JP4582199B2 - 光出力装置およびその装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

光出力装置およびその装置を備えた画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は光出力装置および当該装置を備えた画像形成装置に関し、詳しくは、光出力装置の出力部の出力パワーの制御に関する。
例えば、特許文献1には、光出力装置の光出力部であるレーザダイオードの出力パワーを制御する技術が開示されている。そこでは、レーザダイオードの出力パワーを制御するためのレーザビームの強度検出に要する時間を短縮するための技術が開示されている。
また、従来、レーザダイオードの出力パワーの制御として、APC(Auto Power Control)制御が行われている。APC制御においては、通常、出力パワーを検出し、その検出結果に基づいて出力パワーを所定の値に制御する制御電圧信号を生成する。そして、その制御電圧信号を電圧−電流変換部によってレーザダイオードの駆動電流に変換するようにしている。
特開2007−42795公報
しかしながら、レーザダイオードの起動特性として、レーザダイオードの駆動電流と出力パワーとは以下のような関係を有する。すなわち、駆動電流が所定駆動電流(閾値電流)となるまでは、レーザ発光が正規に励起されず、出力パワーがわずかしか増加しない。そして、駆動電流が閾値電流を超えると急激に出力パワーが増加する。また、レーザダイオードの温度特性として、周囲温度の上昇にともなって、通常、閾値電流および駆動電流は増加する。
そのため、上記電圧−電流変換部の入力電圧(制御電圧)に対し大きな電流値まで制御可能にしなければならなかった。その際、制御電圧のわずかな変動に対して駆動電流の変動が大きくなり、出力パワーが安定しない虞があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、安定した出力パワーを供給することができる光出力装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための手段として、第1の発明の光出力装置は、光源を有し、前記光源から光を出力する出力部と、前記光源の出力パワーを検出し、前記光源の駆動電流を制御する制御電圧を前記出力パワーに応じて生成する制御電圧生成部と、前記出力パワーの目標値を設定するとともに、前記出力パワーを前記目標値とするように、前記制御電圧生成部を制御する制御部と、前記制御電圧を前記駆動電流に変換し、該変換された駆動電流を前記光源に供給する電圧−電流変換部と、前記電圧−電流変換部における制御電圧−駆動電流変換の特性線の傾きを設定する設定部と、前記特性線上の制御電圧値であって、前記出力パワーが前記目標値に到達しない所定制御電圧値において、前記駆動電流が前記出力パワーを前記目標値とする目標電流値となるように、前記電圧−電流変換部を調整する調整部と、を備え、前記設定部は、前記特性線の傾きを、前記制御電圧の所定最大値において前記駆動電流が前記目標電流値より大きい最大電流値まで達しない第1の傾きに設定可能であり、前記制御部は、前記駆動電流が前記目標電流値とされた以降、前記特性線の傾きが前記第1の傾きに設定された状態において、前記制御電圧生成部を制御する。
本構成によれば、駆動電流が、特性線上の制御電圧値であって、出力パワーが目標値に到達しない所定制御電圧値において、出力パワーを目標値とする目標電流値とされる。そして、それ以降においては、特性線の傾きが第1の傾き(従来のAPC制御における傾きより小さい傾き)に設定された状態において、制御電圧生成部の制御、すなわち、出力パワーのAPC制御が行われる。そのため、駆動電流が目標電流値に達した以降におけるAPC制御において、制御電圧の所定の変動量に対する駆動電流の変動量を、従来の傾きの大きい特性線に沿ったAPC制御と比べて低減させることができる。それによって、制御電圧の変動に対するLD発光を安定化させることができるとともに、高精度のAPC制御を行うことができる。
第2の発明は、第1の発明の光出力装置において、前記制御部は、制御開始以降において、前記第1の傾きの特性線に沿って前記制御電圧および前記駆動電流が変化するように前記電圧−電流変換部を制御し、前記調整部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、前記制御電圧を前記所定制御電圧値に維持しつつ、前記駆動電流を前記目標電流値まで増加させる調整信号を生成する。
本構成によれば、調整信号によって、制御電圧を所定制御電圧値に維持しつつ、駆動電流を目標電流値まで、好適に増加させることができる。
第3の発明は、第2の発明の光出力装置において、前記調整信号は電圧信号であり、前記調整部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、前記調整信号の電圧値を徐々に上昇させることによって、前記駆動電流を前記目標電流値に到達させる。
本構成によれば、制御電圧が所定制御電圧値に達した以降において、駆動電流を目標電流値まで好適に増加させることができる。
第4の発明は、第1の発明の光出力装置において、前記設定部は、前記特性線の傾きを、前記第1の傾きより大きい傾きであって、前記制御電圧の所定最大値において前記駆動電流がその所定最大値まで達する第2の傾きに設定し、前記制御部は、制御開始以降において、前記第2の傾きの特性線に沿って前記制御電圧および前記駆動電流が変化するように前記電圧−電流変換部を制御し、前記設定部は、前記制御電圧が前記出力パワーの目標値の得られる目標電圧値に達した際に、前記特性線の傾きを前記第2の傾きから前記第1の傾きに設定変更し、前記調整部は、前記制御電圧を前記目標電圧値から前記所定制御電圧値に移行させる調整信号を生成し、該調整信号を前記電圧−電流変換部に供給する。
本構成によれば、制御電圧が出力パワーの目標値の得られる目標電圧値に達した際に、特性線の傾きが、第2の傾きより小さい第1の傾きに設定変更される。そして、その後、制御電圧が目標電圧値より小さい所定制御電圧値において、第1の傾きのもとにAPC制御を好適に行うことができる。
第5の発明は、第4の発明の光出力装置において、前記所定制御電圧値は、該制御電圧の下限値と上限値との間の中間値に設定される。
本構成によれば、制御電圧の下限値と上限値との間の中間値において、第1の傾きの制御電圧−駆動電流変換の特性線に沿って駆動電流のAPC制御が行われる。そのため、広範囲な目標駆動電流に対応して好適にAPC制御を行うことができる。なお、ここで「中間値」は、中間値の近傍の値も含むものとする。
第6の発明は、第4または第5の発明の光出力装置において、前記調整部は、前記調整信号の大きさを前記制御電圧に応じて決定する。
本構成によれば、制御電圧を目標電圧値から所定制御電圧値に移行させる際の制御を好適に行うことができる。
第7の発明は、第2〜第6の発明のいずれか一つの光出力装置において、前記光源の劣化を報知する報知手段をさらに備え、前記制御部は、前記所定制御電圧値において前記調整信号の電圧値がその所定最大値を超えた場合、前記駆動電流が所定最大電流値以上となり前記光源が劣化したと判断し、あるいは、前記所定制御電圧値において前記調整信号の電圧値がその所定最大値となり、かつ前記制御電圧がその所定最大値を超えた場合、前記駆動電流が所定最大電流値以上となり前記光源が劣化したと判断し、前記報知手段は、前記制御部の判断に応じて前記光源の劣化を報知する。
本構成によれば、画品質の低下、あるいはLDドライバーの故障前に、好適に光源の劣化を検出し、その劣化をユーザに知らせることができる。
第8の発明は、第2の発明の光出力装置において、前記調整信号は電流信号であり、前記調整部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、調整信号の電流値を徐々に上昇させることによって、前記駆動電流を前記目標電流値に到達させ、前記電圧−電流変換部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達したときの前記駆動電流に前記調整信号の電流値を加算して加算駆動電流を生成し、該加算駆動電流を前記光源に供給する電流加算部を含む。
本構成によれば、制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、単に、調整信号の電流値を徐々に上昇させることによって、駆動電流を目標電流値まで好適に増加させることができる。
第9の発明は、第8の発明の光出力装置において、前記調整部は、前記制御部による制御開始時において、開始定電流を生成し、該開始定電流を前記電流加算部に供給し、前記電流加算部は、前記光源への前記加算駆動電流の供給を前記制御開始時から開始する。
本構成によれば、駆動電流をゼロから生成する場合と比べて、駆動電流を所定電流値にまで速やかに増加させ、収束させることができる。
第10の発明は、第8または第9の発明の光出力装置において、前記光源の劣化を報知する報知手段をさらに備え、前記制御部は、前記調整信号の電流値がその所定最大値を超えた場合、前記駆動電流が所定最大電流値以上となり前記光源が劣化したと判断し、前記報知手段は、前記制御部の判断に応じて前記光源の劣化を報知する。
本構成によれば、画品質の低下、あるいはLDドライバーの故障前に、好適に光源の劣化を検出し、その劣化をユーザに知らせることができる。
第11の発明は、第1〜第10の発明のいずれか一つの光出力装置において、前記駆動電流に付加して前記光源の出力パワーを適正化するバイアス電流を生成するバイアス電流回路をさらに備え、前記制御部は、前記制御電圧および前記調整信号に基づいて前記駆動電流を推定し、推定された駆動電流に応じて前記バイアス電流を設定変更するためのバイアス電流設定信号を生成し、前記バイアス電流回路は、前記バイアス電流設定信号に応じて前記バイアス電流を生成する。
本構成によれば、光源に供給するバイアス電流を駆動電流に応じて適正化することができる。そのため、光出力装置が画像形成装置に使用される場合、形成画質が向上する。
第12の発明の画像形成装置は、第1〜第11の発明のいずれか一つの光出力装置と、前記光出力装置の前記出力部から出力される前記光を用いて画像を形成する画像形成部とを備える。
本構成によれば、安定した出力パワーを供給することができ、画質が向上する。
本発明の光出力装置によれば、安定した出力パワーを供給することができる。
<実施形態1>
1.画像形成装置の構成
本発明の実施形態1を、図1〜図5を参照して説明する。
図1は、本発明の画像形成装置の実施形態1に係る構成を概略的に示す要部側断面図である。ここでは、画像形成装置がレーザプリンタ10に適用された例が示される。
レーザプリンタ10は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色に対応する4つの感光体ドラム31、32、33、34、並びに4つの現像ローラ36、37、38、39を備えた、いわゆるダイレクトタンデム型のカラーレーザプリンタである。なお、以下の説明においては、前側とは図1の右側を示すものとする。また、画像形成装置はカラーレーザプリンタに限られず、例えば、モノクロレーザプリンタであってもよいし、ファクシミリ機能およびコピー機能を備えた、いわゆる複合機であってもよい。
レーザプリンタ10は本体ケーシング11を備える。本体ケーシング11の内部には、給紙部21、光出力装置20、用紙3を搬送する用紙搬送部23、光出力装置20から出力される光を用いて画像を形成する画像形成部25、およびスキャナ部27が、下から順に積み重ねて配置されている。画像形成部25には、感光体ドラム31、32、33、34および現像ローラ36、37、38、39等が含まれる。
スキャナ部27にはポリゴンミラー(図示せず)、並びにブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色に対応して、光出力装置20に含まれる4つのレーザダイオード(本発明における「光源」の一例)LD1〜LD4(図示せず)が内蔵されている。各レーザダイオードLD1〜LD4から出射された各レーザ光(本発明における「光」の一例)L1〜L4は、ポリゴンミラーで偏向される。その後、光路上に設置される反射鏡などの光学部品によって向きを変えられ、図1に示すように各感光体ドラム31、32、33、34の表面に高速走査にて照射される。これにより、各感光体ドラム31〜34上に静電潜像が形成される。その後、現像工程、転写工程、定着工程を経ることで搬送経路(図示せず)を送られてくる用紙3に画像を形成させ、画像形成後の用紙3を本体ケーシング11の上面壁11Aに設けられる排紙トレイ上に排紙するように構成されている。
2.光出力装置の構成
次に、図2および図3を参照して、本発明の実施形態1に係る光出力装置20の回路構成について説明する。図2は、実施形態1におけるレーザプリンタ10の光出力装置20の概略的なブロック図である。ここでは、光出力装置20は、画像形成装置の一例である上記レーザプリンタ10に設けられる例が示される。
また、制御回路(本発明の制御部、設定部および調整部の一例)41を除く、光出力装置20の各回路構成は、レーザプリンタ10の4つのレーザダイオードLD1〜LD4に対応して個別に設けられるが、その構成は各レーザダイオードLD1〜LD4に対して同一のため、図2にはレーザダイオードLD1に対する構成のみが示される。ここで、制御回路41は、各レーザダイオードLD1〜LD4に対して共有に設けられる。なお、光出力装置20はレーザプリンタ10に設けられる例に限られない。また、光源も、特にレーザダイオードLD1〜LD4に限られない。
光出力装置20は、大きくは、出力部60、制御回路41、制御電圧生成部40、報知装置47、および電圧−電流変換回路(電圧−電流変換部の一例)50を備える。
出力部60は、レーザダイオードLD1からレーザ光L1を出力する。制御回路41は、出力部60の出力を制御する。制御電圧生成部40は、レーザ光L1の出力パワーを所定の値に維持するための制御電圧(信号)Voを生成する。また、制御信号生成部40は、電源(電圧)Vccの投入時においてレーザ光L1の出力パワーを徐々に増加させるために、制御信号Voを徐々に立上がるように生成し、該生成された制御電圧信号Voを電圧−電流変換回路50および制御回路41に提供する。
以下、光出力装置20の構成をさらに詳しく説明する。図2に示されるように、出力部60は、高速変調回路61、およびレーザダイオードLD1を含む。
制御信号生成部40は、光検出部、基準電圧発生回路42、第1比較演算回路45、および時定数回路46を含む。光検出部は、レーザ光L1の出力パワーに応じた光検出信号(Ip、Vpd、Vph)を生成し、フォトダイオードPD1、電流−電圧変換回路43、およびピークホールド回路44を含む。
フォトダイオードPD1は、レーザダイオードLD1からのレーザ光を受光し、そのレーザ光の光強度の大きさに従った光検出電流(信号)Ipを生成し、光検出電流Ipを電流−電圧変換回路43に出力する。フォトダイオードPD1は、例えば、レーザダイオードLD1と同一パッケージ内に封止された構成になっており、レーザダイオードLD1のカソードとフォトダイオードPD1のカソードが互いにグランドに接続されている。
電流−電圧変換回路43は、光検出電流信号Ipを受け取り、光検出電流Ipを光検出電圧(信号)Vpdに変換し、光検出電圧信号Vpdをピークホールド回路44に供給する。電流−電圧変換回路43は、図3に示されるように、例えば、グランドとフォトダイオードPD1のアノードとの間に接続された1つの抵抗R4から構成される。
ピークホールド回路44は、光検出電圧信号Vpdを受け取り、そのピーク値を所定時間、ホールドする。ピークホールド回路44は、図3に示されるように、例えば、演算増幅器(以下「オペアンプ」という)OP2を含み、その非反転入力端子に光検出電圧信号Vpdを受け取る。また、オペアンプOP2の出力端子にはダイオードD1のアノードが接続され、ダイオードD1のカソードがオペアンプOP2の反転入力端子に接続されている。ダイオードD1のカソードには、さらに、コンデンサC3および抵抗R3が接続され、コンデンサC3および抵抗R3の他の端子は、グランドに接続されている。このようなピークホールド回路44の構成によって、ダイオードD1のカソードに接続されたコンデンサC3の端子には、コンデンサC3が充電されている間、光検出電圧Vpdのピーク値がホールドされてホールド電圧(信号)Vphが形成される。ホールド電圧信号Vphは、第1比較演算回路45に供給される。
また、制御回路41は、ここでは、例えばASIC(特定用途向け集積回路)によって構成される。制御回路41は、出力部60の出力を所定値に制御するために、基準電圧Vrefを設定する電圧設定信号Vsetを生成し、電圧設定信号Vsetを基準電圧発生回路42に供給する。ここで、電圧設定信号Vsetは、例えばPWM(パルス幅変調)信号であり、PWM信号のパルス幅が所定値に設定されることによって、基準電圧発生回路42の基準電圧Vrefが設定され、レーザダイオードLD1の出力パワーが設定される。また、印刷要求に応じて、イネーブル信号ENによって、電圧−電流変換回路50の動作を有効化する。
基準電圧発生回路42は、電圧設定信号Vsetを受け取り、第1の時定数にしたがって電圧設定信号Vsetを徐々に立上げて基準電圧Vrefを発生する。基準電圧Vrefは第1比較演算回路45に供給される。基準電圧発生回路42は、図3に示されるように、例えば、抵抗R1とコンデンサC1とからなる。
第1比較演算回路45は、ホールド電圧(光検出信号の電圧)Vphと基準電圧Vrefとを比較し、その差に応じた比較信号Vcomを生成する。その際、基準電圧Vrefがホールド電圧Vphより大きい場合に、基準電圧Vrefより大きい値を有し、レーザ光の出力パワーを増加させる比較信号Vcomを生成する。一方、基準電圧Vrefがホールド電圧Vphより小さい場合には、基準電圧Vrefより小さい値を有し、レーザ光の出力パワーを減少させる比較信号Vcomを生成する。比較信号Vcomは時定数回路46に供給される。第1比較演算回路45は、図3に示されるように、例えば、オペアンプOP1、抵抗R5、および抵抗R6を含む。オペアンプOP1の反転入力端子に、抵抗R5を介してホールド電圧Vphが供給され、その非反転入力端子に基準電圧Vrefが供給される。抵抗R6は、オペアンプOP1の出力と反転入力端子との間に接続される。抵抗R5および抵抗R6によってオペアンプOP1の増幅度が設定される。
時定数回路46は、図3に示されるように、第2の時定数を形成する、抵抗R2とコンデンサC2とを含む。時定数回路46は、比較信号Vcomを第1比較演算回路45から受け取り、第2の時定数によって比較信号Vcomを徐々に立上げて制御電圧信号Voを生成する。制御電圧信号Voは、電圧−電流変換回路50の第2比較演算回路54および制御回路41に提供される。
電圧−電流変換回路50は、LD電流検出回路(設定部の一例)51、増幅回路(設定部の一例)52、減算回路53、第2比較演算回路54、および電流出力回路55を含む。
LD電流検出回路51は、減算回路51Aと抵抗R9とを含み、電源Vccから供給されるLD駆動電流Idを検出し、電流検出信号Vidを生成する。抵抗R9、LD電流Idおよび電流検出信号Vidの関係は、下の式1によって示される。
Vid=Vcc−Vr=Id×R9 式1
ここで、Vrは、電源Vccとは反対側の抵抗R9の電圧とする。式1に示されるように、電流検出信号VidはLD駆電流Idに比例する。すなわち、LD電流検出回路51は、LD駆電流Idを電流検出信号Vidとして間接的に検出する。電流検出信号Vidは増幅回路52に供給される。
増幅回路52は、例えば、オペアンプOP3、抵抗R7、および抵抗R8を含む。増幅回路52は、抵抗R7と抵抗R8との比率によって決まる増幅度によって電流検出信号Vidを所定の大きさに増幅する。増幅された電流検出信号Vidは、減算回路53に供給される。
減算回路53は、増幅回路52から増幅された電流検出信号Vidを受け取り、制御回路41から制御電圧調整信号(調整信号の一例)Vajを受け取る。そして、減算回路53は、増幅された電流検出信号Vidから制御電圧調整信号Vajを減算し、減算信号Vsubを生成し、減算信号Vsubを第2比較演算回路54に供給する。
第2比較演算回路54は、時定数回路46からの制御電圧信号Voと減算回路53からの減算信号Vsubとを比較し、その差に応じた出力制御信号Scを生成する。出力制御信号Scは電流出力回路55に供給される。
電流出力回路55は、例えばトランジスタTr1を含む。出力制御信号ScはトランジスタTr1のベースに供給される。トランジスタTr1は、出力制御信号Scに応じて、LD駆動電流Idを、電源Vccから抵抗R9を介して高速変調回路61に供給する。
高速変調回路61は、印字データ信号に応じてLD駆動電流Idを変調し、変調されたLD駆動電流IdをレーザダイオードLD1に供給する。
報知装置47は、例えば、ブザーあるいは表示装置等からなり、制御回路41の判断に応じてレーザダイオードLD1の劣化を報知する。報知装置47は、例えば、レーザプリンタ10の本体ケーシング11の操作パネル(図示せず)に設けられる。
3.光出力装置の作用・効果
次に、以上のように構成された光出力装置20の作用・効果を、図4および図5を参照して説明する。図4は、光出力装置の各種信号の推移を示すタイムチャートであり、図5は制御電圧VoとLD駆動電流Idとの関係を示すグラフである。
今、図4の時刻t0において、ユーザによってレーザプリンタ10に対して印字要求がなされ、レーザダイオードLD1の起動が開始されると、基準電圧Vrefは第1の時定数にしたがって徐々に立上がる。それに伴って制御電圧信号Voも第2の時定数にしたがって徐々に立上がる。また、それに伴って、レーザダイオードLD1のLD駆動電流Idおよび光検出電圧Vpdも徐々に増加する。
このときの、制御電圧信号VoとLD駆動電流Idとの関係は、図5の制御電圧−駆動電流変換の特性線(太い実線で示される)で示される。特性線の傾きK1は、通常の特性線(太い破線で示される)の傾きK2に比べて小さい。すなわち、特性線の傾きK1は、制御電圧Voの所定最大値(例えば、3V)において駆動電流Idがその所定最大値(例えば、60mA)まで達しない傾きに設定される。なお、特性線の傾きK1は、例えば、電圧−電流変換回路50の抵抗R7、抵抗R8および抵抗R9の抵抗値を適宜、選定することによって設定される。
そして、図4の時刻t1において制御電圧Voが所定制御電圧値、ここでは例えば1.5Vまで上昇すると、制御回路41は、それを検出する。その検出に応じて、制御回路41は、制御電圧Voを1.5Vに維持するために、制御電圧調整信号Vajを徐々に増加するように生成し、制御電圧調整信号Vajを減算回路53に供給する。このとき、制御電圧調整信号Vajの供給によって減算信号Vsubは減少する。それに伴って、第2比較演算回路54からの出力制御信号Scが増加し、LD駆動電流Idも増加する。
そして、LD駆動電流Idの増加に伴って、光検出電圧Vpd、すなわち、ホールド電圧Vphも増加する。このとき、ホールド電圧Vphが基準電圧Vrefより大きくなると、第1比較演算回路45の比較信号Vcom、すなわち、制御電圧信号Voの値が減少する。
そのため、図4の時刻t1以降において、制御回路41は、レーザ光の出力パワーを増加させるために基準電圧Vrefを増加させるとともに、制御電圧Voを検出しつつ、制御電圧Voが1.5Vに維持されるように、制御電圧調整信号Vajを増加させる。
そして、時刻t0から所定時間が経過した時刻t2において、制御回路41は、制御電圧調整信号Vajを所定値で一定とし、時刻t2以降において、レーザ光の出力パワーのAPC制御を行う。ここで、時刻t2、すなわち、時刻t0から所定時間は、LD駆動電流Idが所定の目標電流値に達している時間として、事前に実験等によって決定される。なお、時刻t2の決定はこれに限られない。例えば、光検出電圧Vpdの電圧値によって、LD駆動電流Idが所定の目標電流値に達していることを検知し、この検知によって時刻t2を決定するようにしてもよい。
このように、実施形態1においては、図5に示されるように、最初、制御電圧−駆動電流変換の特性線の傾きK1を、最大電流まで流せる通常の特性線の傾きK2より小さく設定する。そして、所定制御電圧Vo(図5では1.5V)において、LD駆動電流Idが所定の目標電流値(図5では40mA)となるように、制御電圧調整信号Vajが生成される。そして、LD駆動電流Idが目標電流値(例えば、40mA)に達した以降においては、傾きK1の特性線に沿ってAPC制御が行われる。
そのため、図5に示されるように、LD駆動電流Idの所定量の制御範囲に対応する制御電圧Voの制御範囲ΔV1が、傾きK2の通常の特性線に沿った場合の制御範囲ΔV2よりも大きくなる。言い換えれば、制御電圧Voの所定の変動量に対するLD駆動電流Idの変動量、すなわち、レーザ光の出力パワーの変動量を、通常の傾きK2の特性線に沿ったAPC制御に比べて減少させることができる。そのため、通常のAPC制御に比べて、安定した出力パワーを供給することができるとともに、高精度のAPC制御を行うことができる。
なお、制御回路41は、所定制御電圧値において制御電圧調整信号Vajの電圧値がその所定最大値を超えた場合、駆動電流Idが所定最大電流値以上となりレーザダイオードLD1が劣化したと判断する。あるいは、制御回路41は、所定制御電圧値において制御電圧調整信号Vajの電圧値がその所定最大値となり、かつ制御電圧Voがその所定最大値を超えた場合、駆動電流Idが所定最大電流値以上となりレーザダイオードLD1が劣化したと判断する。そして、制御回路41は、レーザダイオードLD1が劣化したと判断した場合には、報知信号を生成し、報知信号を報知装置47に供給してその劣化をユーザに報知する。そのため、画品質の低下、あるいはLDドライバーの故障前に、好適にレーザダイオードLD1の劣化を検出し、その劣化をユーザに知らせることができる。
<実施形態2>
次に、図6〜図8を参照して、本発明の実施形態2について説明する。図6は、実施形態2におけるレーザプリンタ10の光出力装置20の概略的なブロック図である。図7は、光出力装置の各種信号の推移を示すタイムチャートであり、図8は、実施形態2における制御電圧VoとLD駆動電流Idとの関係を示すグラフである。
なお、実施形態1と実施形態2とは、光出力装置20の制御電圧Voによるレーザ光の出力パワーの制御に関する構成のみが相違する。そのため、以下においては、その相違点のみを説明する。したがって、図6〜図8において、実施形態1の構成と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施形態1と実施形態2とにおける光出力装置20の構成の相違点は、図6に示されるように、図2に示す電圧−電流変換回路50の増幅回路52が可変増幅回路52Aに変更された電圧−電流変換回路50Aを採用する点のみが異なる。実施形態2において可変増幅回路52Aが用いられるのは、増幅率を変更して特性線の傾きKを変更するためである。具体的には、図3に示される抵抗R7および抵抗R8のうちの少なくとも一方に、例えば、プログラマブルなデジタル・ポテンショメータが使用される。すなわち、可変増幅回路52Aの増幅率は、(1+R8/R7)に依存する。そのため、抵抗R7および抵抗R8の比率を変更して、可変増幅回路52Aの増幅率が変更される。
次に、図7および図8を参照して、実施形態2におけるレーザ光の出力パワーの制御を説明する。
今、図7の時刻t0において、実施形態1と同様に、ユーザによってレーザプリンタ10に対して印字要求がなされ、レーザダイオードLD1の起動が開始されると、基準電圧Vrefは第1の時定数にしたがって徐々に立上がる。それに伴って制御電圧信号Voも第2の時定数にしたがって徐々に立上がる。それに伴って、レーザダイオードLD1のLD駆動電流Idおよび光検出電圧Vpdも徐々に増加する(図7の符号Aを参照)。
このときの、制御電圧信号VoとLD駆動電流Idとの関係は、図8の制御電圧−駆動電流変換の特性線(太い実線で示される)上において矢印Aで示される。図8に示されるように、実施形態2においては、最初、制御電圧−駆動電流変換の特性線の傾きKを、抵抗R7および抵抗R8の値を適宜、選定することによって、最大電流値(例えば、60mA)まで流せる通常の特性線の傾きK2に設定する。
そして、時刻t0から所定時間が経過した図7の時刻(t1−1)においてLD駆動電流Idが所定の目標電流値、例えば40mAに達すると、制御回路41は、制御電圧−駆動電流変換の特性線の傾きKを、通常の特性線の傾きK2より小さい傾きK1に変更するために、例えば、プログラマブルなデジタル・ポテンショメータである、可変増幅回路52Aの抵抗R8の設定値を増加させるように変更する。なお、特性線の傾きKを、傾きK2から傾きK1に変更するために、抵抗R8の設定値を増加させることに代えて、抵抗R7の設定値を減少させるようにしてもよいし、あるいは、図3に示される抵抗R9をプログラマブルなデジタル・ポテンショメータによって構成し、抵抗R9の値を増加させるようにしてもよい。
ここで、時刻(t1−1)は、LD駆動電流Idが所定の目標電流値に達している時間として、事前に実験等によって決定される。なお、時刻(t1−1)の決定はこれに限られない。例えば、光検出電圧Vpdの電圧値によって、LD駆動電流Idが所定の目標電流値に達していることを検知し、この検知によって時刻(t1−1)を決定するようにしてもよい。
時刻(t1−1)における特性線の傾きKの変更によって、図7の符号Bおよび図8の矢印Bによって示されるように、LD駆動電流Idが減少する。このとき、目標電流値に対応する、制御電圧信号Voの目標電圧値Vtを変化させずに、減少したLD駆動電流Idを目標電流値、例えば40mAまで増加させるために、制御回路41は、基準電圧Vrefおよび制御電圧調整信号(本発明における調整信号に相当する)Vajを徐々に増加させる(図7の符号Cおよび図8の矢印C参照)。なお、時刻(t1−1)以降において、制御回路41は、制御電圧調整信号Vajを増加させる際、制御電圧調整信号Vajの電圧値を、制御電圧Voの検出値に応じて変更する。ここで、図7の時刻(t1−2)までの区間においては、上記実施形態1に係る図4の時刻t1からT2までの区間と同一の制御が行われる。すなわち、制御回路41は、制御電圧Voを検出しつつ、制御電圧Voを一定値に維持するように、制御電圧調整信号Vajを増加する。
そして、図7の時刻(t1−2)において、LD駆動電流Idが目標電流値に達すると、LD駆動電流Idを目標電流値に維持しつつ、制御電圧信号Voを所定制御電圧値、例えば1.5Vまで減少させるために、制御回路41は、基準電圧Vrefを一定とし、制御電圧調整信号Vajをさらに徐々に増加させる(図7の符号Dおよび図8の矢印D参照)。このとき、制御電圧調整信号Vajの増加に伴ってLD駆動電流Idが一時増加するが、LD駆動電流Idの増加にともなって、光検出電圧信号Vpdが増加する。それによって、第1比較演算回路45の比較信号Vcom、すなわち、制御電圧信号Voの値が減少する。制御電圧信号Voの減少によってLD駆動電流Idの増加が抑えられる。そのため、制御回路41は、制御電圧Voの検出値に応じて、制御電圧調整信号Vajの増加度を適正化することによって、LD駆動電流Idをほぼ一定に維持しつつ、制御電圧Voを減少させることができる。
ここで、時刻(t1−2)は、LD駆動電流Idが再び所定の目標電流値に達している時間として、事前に実験等によって決定される。あるいは、光検出電圧Vpdの電圧値によって、LD駆動電流Idが目標電流値に達していることを検知し、この検知によって時刻(t1−2)を決定するようにしてもよい。
そして、図7の時刻t2において、制御電圧信号Voが所定制御電圧値(1.5V)に達すると、時刻t2以降においては、所定制御電圧値(1.5V)を制御電圧信号Voの中心値として、制御回路41は、実施形態1と同様に、通常よりも小さい傾きK1の制御電圧−駆動電流変換の特性線に沿うように、レーザ光の出力パワーのAPC制御を行う。ここで、所定制御電圧値は、制御電圧Voの下限値(図8においては、0V)と上限値(図8においては、3V)との間の中間値(図8においては、1.5V)に設定される。そのため、広範囲の目標駆動電流に対応して好適に高精度のAPC制御を行うことができる。なお、ここで、所定制御電圧値は、中間値に限定されず、ほぼ中間値に近い値であればよい。
したがって、このような実施形態2の構成によっても、実施形態1と同様に、LD駆動電流Idが目標電流値に到達した以降のレーザ光の出力パワー制御において、制御電圧Voの所定の変動量に対するLD駆動電流Idの変動量、すなわち、レーザ光の出力パワーの変動量を、通常の傾きK2の特性線に沿ったAPC制御に比べて減少させることができる。そのため、通常のAPC制御に比べて、安定した出力パワーを供給することができるとともに、高精度のAPC制御を行うことができる。
<実施形態3>
次に、図9および図10を参照して、本発明の実施形態3について説明する。図9は、実施形態3におけるレーザプリンタ10の光出力装置20の概略的なブロック図である。図10は、実施形態3における制御電圧VoとLD駆動電流Idとの関係を示すグラフである。
なお、実施形態1と実施形態3とは、光出力装置20の制御電圧Voによるレーザ光の出力パワーの制御に関する構成のみが相違する。そのため、以下においては、その相違点のみを説明する。したがって、図9および図10において、実施形態1の構成と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
実施形態1と実施形態3とにおける光出力装置20の構成の相違点は、図9に示されるように、実施形態1の電圧−電流変換回路50(図2参照)において、減算回路53が省略され、可変定電流回路56および電流加算器57が追加された電圧−電流変換回路50Bを採用する点にある。
次に、図10を参照して、実施形態3におけるレーザ光の出力パワーの制御を説明する。実施形態3においては、図10に示されるように、最初、制御電圧−駆動電流変換の特性線の傾きKを、本実施形態1と同様に、最大電流値(例えば、60mA)まで流せる通常の特性線の傾きK2より小さいK1に設定する。そして、基準電圧Vrefを徐々に増加させて制御電圧Voを所定制御電圧値(図9では1.5V)まで増加させる。
その際、制御回路41は、LD発光しない範囲(例えば、図10に示されるように20mA程度)の定電流(開始定電流に相当)Ist、あるいは所望の出力パワーとはならない範囲(例えば、30mA)の定電流(開始定電流に相当)Istを生成させるための定電流設定信号Vstを可変定電流回路56に供給する。可変定電流回路56はその定電流(調整信号の一例)Istを電流加算器57に供給し、電流加算器57は、定電流Istと電流出力回路55からの出力電流Ioとを加算して駆動電流Idを生成する。
そして、制御電圧Voが所定制御電圧値(例えば、1.5V)に到達した以降は、制御電圧Voが所定制御電圧値を維持するように、可変定電流回路56は、定電流設定信号Vstにしたがって、定電流Istを目標駆動電流(例えば、図9においては40mA)Idが得られるまで徐々に増加(可変)させる。
そして、LD駆動電流Idが目標電流値(40mA)となった以降は、所定制御電圧値(1.5V)を中心値として、制御回路41は、実施形態1と同様に、傾きK1の制御電圧−駆動電流変換の特性線に沿うように、レーザ光の出力パワーのAPC制御を行う。
したがって、このような実施形態3の構成によっても、実施形態1と同様に、LD駆動電流Idが目標電流値に到達した以降のレーザ光の出力パワー制御において、制御電圧Voの所定の変動量に対するLD駆動電流Idの変動量、すなわち、レーザ光の出力パワーの変動量を、通常の傾きK2の特性線に沿ったAPC制御に比べて減少させることができる。そのため、通常のAPC制御に比べて、安定した出力パワーを供給することができるとともに、高精度のAPC制御を行うことができる。
さらに、駆動電流Idをゼロから生成する場合と比べて、駆動電流Idを目標電流値にまで速やかに増加させ、収束させることができる。
また、実施形態3においては、制御回路41は、定電流Istの電流値がその所定最大値を超えた場合、駆動電流Idが所定最大電流値以上となりレーザダイオードLD1が劣化したと判断し、その劣化を報知装置47によってユーザに報知させる。
なお、実施形態3において、定電流Istを最初から電流加算器57に供給せずに、図10の破線で示すように、制御電圧Voが所定制御電圧値(1.5V)に到達した以降において、定電流Istを電流加算器57に可変して供給して、目標駆動電流を得るようにしてもよい。
さらに、実施形態3において、実施形態1の減算回路53を備え、定電流Istを供給して、制御電圧Voが所定制御電圧値(1.5V)に到達した以降においては、実施形態1と同様に、制御電圧調整信号Vajを減算回路53に供給することによって、目標駆動電流を得るようにしてもよい。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、更に、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記各実施形態において、光出力装置20は、図11に示すように、さらに、バイアス電流設定回路71、バイアス電流回路72および電流加算器73を備えてもよい。この構成において、制御回路41は、制御電圧Voおよび制御電圧調整信号(調整信号)Vajに基づいてLD駆動電流Idを推定する。なお、本追加構成を実施形態3に適用する場合には、制御電圧Voおよび定電流(調整信号)Istに基づいてLD駆動電流Idを推定する(図9参照)。
そして、制御回路41は、推定されたLD駆動電流Idに応じて、レーザダイオードLD1のバイアス電流Ibsを設定変更するためのバイアス電流設定信号Sbsを生成し、バイアス電流設定信号Sbsをバイアス電流設定回路71に供給する。バイアス電流設定回路71は、バイアス電流設定信号Sbsに基づいて、バイアス電流設定電圧Vbsを生成する。バイアス電流回路72はバイアス電流設定電圧Vbsに応じて所定のバイアス電流Ibsを生成し、バイアス電流Ibsを電流加算器73に供給する。電流加算器73は、バイアス電流Ibsが重畳(付加)されたLD駆動電流IdをレーザダイオードLD1に供給する。ここで、バイアス電流設定電圧Vbsとバイアス電流Ibsとは、例えば、比例関係にあるものとする。
なお、この場合、バイアス電流Ibsの設定変更(切り替え)は、推定されたLD駆動電流Idに応じて随時行うようにしてもよい。あるいは、画像が途中で突然切り替わることを防止するため、印字前と、印字用紙間とにおいて行うようにしてもよい。
このように、通常は、固定されているバイアス電流Ibsを、所望出力パワーにおけるLD駆動電流Idに応じて適正化することによって、レーザダイオードLD1への入力パルス幅に対するLD出力パルス幅が安定し、画品質を向上させることができる。そのため、例えば、周囲温度の変化による画品質の影響も低減することができる。すなわち、周囲温度に依存する、LD駆動電流―レーザ出力特性に、バイアス電流Ibsを変化させることによって、好適に対応することができる。
本発明によるレーザプリンタの実施形態1にかかる要部側断面図 実施形態1におけるレーザプリンタの光出力装置のブロック図 実施形態1における光出力装置の概略的な回路図 実施形態1における光出力装置の各信号の推移を示すタイムチャート 実施形態1における光出力装置の制御電圧信号とLD駆動電流との関係を示すグラフ 実施形態2のレーザプリンタにおける光出力装置のブロック図 実施形態2における光出力装置の各信号の推移を示すタイムチャート 実施形態2における光出力装置の制御電圧信号とLD駆動電流との関係を示すグラフ 実施形態3のレーザプリンタにおける光出力装置のブロック図 実施形態3における光出力装置の制御電圧信号とLD駆動電流との関係を示すグラフ 別の実施形態のレーザプリンタにおける光出力装置のブロック図
10...レーザプリンタ(画像形成装置)
20...光出力装置
31〜34...感光体ドラム(画像形成部)
36〜39...現像ローラ(画像形成部)
40...制御電圧生成部
41...制御回路(制御部、設定部および調整部)
42...基準電圧発生回路
43...電流−電圧変換回路
44...ピークホールド回路
45...第1比較演算回路
46...時定数回路
47...報知装置(報知手段)
50...電圧−電流変換回路(電圧−電流変換部)
51...LD電流検出回路(設定部)
52...増幅回路(設定部)
53...減算回路
54...第2比較演算回路
56...可変定電流回路
57...電流加算回路
60...出力部
61...高速変調回路(出力部)
LD1〜LD4...レーザダイオード(光源、出力部)
PD1〜PD4...フォトダイオード

Claims (12)

  1. 光源を有し、前記光源から光を出力する出力部と、
    前記光源の出力パワーを検出し、前記光源の駆動電流を制御する制御電圧を前記出力パワーに応じて生成する制御電圧生成部と、
    前記出力パワーの目標値を設定するとともに、前記出力パワーを前記目標値とするように、前記制御電圧生成部を制御する制御部と、
    前記制御電圧を前記駆動電流に変換し、該変換された駆動電流を前記光源に供給する電圧−電流変換部と、
    前記電圧−電流変換部における制御電圧−駆動電流変換の特性線の傾きを設定する設定部と、
    前記特性線上の制御電圧値であって、前記出力パワーが前記目標値に到達しない所定制御電圧値において、前記駆動電流が前記出力パワーを前記目標値とする目標電流値となるように、前記電圧−電流変換部を調整する調整部と、
    を備え、
    前記設定部は、前記特性線の傾きを、前記制御電圧の所定最大値において前記駆動電流が前記目標電流値より大きい最大電流値まで達しない第1の傾きに設定可能であり、
    前記制御部は、前記駆動電流が前記目標電流値とされた以降、前記特性線の傾きが前記第1の傾きに設定された状態において、前記制御電圧生成部を制御する、光出力装置。
  2. 請求項1に記載の光出力装置において、
    前記制御部は、制御開始以降において、前記第1の傾きの特性線に沿って前記制御電圧および前記駆動電流が変化するように前記電圧−電流変換部を制御し、
    前記調整部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、前記制御電圧を前記所定制御電圧値に維持しつつ、前記駆動電流を前記目標電流値まで増加させる調整信号を生成する。
  3. 請求項2に記載の光出力装置において、
    前記調整信号は電圧信号であり、
    前記調整部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、前記調整信号の電圧値を徐々に上昇させることによって、前記駆動電流を前記目標電流値に到達させる。
  4. 請求項1に記載の光出力装置において、
    前記設定部は、前記特性線の傾きを、前記第1の傾きより大きい傾きであって、前記制御電圧の所定最大値において前記駆動電流がその所定最大値まで達する第2の傾きに設定し、
    前記制御部は、制御開始以降において、前記第2の傾きの特性線に沿って前記制御電圧および前記駆動電流が変化するように前記電圧−電流変換部を制御し、
    前記設定部は、前記制御電圧が前記出力パワーの目標値の得られる目標電圧値に達した際に、前記特性線の傾きを前記第2の傾きから前記第1の傾きに設定変更し、
    前記調整部は、前記制御電圧を前記目標電圧値から前記所定制御電圧値に移行させる調整信号を生成し、該調整信号を前記電圧−電流変換部に供給する。
  5. 請求項4に記載の光出力装置において、
    前記所定制御電圧値は、該制御電圧の下限値と上限値との間の中間値に設定される。
  6. 請求項4または5に記載の光出力装置において、
    前記調整部は、前記調整信号の大きさを前記制御電圧に応じて決定する。
  7. 請求項2〜請求項6のいずれか一項に記載の光出力装置において、
    前記光源の劣化を報知する報知手段をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記所定制御電圧値において前記調整信号の電圧値がその所定最大値を超えた場合、前記駆動電流が所定最大電流値以上となり前記光源が劣化したと判断し、
    あるいは、
    前記所定制御電圧値において前記調整信号の電圧値がその所定最大値となり、かつ前記制御電圧がその所定最大値を超えた場合、前記駆動電流が前記所定最大電流値以上となり前記光源が劣化したと判断し、
    前記報知手段は、前記制御部の判断に応じて前記光源の劣化を報知する。
  8. 請求項2に記載の光出力装置において、
    前記調整信号は電流信号であり、
    前記調整部は、前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達した以降において、調整信号の電流値を徐々に上昇させることによって、前記駆動電流を前記目標電流値に到達させ、
    前記電圧−電流変換部は、
    前記制御電圧が前記所定制御電圧値に達したときの前記駆動電流に前記調整信号の電流値を加算して加算駆動電流を生成し、該加算駆動電流を前記光源に供給する電流加算部を含む。
  9. 請求項8に記載の光出力装置において、
    前記調整部は、前記制御部による制御開始時において、開始定電流を生成し、該開始定電流を前記電流加算部に供給し、
    前記電流加算部は、前記光源への前記加算駆動電流の供給を前記制御開始時から開始する。
  10. 請求項8または9に記載の光出力装置において、
    前記光源の劣化を報知する報知手段をさらに備え、
    前記制御部は、前記調整信号の電流値がその所定最大値を超えた場合、前記駆動電流が所定最大電流値以上となり前記光源が劣化したと判断し、
    前記報知手段は、前記制御部の判断に応じて前記光源の劣化を報知する。
  11. 請求項1から請求項10のうちのいずれか一項に記載の光出力装置において、
    前記駆動電流に付加して前記光源の出力パワーを適正化するバイアス電流を生成するバイアス電流回路をさらに備え、
    前記制御部は、前記制御電圧および前記調整信号に基づいて前記駆動電流を推定し、推定された駆動電流に応じて前記バイアス電流を設定変更するためのバイアス電流設定信号を生成し、
    前記バイアス電流回路は、前記バイアス電流設定信号に応じて前記バイアス電流を生成する。
  12. 請求項1から請求項11のうちのいずれか一項に記載の光出力装置と、
    前記光出力装置の前記出力部から出力される前記光を用いて画像を形成する画像形成部と、
    を備えた画像形成装置。
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