における最小及び最大パルス幅を決定する決定手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。 - 前記決定手段は、前記駆動手段による駆動に応じて前記検知電圧発生手段から発生される前記検知電圧が最小値から変化した際の前記所定データを最小パルス幅を決定するデータとし、前記駆動手段により駆動に応じて前記検知電圧発生手段から発生される前記検知電圧の変化が初めて所定値以上となった際の前記所定データを最大パルス幅を決定するデータとして決定することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
- 前記検知電圧発生手段は、
前記検知電流に応じた電圧を発生する抵抗器と、
前記抵抗器に発生した電圧を入力して増幅する増幅回路と、を有し、
前記所定電流は、前記増幅手段のオフセット電圧により低下する電圧低下分を補償するための電流であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。 - 画像信号に応じてレーザダイオードから出力されるレーザ光を変調して画像を形成する画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法であって、
前記レーザダイオードから放出されるレーザ光を検知し、検知されたレーザ光の光量に応じた検知電流を発生する検知工程と、
前記検知工程で出力される前記検知電流が入力される回路によって、前記検知電圧に基づく検知電圧を発生する検知電圧発生工程と、
画像データに基づいて、前記検知電圧に応じた駆動電流で前記レーザダイオードを駆動する駆動工程と、
前記回路による前記検知電圧の電圧低下分を補償するために、前記検知電流に所定電流を加算する電流供給工程と、
を有することを特徴とする画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法。 - 前記レーザダイオードは、画像信号に基づいてパルス幅変調された変調信号により駆動され、
前記検知電圧発生工程で発生される前記検知電圧に基づいて、前記パルス幅変調における最小及び最大パルス幅を決定する決定工程を更に有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法。 - 前記決定工程は、前記駆動工程による駆動に応じて前記検知電圧発生工程で発生される前記検知電圧が最小値から変化した際の前記所定データを最小パルス幅を決定するデータとし、前記駆動工程における駆動に応じて前記検知電圧発生工程で発生される前記検知電圧の変化が初めて所定値以上となった際の前記所定データを最大パルス幅を決定するデータとして決定することを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法。
- 前記検知電圧発生工程では、
増幅回路に前記検知電流に応じた電圧を発生する抵抗器に発生した電圧を入力することによって当該電圧を増幅する増幅工程を有し、
前記所定電流は、前記増幅回路のオフセット電圧により低下する電圧低下分を補償するための電流であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置におけるレーザ駆動制御方法。
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