JP4655457B2 - Light quantity control device and image forming apparatus using the same - Google Patents

Light quantity control device and image forming apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の駆動制御に関し、特にレーザゼログラフィにその光源として用いられるレーザ素子の駆動に用いて好適な光量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ素子を光源とするレーザゼログラフィの分野では、より高解像度化、より高速化の要求が強くなってきている。入力画像データに応じてレーザ素子の駆動をオン/オフ制御する速度(以下、変調速度と記す)には限度がある。レーザ光のビーム数を1本とした場合には、主走査方向の解像度のみならず、副走査方向の解像度をも上げようとすると、変調速度が犠牲にならざるを得ない。したがって、変調速度を上げずに副走査方向の解像度を上げるためには、レーザ光のビーム数を増すしかない。レーザ光のビーム数を例えば4本にした場合は、変調速度が1本の場合と同じと仮定すると、主走査・副走査方向の解像度を2倍に向上できる。
【0003】
レーザゼログラフィにその光源として用いられる半導体レーザは、レーザ光が活性層と平行な方向に取り出される構造の端面発光型レーザ素子(以下、端面発光レーザと記す)と、レーザ光が活性層に垂直な方向に取り出される構造の面発光型レーザ素子(以下、面発光レーザと記す)とに大別される。従来、レーザゼログラフィでは、レーザ光源として一般的に端面発光レーザが用いられていた。
【0004】
しかしながら、レーザ光のビーム数を増やすという観点からすると、端面発光レーザは技術的に難しいとされており、構造上、端面発光レーザよりも面発光レーザの方がレーザ光のビーム数を増やすのに有利である。このような理由から、近年、レーザゼログラフィの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるために、レーザ光源として、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。
【0005】
ところで、半導体レーザの駆動装置では、当該半導体レーザの光量を受光器で検出し、その検出光量に基づいて自動的に光量制御を行う自動光量制御(APC:Automatic Power Control)回路が用いられる。この光量制御に当たっては、面発光レーザの場合、レーザ光を活性層に垂直な方向に出射するという構造上の制約から、ハーフミラーを含む光学系によって出射光の一部を分離し、この分離した光をモニタ光として受光器に入射させることによって面発光レーザの光量を検出する構成が採られている。
【0006】
このように、面発光レーザ、光学系および受光器の各素子がアセンブリされた構成となっていると素子相互の位置精度が悪く、そのような状況下でモニタ光を確実に受光できるようにするには受光器の受光面積を大きく設定する必要があるため、受光器の寄生容量が非常に大きくなる。このため、受光器の検出出力を受けて光量制御を行う回路系では、受光器の検出出力を低インピーダンスで受けないと、光量制御に必要な応答性を確保できない。
【0007】
しかも、面発光レーザの場合は、面発光レーザと受光器との間にハーフミラーを含む光学系が介在するなどの理由によって受光器の出力電流(光電流)自体が非常に小さく、端面発光レーザの受光電流が100μA程度であるのに対して数μA程度の微弱電流である。このような微弱な光電流を低い抵抗値の負荷で電圧に変換すると、面発光レーザの光量検出電圧は端面発光レーザと比較して二桁小さくなってしまい、このあとの差動増幅器のゲインだけでは自動光量制御に必要な負帰還時のゲインが不足し光量制御の精度が低下する。
【0008】
ところで、光電流を増幅する回路として、複数の演算増幅器を多段に接続する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。多段に接続するのは、高速性を維持しながら高いゲインを得るためである。
【0009】
また、特許文献2には、カレントミラー回路で電流を増幅する方式が開示されている。原理的には、出力インピーダンスを上げて出力寄生容量を抑えることができれば、一段で高いゲインを得ることができる。
【0010】
【特許文献1】
特開昭59−90242号公報
【特許文献2】
特開平8−293742号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に係る従来技術には以下のような課題がある。多段接続すると一段で必要なゲインを得る場合と比較し、初段アンプのオフセットが次段アンプに増幅され入力されるため、何らかのオフセット調整が必要となる。
【0012】
また、特許文献2に係る従来技術には以下のような課題がある。
【0013】
相殺誤差の問題:カレントミラー回路は電流が小さいと応答性が低下するため、特許文献2ではバイアス電流を受光電流に加算して流し、カレントミラー回路で電流を増幅した後加算したのと同じ大きさの電流を減算することで、増幅された光電流を取り出しバイアス電流に無関係に増幅された電流のみを取り出すようにしている。しかし、実際には、電流の増幅率が大きいほどバイアス電流を加算し増幅後、その後にバイアス電流のみ増幅した電流を減算した時の相殺誤差も大きくなる。相殺誤差が大きくなれば、増幅した光電流に誤差電流が含まれるため、次段の差動増幅する場合にオフセットがのり、最悪ダイナミックレンジを越えて動作不能になる。
【0014】
最大電流の問題:また、トランジスタのサイズ当りに流す電流(MOSであれば長さに対する幅の比あたり、バイポーラならエミッター面積あたり)には最適値があり、小さすぎると閾値電圧ばらつきやノイズの問題が顕在化し、逆に大きすぎる電圧降下が大きくなりダイナミックレンジが取れず設計を難しくする。
【0015】
最適入力インピーダンスの問題:寄生容量が大きい受光器からの光電流を高速に検出するには低いインピーダンスで受ける必要があるが、例えばカレントミラーで受ける場合を考えると低いインピーダンスで受けるためにトランジスタサイズを大きくし、かつバイアス電流を増やさなければならないが、この結果カレントミラーの入力寄生容量が増大し、また入力インピーダンスを下げるため重畳したバイアス電流が後段回路におけるDCオフセット精度を低下させる。このため受光器の寄生容量と光電流に応じカレントミラーの入力インピーダンスには最適値があり、受光器の寄生容量に応じて受光器出力が接続されるカレントミラー回路のトランジスタのサイズとバイアス電流を変更できることが望ましい。ところが、特許文献2に記載の技術では、カレントミラー回路に含まれるトランジスタすべてのサイズを同じ比率で変更しなければならず、カレントミラーの相対精度を確保するためトランジスタレイアウトを中心対称性を失わずにレイアウトするのが非常に困難である。
【0016】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オフセット誤差が少なく大きなダイナミックレンジを有する光量制御装置を提供することにある。
【0017】
本発明は、請求項1に記載のように、発光素子からの光を受光する受光素子であって、該受光素子からの入力信号を増幅する第1の増幅手段と、前記発光素子がオフのときに、前記第1の増幅手段の入力に第1の補償電流を与える第1の補償電流源と、前記第1の増幅手段で生じるオフセットを除去するために、前記第1の増幅手段の主要部と共通構成の主要部を持ち、無入力信号を増幅する第2の増幅手段と、前記第2の増幅手段の入力に第2の補償電流を与える第2の補償電流源と、第1及び第2の増幅手段の出力信号に基づいて自動光量制御のための制御信号を生成する誤差増幅手段と、前記誤差増幅手段の出力信号に基づいて前記発光素子を駆動する駆動手段とを具備し、前記第1及び第2の補償電流は、目標光量に対応する前記受光素子からの受光電流に等しい値を有し、前記主要部は、入力インピーダンスより高いインピーダンスに変換する変換手段と、該変換手段の出力を電流増幅する電流増幅手段とを含み、前記変換手段は、入力インピーダンスを所定の自動光量制御時間To/前記発光素子の浮遊容量Coで定められるインピーダンスより小さくし、前記変換手段及び前記電流増幅手段は、バイアス電流を流すバイアス電流源と、該バイアス電流が入力側に重畳されるカレントミラー回路とを含み、前記電流増幅手段のバイアス電流は、前記電流増幅手段のカレントミラー回路の増幅度に応じて定められることを特徴とする光量制御装置である。第2の増幅手段は前記第1の増幅手段の主要部と共通構成の主要部を持っているので、第1及び第2の増幅手段の出力信号にそれぞれ含まれるオフセットは同様であり、これらの出力信号に基づいて自動光量制御のための制御信号を生成することで、第1の増幅手段で生じるオフセットを除去することができる。また、入力インピーダンスを所定の自動光量制御時間To/前記発光素子の浮遊容量Coで定められるインピーダンスより小さくするという条件を満足することで、駆動を高速に行うことができる。さらに、カレントミラー回路にバイアス電流を供給することで、カレントミラー回路の入力インピーダンスを下げることができ、応答性を向上させることができる。さらに、カレントミラー回路の増幅度に応じたバイアス電流を設定しているため、カレントミラー回路を最適な状態で動作させることができ、誤差を少なく大きなダイナミックレンジを確保することができる。
【0021】
上記光量制御装置において、前記電流増幅手段のカレントミラー回路は、制御電位が与えられる制御端子を持つ入力側のトランジスタと、該入力側のトランジスタの制御端子と共通に接続される制御端子を持ち、互いに並列に接続される複数の出力側のトランジスタと、該複数の出力側のトランジスタに共通に直列に接続される電流源とを含み、電流増幅手段の増幅度は複数の出力側のトランジスタの数で決定される構成とすることができる。出力側のトランジスタの数に応じてカレントミラー回路の増幅度を簡単に変更することができる。
【0022】
上記光量制御装置において、前記複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続されるスイッチ手段と、第2の増幅手段における電流増幅手段のカレントミラー回路の出力電圧に基づいて、第1及び第2の増幅手段における前記電流増幅手段のバイアス電流源の制御端子の電位を制御する制御手段とを具備し、増幅度に応じて選択すべき出力側のトランジスタに対応した前記スイッチ手段が外部制御信号に基づいて制御される構成とすることができる。出力側のトランジスタの数を外部から変更できるので、カレントミラー回路の増幅度を簡単に変更することができる。
【0023】
上記構成において、前記複数の出力側のトランジスタの増幅度に関するパラメータが等しい構成とすることができる。パラメータが等しい構成なので、増幅度を精度良くかつ容易に変更・設定することができる。
【0024】
上記構成において、前記複数の出力側のトランジスタがユニポーラトランジスタであり、前記増幅度に関するパラメータがチャネルの幅とチャネルの長さとの比である構成とすることができる。
【0025】
上記光量制御装置において、前記第1及び第2の増幅手段は、各出力に個別の負荷を持ち、各出力は誤差増幅手段の差動入力に接続される構成とすることができる。
【0026】
上記光量制御装置において、前記第1及び第2の増幅手段の出力は誤差増幅手段の差動入力に接続され、かつ差動入力間に共通の負荷を持つ構成とすることもできる。
【0027】
上記光量制御装置において、前記第1の増幅手段は、前記入力信号を入力とする第1のカレントミラー回路と、該第1のカレントミラー回路の出力電流を増幅する第2のカレントミラー回路とを有する構成とすることができる。2つのカレントミラー回路を用いているため、トランジスタサイズに応じた増幅度の設定とバイアス電流とを容易に設定・変更できることができる。
【0028】
上記光量制御装置において、前記第1の増幅手段は前記入力信号と第1のバイアス電流とに応じた出力を有し、前記第2の増幅手段は前記第1のバイアス電流と同じ大きさの第2のバイアス電流に応じた一定の出力を有し、これら2つの出力の差に相当する出力を前記誤差増幅手段が出力する構成とすることができる。
これにより、オフセット誤差なく大きなダイナミックレンジを得ることができる。
【0029】
上記構成において、前記第1の増幅手段及び前記第2の増幅手段の出力が一定レベル以下に維持されるように、前記第1及び第2のバイアス電流の値が設定されていることが好ましい。バイアス電流の設定により、出力レベルを容易に制御することができる。
【0030】
上記光量制御装置において、前記第1及び第2の補償電流源に代えて、基準電流源から流れる基準電流第3の補償電流を加算する第3の補償電流源を設け、前記第3の補償電流源をオン、オフすることで目標光量を変える際に、前記第3の補償電流を前記基準電流に対し一定比率に設定した構成とすることができる。補償電流を基準電流に対し一定比率に設定することで、目標光量とは異なる光量(例えば、目標光量よりも一定比率低い光量)が必要になった場合でも、補償電流を基準電流に対し一定比率に設定することで、容易に補償電流値を設定することができる。
【0031】
上記発明において、前記第3の補償電流源のオン、オフが差動トランジスタなどの双投スイッチで行われ、かつオフ時にはオフとなった第3の補償電流源の出力がオフとなる前とほぼ同じ電位である構成とすることができる。これにより、補償電流源のオン、オフの際に発生するノイズを減らすことができる。
【0032】
本発明はまた、請求項14に記載のように、複数の発光素子と、感光体と、前記複数の発光素子からの光ビームを感光体上に照射するための光学系と、前記複数の発光素子の光量を制御する光量制御装置とを有し、該光量制御装置は上記のように構成されている画像形成装置である。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。光量制御装置は、増幅器である電流アンプ300、電流アンプ300の負荷500W、500D、APC回路600、駆動部100及び受光器11を有する。
光量制御装置は、後述する発光素子LD1、LD2の発光光量を目標光量になるように自動的に制御する機能を持つ。
【0034】
駆動部100は、発光素子LD1、LD2を駆動する。図1では便宜上2つの発光素子LD1、LD2のみを示しているが、実際には複数の発光素子が駆動部100に接続されている。発光素子LD1、LD2は例えば面発光ダイオード(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)である。受光器11が複数の発光素子LD1、LD2に共通に設けられている。受光器11は例えばフォトダイオードからなり、発光素子LD1、LD2から発せられる光を受光し、その光量に応じた光電流を出力ラインL上に出力する。出力ラインLには、受光器11の寄生容量(主に、フォトダイオードの空乏層容量)Coが存在する。
【0035】
電流アンプ300は受信信号増幅器として機能するもので、2つの増幅部300Wと300Dとを有する。増幅部300Wは出力ラインLに接続され、増幅部300Dはダミーアンプとして機能する。増幅部300Dは、電源VDDに接続された電流源332から電流I1を受け取り、対応する出力電流を負荷500Dに供給する。電流I1は目標光量に対応する受光器11からの受光電流に等しい値を持つ。以下、電流I1を補償電流という。増幅部300Wの入力には、電源VDDに接続された電流源331から、スイッチSWPにより発光素子LD1、LD2がオフの時は補償電流I1が与えられ、発光素子LD1、LD2の少なくとも1つがオンしている時は受光器11から受光電流が与えられる。これによって出力ラインLの電位変動が抑えられAPCの収束性が向上する。増幅部300Wは、入力に対応した出力電流を負荷500Wに供給する。増幅部300Wと300Dとは相似構成(実質部分が同一)である。従って、これらの出力電流を受けるAPC回路(差動増幅器)600は、それぞれに含まれるオフセット電流が等しいので相殺することができる。APC回路600はこのようにしてオフセット電流を相殺した上で、光電流と基準電流との差に応じた出力電圧を発生する。
【0036】
スイッチ110とコンデンサC111、C112はサンプルホールド回路を構成する。発光素子LD1の駆動時に、スイッチ110がコンデンサC111側に切り替ることで、APC回路600で検出された誤差電圧がコンデンサC111にホールドされる。同様に、発光素子LD2の駆動時に、スイッチ110がコンデンサC112側に切り替ることで、APC回路600で検出された制御電圧がコンデンサC112にホールドされる。駆動回路1131、1132は発光素子LD1、LD2を駆動する駆動部100を構成する。コンデンサC111とC112、更にはスイッチ110を含めて駆動部100と定義しても良い。駆動回路1131、1132は、コンデンサC111、C112のホールド電圧に応じて発光素子LD1、LD2をそれぞれ駆動する。駆動回路1131、1132の各々と発光素子LD1、LD2の各々の間には、発光素子LD1、LD2を駆動するタイミングでオン(閉)状態になるスイッチ1141、1142が設けられている。
【0037】
以上の通り、図1に示す光量制御装置は、発光素子LD1、LD2と、発光素子からの光を受光する受光器11と、受光器11からの入力信号を増幅する第1の増幅部300Wと、第1の増幅部300Wで生じるオフセットを除去するために、第1の増幅部300Wの主要部と共通構成の主要部を持ち、無入力信号を増幅する第2の増幅部300D手段と、第1及び第2の増幅部300W、300Dの出力信号に基づいて自動光量制御のための制御信号を生成する誤差増幅手段として機能するAPC回路600と、この出力信号に基づいて発光素子LD1、LD2を駆動する駆動部100とを具備する。
【0038】
増幅部300Wはインピーダンス変換回路311W、バイアス電流I2の電流源312W、基準電流I1の電流源313W、増幅率nの電流増幅回路314W及び、電流n×I2の電流源315Wを有する。同様に、増幅部300Dはインピーダンス変換回路311D、バイアス電流I2の電流源312D、基準電流I1の電流源313D、増幅率nの電流増幅回路314D及び、電流n×I2の電流源315Dを有する。つまり、増幅部300Dは増幅部300Wと同様な又は相似の構成を持つ。
【0039】
インピーダンス変換回路311W、311Dは入力を低インピーダンスで受け、高インピーダンスで出力する回路で、このインピーダンス変換により応答性良く、高速動作が可能になる。本実施形態では、後述するように、カレントミラー回路でインピーダンス変化回路311W、311Dを形成している。カレントミラー回路にバイアス電流I2を与えているため、入力インピーダンスを十分小さく設定することができる。この結果、インピーダンス変換回路311Wは、出力ラインLからの光電流を低インピーダンスで受け、高インピーダンスで出力することができる。
【0040】
増幅部300W、300Dのインピーダンスの設定は、より特定すれば、インピーダンス変換部311W、311dの入力インピーダンスを所定の自動光量制御時間To/前記発光素子の浮遊容量Coで定められるインピーダンスより小さくすることが好ましい。面発光レーザの光量制御では、面発光レーザのパッケージ内に光量制御用の受光器を装着できず、外部に設置するため受光面積を大きくしなければならない。このため受光器の出力容量は受光面積に比例し増大する。一方、光量制御はレーザビームの走査エリアのうち画像領域を除く期間におこなわなければならず(後述の図11参照)、時間の制約がある。特に、面発光レーザのように多数のレーザを順に光量制御するような場合に、1ビーム当たりに許容される時間は短い。例えば解像度2400DPIで紙送り速度を40インチ/secとし、ビーム数を32とした場合、レーザビームの走査期間は32/(2400*40)=333μsecとなる。画像有効エリアをこのうち60%とすると40%を光量制御にあてることができ、その時間は133μsecとなる。たとえば二つのレベルの光量制御を32ビーム実施すると、1ビームの1回当たりの光量制御に許される時間は133/32*2=やく2μsecとなる。このことから電流アンプ300W、300Dの応答時定数は少なくとも2μsecよりも短くなければ2μsec以内に光量制御は終了しない。受光器11の出力容量にはフォトダイオードの浮遊容量以外にも配線の容量も含まれる。フォトダイオードの浮遊容量は、1cm角程度の受光面積であれば十分なバイアス電圧をかけて空乏層容量を減らしても100pF程度あり、配線容量も数10cm引き回すと10pF程度になる。おおまかに総和を100pFとし、インピーダンス変換回路300D、300Wの入力インピーダンスをRとすると、入力の浮遊容量と入力インピーダンスからなる時定数は100pF×Rとなり、これがすくなくとも2μsecよりも小さくないと2μsec以内に光量制御は収束しない。したがって少なくとも100pF×R<2μsecという条件が導かれ、これよりR<2μsec/100pF(寄生容量)という条件が導かれる。
【0041】
インピーダンス変換回路311Wの出力とグランドとの間には、基準電流I1の電流源313Wが設けられ、電流源331が供給する補償電流I1又は受光電流を差し引いている。インピーダンス変換回路311Dの出力とグランドとの間にも、同様の目的で、補償電流I1の電流源313Dが設けられ、電流源332が供給する補償電流I1を差し引いている。また、電源VDDとインピーダンス変換回路311Wの入力との間には、補償電流I1よりも大きな電流(バイアス電流)I2の電流源312Wが接続されている。インピーダンス変換回路311Wの入力電流に電流源312Wからのバイアス電流I2が加算され、インピーダンスが変換される。電流増幅回路314Wはカレントミラー回路で形成されており、トランジスタサイズに応じた増幅率nを有する。つまり、電流増幅回路314Wは光電流とバイアス電流I2をn倍した電流を出力する。電流増幅回路314Wの出力端子とグランドとの間に接続された電流源315Wは、出力電流からn×I2の電流を差し引く。増幅部300Dも同様に構成されており、同一の相殺誤差に対応する出力電流が負荷500Dに流れることで発生する電圧が基準電圧としてAPC回路600の非反転端子に与えられる。相殺誤差はアンプ600の入力で等しく発生するのでキャンセルされる。
【0042】
このように、本実施形態によれば、カレントミラー回路で形成されるインピーダンス変換回路311W、311Dに補償電流I1とバイアス電流I2を加え、発光素子LD1、LD2をオン、オフした際の受光器11の出力ラインL上の電圧変動を抑制すると共に、インピーダンス変換回路311Wの入力インピーダンスを低くし応答性を向上している。また、電流アンプ300は2つの増幅部300W、300Dを有し、増幅部300Dはバイアス電流I2に応じた一定の出力を有し、増幅部300Wは受光信号とバイアス電流I2とに応じた出力を有し、APC回路600はこれら2つの出力の差に相当する差動誤差信号を出力するので、オフセット電流を相殺することができる。
【0043】
図2は、図1の詳細な回路構成を示す図である。なおここでは簡略化のため電流源332と313Dは略しているが、バイアス電流I2に比し補償電流I1が小さい場合、精度低下は小さく簡略化による影響は小さい。インピーダンス変換回路311WはトランジスタQ11とQ12からなるカレントミラー回路である。トランジスタQ11とQ12のサイズは1:1である。同様に、インピーダンス変換回路311DはトランジスタQ15とQ16からなるカレントミラー回路である。トランジスタQ15とQ16のサイズは1:1である。カレントミラー回路の入力を構成するトランジスタQ11のドレインにはスイッチSWPを通り電流源331と312Wが接続され、カレントミラー回路の出力を構成するトランジスタQ15のドレインには電流源312Dが接続されている。インピーダンス変換回路311Wを形成するカレントミラー回路の出力には、電流源313Wが接続されている。一方、インピーダンス変換回路311Dを形成するカレントミラー回路の出力には、電流源は接続されていない。
【0044】
電流増幅回路314Wは、トランジスタQ13とQ14のカレントミラー回路である。図示する構成では、トランジスタQ13とQ14のサイズが1:1なので、電流源315Wにはバイアス電流I2が流れる(n=1)。同様に、電流増幅回路314Dは、トランジスタQ17とQ18のカレントミラー回路である。図示する構成では、トランジスタQ17とQ18のサイズが1:1なので、電流源315Dにはバイアス電流I2が流れる(n=1)。この結果、負荷500W、500Dには等しい相殺誤差電圧が発生しアンプ600で相殺され受光電流と基準電流I1との差が増幅される
【0045】
次に、図2に示す光量制御装置の回路動作について説明する。
【0046】
先ず、ダミー増幅部300Dは、電流源312Dが供給するバイアス電流I2から電流源315Dが供給するバイアス電流I2を引いて相殺誤差電圧を生成し、これをAPC回路600の非反転入力として与える。そして、この基準電圧Vdmyを基に以下の一連の動作により、発光素子LD1、LD2の光量が補償電流I1に対応した目標光量になるように光量制御が行われる。
【0047】
この光量制御時には、電流源331から出力ラインLへ補償電流I1が供給されない。このとき、出力ラインLには発光素子LD1、LD2の光量に応じた光電流が受光器11から出力される。この光電流は、トランジスタQ11を流れる。そして、電流源313Wで基準電流I1分は相殺され、残ったバイアス電流がトランジスタQ13に流れる。なお、電流源313Wの電流の向きが図1と逆になっているのは、カレントミラーが入出力共に吸い込みとなっているためである。電流源312Wでバイアスされたカレントミラー回路のトランジスタQ11には、受光信号である光電流とバイアス電流I2とが流れ、出力側のトランジスタQ14には電流源313Wの作用により、増幅された光電流と基準電流I1との差+バイアス電流I2が流れる。これから、電流源315Wでバイアス電流I2が相殺され、この電流が負荷500Wを流れ、発生した電圧(光量検出電圧Vdetとする)がAPC回路600の反転入力端子に与えられる。
【0048】
APC回路600は、基準電圧Vdmyと光量検出電圧Vdetとを比較し、その差分に応じた誤差電圧を出力する。この誤差電圧は、サンプルホールド回路110でサンプリングされ、コンデンサC111/C112にホールドされる。すると、駆動回路1131/1132は、コンデンサC111/C112のホールド電圧に応じてLD1、LD2を駆動する。この一連の光量制御により、発光素子LD1、LD2の光量が補償電流I1に対応した目標光量に収束する。
【0049】
光量制御が終了すると、受光器11から出力ラインLには光電流が供給されなくなる。しかし、発光素子LD1、LD2がオフの場合には、電流源331の補償電流I1が出力ラインLに供給される。ここで、光量制御時の光電流が補償電流I1に収束しているため、出力ラインLの電圧変動は無い。
【0050】
このように、受光器11から光電流が出力されないときは、電流源331から目標光量に対応した補償電流I1を出力ラインLに供給することにより、例えば光量制御が終了して受光器11から光電流が出力されなくなっても、トランジスタQ11には光量制御時の光電流と同じ電流値の補償電流I1が流れることになるため、出力ラインLの電位、即ち光量制御を行う回路系の入力電位の変動を抑制できる。これにより、光量制御の収束性を向上でき、LD1、LD2が例えば面発光レーザであっても、従来の端面発光レーザ並みの時間で光量制御を行うことができる。
【0051】
また、発光素子LD1、LD2が面発光レーザの場合、先述したように、当該面発光レーザの光学系の問題で受光器11の受光面積を広く設定する必要があることから、出力ラインLに寄生する寄生容量Coが非常に大きいため、受光器11から出力される光電流を低インピーダンスで受けないと光量制御に必要な応答性を確保することができないことになる。これに対し、本実施形態に係る光量制御装置では、出力ラインLを通して供給される光電流をインピーダンス変換回路311Wで受け、当該インピーダンス変換回路311Wでインピーダンスを上げた後、負荷500Wで電圧変換して光量検出電圧Vdetを得るようにしているため、時定数を短くし収束性を上げている。さらに1段のカレントミラーで光電流を受けており、入力電位をグランド電位近くにできるので、受光器11へのバイアス電圧が確保でき受光器を高速化している。
【0052】
さらに特許文献1にあるようなカレントミラーではなくアンプを使用した場合には、アンプの周波数帯域が光量制御に必要な周波数帯域に近いことから光量制御時に干渉し光量制御が不安定となるが、カレントミラーをバイアス電流と共に使用した場合にはカレントミラーの帯域が光量制御に必要とされる帯域よりも広いため光量制御の不安定性を抑えることができる。
【0053】
本実施形態に係る光量制御装置ではさらに、電流増幅回路314Wの後段において、その出力電流からバイアス電流I2と等しい電流値の電流を差し引いて、その残りの電流を負荷500Wに流すようにしているため、負荷500Wには僅かな電流が流れるだけとなる。これにより、負荷500Wの両端に得られる光量検出電圧Vdetをバイアスや目標光量によらず一定レベル(ここではGNDレベル)に近づけることができるため、ダイナミックレンジを気にせずにAPC回路600を設計でき、また受光器11の出力端子電圧を一定レベル(ここではGNDレベル)に近づけることができるため、受光器11のバイアス電圧を確保することが可能になる。
【0054】
また、本実施形態に係る光量制御装置においては、ダミー増幅部300Dを設け、これが生成する基準電圧VdmyをAPC回路600の非反転入力として与えるようにしている。これにより、オフセットを確実に除去することができ、光量制御の精度を上げることができる。
【0055】
本実施形態では、2つの発光素子LD1、LD2を駆動する場合を例に挙げて説明したが、例えばレーザゼログラフィにおいて、その光源として多数の発光部を有する面発光レーザの駆動に適用する場合には、多数の発光部が駆動対象となる。そして、多数の発光部に対応した各チャネル毎に光量制御を行うことになる。この点については後述する。
【0056】
このように、例えばレーザゼログラフィにおいて、その光源として多数の発光部を有する面発光レーザの駆動に本実施形態に係る光量制御装置を用いることにより、1チャネルでの光量制御時間を従来の端面発光レーザの光量制御時間並みにできるので走査効率を向上できる。また、光量制御に当たって、寄生容量の大きく、受光面積が大きな受光器(例えば、フォトダイオード)を使用できるので、光学系の精度を上げる必要がなく、低コスト化に寄与できる。さらに、モニタ光量が小さくても光量制御が可能であることによって感光体への光量割合が増え、面発光レーザを低い光量で使用することができるため、その分だけ面発光レーザの信頼性を向上できるとともに長寿命化が可能になる。
【0057】
電流増幅度nを1から上げてもアンプ600の+−両方の入力に含まれるオフセットが等しいためキャンセルされ、オフセットの影響を受けない。しかし、オフセットが増大しすぎてアンプ600の入力ダイナミックレンジを越えるとアンプ600が正常に動作しなくなる可能性は残る。
〔第2実施形態〕
図3は、本発明の第2実施形態に係る光量制御装置の回路構成を示すもので、アンプ600のダイナミックレンジの問題を改善している。図中、前述した図に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【0058】
図2の回路構成では、2つの負荷500W、500Dを用いているのに対し、図3の回路構成では1つの負荷500を用いている。負荷500の一端はトランジスタQ14のドレインに接続され、他端はオペアンプ340の出力端子に接続されている。また、図2の電流源315Wと315Dは、図3のトランジスタQ21、Q22、Q23、Q24からなるカスコードカレントミラー回路で置き換えられている。カスコードカレントミラー回路は、電流増幅回路314Wの出力電流から電流増幅回路314Dの出力電流を差し引き、残った電流を負荷500に供給する。そして、負荷500の他端はバイアス電流I2に対応した基準電圧Vdmyとなる。なお、本実施形態では、基準電圧Vdmyをバイアス電流I2から生成したが、基準電圧Vdmyをアンプ600の入力ダイナミックレンジに入れることができれば、バイアス電流とは無関係な一定電流で生成しても良い。
【0059】
このように、負荷を共通化した図3の回路構成でも、図2と同様の作用、効果を得ることができる。第2の実施形態によれば、回路構成が簡単になり、部品点数が減少する。なお、前述したように、バイアス電流I2は受光器11の寄生容量を考慮したインピーダンスが得られるように設定されなければならない。また、電流増幅回路314W、314Dのゲインnを大きく設定したときには、相殺誤差も考慮し適切な値に設定することが好ましい。
〔第3実施形態〕
図4は、本発明の第3実施形態に係る光量制御装置の回路構成を示す。図中、前述した図に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【0060】
第3実施形態は、第2実施形態の変形例に相当し、ゲインによらず電流増幅器Q14の出力電流のうちバイアス電流I2分を一定化したものである。図4に示す電流源316Wは、トランジスタQ12の出力電流が電流源313Wで受光電流が相殺され残ったバイアス電流の一部を相殺し、トランジスタQ14出力電流を一定化するためのものである。図4に示す電流源316Dも同様である。オペアンプ350は、電流増幅回路314Dの出力電流と電流源317Dのバイアス電流I2とが一致するように電流I3の電流源316Wと316Dとを制御するため、光電流に重畳されるバイアス電流は電流増幅回路(カレントミラー回路)314W、314Dの増幅度に応じた値となり、光電流側の電流増幅回路314Wの出力とバイアス電流317Wとの差電流が相殺誤差のみとなる。このように、オペアンプ350は、ダミー増幅部300Dの内部電流を用いて、電流増幅器出力電流を自動で設定する回路である。第3の実施形態では出力電流に含まれるバイアス電流を一定化できるので電流増幅率が大きくなっても出力電流の主要な部分を占めるバイアス電流は一定に制御されているため、出力トランジスタはこの一定に制御された電流にあわせて設計すればよいので、トランジスタをサイズを最適に設定できる。またバイアス電流をn倍に増幅してからn倍のバイアス電流で相殺するのではなく、電流増幅率と無関係に出力される1倍のバイアス電流から1倍のバイアス電流を差し引くので相殺誤差の絶対値が大きくなり次段でのオフセットを増大させる不具合を防止できる。
【0061】
ここで、2段構成のカレントミラー回路のうち、後段のカレントミラー回路314W及び314Dを構成するトランジスタサイズの最適化(増幅度nの設定)については、例えば出力側に複数のトランジスタを設けて選択的に使用するようにすればよい。図4に示す構成は、一例として、トランジスタQ14にトランジスタQ25が並列に接続されたものである。カレントミラー回路の出力側にあるトランジスタQ14のドレインは、ゲートが接地されたトランジスタQ26(オン固定)を介して、負荷500に接続されている。同様に、トランジスタQ25は、スイッチ手段として機能するトランジスタQ27を介して、負荷500に接続されている。図示する例では、トランジスタQ27のゲートは接地されておらず、オフ固定である。スイッチ手段の制御端子であるトランジスタQ27のゲートGを外部から供給される外部制御信号G1に基づいて接地することで、トランジスタQ25はトランジスタQ14と並列に接続され、増幅度を大きく設定することができる。トランジスタQ13、Q14及びQ25のサイズが等しい場合、換言すれば、これらのトランジスタの増幅度に関するパラメータが等しい場合、トランジスタQ14に加えトランジスタQ25を活性化することで、増幅度は2倍になる。トランジスタQ13、Q14及びQ25がMOSトランジスタで代表されるユニポーラトランジスタ(FET)であり、この場合、増幅度に関係するパラメータはチャネルの幅とチャネルの長さとの比となる。FETのドレイン電流は、チャネル幅W/チャネル長Lに比例する。実際には、カレントミラー回路では所望の精度を得るためにペアーのトランジスタのチャネル長を等しく作るが、高い精度が必ずしも必要とされない場合には、異なったチャネル長のトランジスタ同士を組み合わせてもW/Lを目安に設計することができる。
【0062】
同様に、ダミー側の出力側に位置するトランジスタQ18はトランジスタQ29を介してオペアンプ350の反転入力端子に接続されているとともに、トランジスタQ28がスイッチ手段として機能するトランジスタQ30を介して上記反転入力端子に接続されている。スイッチ手段の制御端子であるトランジスタQ30のゲートを、上記外部制御信号G1に基づいて接地することで、増幅度を同じだけ増やすことができる。
【0063】
このように、カレントミラー回路314W、314Dの増幅度は、これらの出力側にある複数のトランジスタの数で制御可能であり、接続される数で決定される。この結果、カレントミラー回路314W、314Dの増幅度を容易にかつ精度よく調整することができる。そして、バイアス電流はオペアンプ350のフィードバック制御により、設定した増幅度に応じた値となる。
〔第4実施形態〕
図5は、本発明の第4実施形態を示す図であって、補償電流I1を供給する電流源331の一構成例を示す回路図である。図示の構成では、基準電流源として電流源325を用いるとともに、補償電流を供給する電流源331を3つの補償電流源3311、3312、3313で構成している。これら3つの電流源3311、3312、3313は、双投スイッチである電流スイッチ3371、3372、3373により選択的にトランジスタQ11のドレインに接続可能である。電流源3311、3312、3313が選択されない場合(オフ時)には、電流源334に接続されたトランジスタ335の機能により、オフとなった電流源の出力がオフとなる前とほぼ同じ電位となる。これにより、オン、オフ切り替え時のスイッチングノイズを防止することができる。
【0064】
図5に示す構成では、カレントミラーによるインピーダンス変換後に電流源313Wの基準電流(1+α)・I1で相殺しているため(αは基準電流に対する一定比率)、光電流+補償電流I1は発光素子LD1、LD2のオン、オフを含め常に合計で(1+α)・I1の電流が流れる。つまり、発光素子LD1、LD2がONの時には光量制御により、合計で(1+α)・I1の電流となるように光電流が制御される。例えば、補償電流が(2α)・I1であれば光電流は(1−α)・I1に一致するように制御される。このように、補償電流を基準電流に対して一定比率αに設定することで、目標光量とは異なる光量(例えば、目標光量よりも一定比率低い光量)が必要になった場合でも、容易に補償電流値を設定することができる。一定比率αを用いた制御は、例えば発光素子LD1、LD2間の光量むらを補正するのに役立つ。なお、補償電流源3311、3312、3313のオン・オフスイッチを図6に示すように差動トランジスタ構成とし、さらに電流源出力がOFF時にON時とほぼ等しくなるようOFF時の電位を制御することで、切り替え時のスイッチングノイズを軽減することができる。
〔第5実施形態〕
図7は、本発明の第5実施形態を示す図である。図示する構成では、補正用の重畳電流(2β・I1)の電流源3611と重畳電流β・I1の電流源3612が配置されている。また、重畳電流を差し引くための3β・I1の電流源も設けられている。このように、補償電流とは別に重畳電流を設けることにより発光素子LD1、LD2に共通の光量補正とは別に、発光素子別の光量補正を別の値で行うことが可能になる。これは、たとえば光学系が原因で感光体上での光量に発光素子で違いが有る場合などに利用することができる。当然、光学系の原因だけでなくレーザゼログラフィ全体の特性として発光素子ごとに光量を調整したほうが画質の向上が期待できる場合にも適用可能である。このようにして、発光素子LD1、LD2がONの時には光量制御により、合計で(1+α+3・β)の電流となるように光電流が制御される。
〔第6実施形態〕
図8は、本発明の第6実施形態を示す図である。図示する構成は、発光素子LD1、LD2ごとの光量制御を行うものである。この場合、図7とは異なり、カレントミラー回路のインピーダンス変換回路311W、311Dの出力側の基準電流も対応して変化させている。これは相殺する電流を減らすことで精度をあげようとしたものである。この場合、カレントミラー回路によるインピーダンス変換回路311W,311Dの入力への電流は補償電流により変動するため、設定を変えた場合、光電流のラインLの電位が収束するには時間がかかる。しかし、この時間がかかる全体の光量制御は全ての発光素子共通で事前に一度だけ行えばよい。そして、個別レーザの光量制御は電流源3612(β・I1)と電流源3611(2β・I1)で行えば、光電流出力ラインLの電位は変動しないため、1個1個の発光素子LD1、LD2の収束性が犠牲になることはない。
〔第7実施形態〕
次に、図9から図11を参照して、本発明の第7実施形態に係る光量制御装置について説明する。
【0065】
図9は、本発明の第7実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。図9において、光量制御装置10は複数個の発光素子を駆動する。図9の構成では、光量制御装置10は32個の発光素子LD1〜LD32を駆動する。換言すれば、光量制御装置10は32チャネル構成である。各発光素子LD1〜LD32は面発光ダイオード(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)で形成され、マトリクス状に配置されている。光量制御装置10は例えばICチップで形成され、内部に以下に説明する回路を備える。
【0066】
光量制御装置10は各チャネル毎に、つまり発光素子LD1〜LD32毎にドライバ1001〜10032を有する。また、光量制御装置10は各チャネルに共通の制御部として、共通制御電位設定回路200、電流アンプ300、光量モニタ400、強制点灯回路500、APC回路600を有する。電流アンプ300は、前述した第1から第3実施形態に係る構成を有する。強制点灯回路500は、図1から図4に示す負荷500W、500D、500の負荷の機能を備えるとともに、負荷の大きさを調整でき、かつ画像信号の描画開始位置を決めるために必要な発光素子の強制点灯機能を備えたものである。
【0067】
ドライバ1001〜10032は、上記各チャネルに共通の制御部からの信号を、バス150を介して受け取り、それぞれ発光素子LD1〜LD32を駆動制御するための制御を行う。具体的には、ドライバ1001〜10032は各発光素子LD1〜LD32の光量制御を行うAPC制御と、APC制御後の変調制御とを行う。後述するように、APC制御では、ドライバ1001〜10032は発光素子LD1〜LD32に印加する電圧と電流との両方を制御する。電圧駆動時、ドライバ1001〜10032は各端子COUTを介して、発光素子LD1〜LD32のカソードにそれぞれ接続されているコンデンサCd1〜Cd32を制御する。電流駆動時、ドライバ1001〜10032は各端子LDOUTを介して、各発光素子LD1〜LD32に流れる電流量を制御する。
【0068】
ドライバ1001〜10032は複数個ずつが、端子LDCOMを介して共通に接続されるとともに、負荷105に接続されている。図9の構成では、ドライバ1001〜1004のLDCOM端子は共通に接続され、一端がグランドに接続された負荷105の他端に接続されている。各ドライバ1001〜10032は対応する発光素子を駆動していないときには、駆動電流に対応する電流(相補出力)を出力する。この電流を負荷105に流すことにより、発光素子の点灯の数等に依存することなく常に一定の電流が光量制御装置10に流れるようにして、動作の安定化を図っている。
【0069】
光量制御装置10は、各発光素子LD1〜LD32のレーザ光量をAPC制御で適切な値に設定した後、変調制御を行う。APC制御の概略は次の通りである。まず、発光素子LD1のレーザ光量を調整する。ドライバ1001は発光素子LD1を駆動する。各発光素子LD1〜LD32に共通に設けられた受光器PD(例えばフォトダイオードであって、前述の受光器11に相当する)には、発光素子LD1のレーザ光量に応じた電流が流れる。電流アンプ300は受光器PDに流れる電流に対し、スイッチSWSa(図5の電流スイッチ3372に相当する)をオンし、電流源450からの加算電流を加算した電流を低インピーダンスで受けて増幅する。この場合、スイッチSWSb(図5の電流スイッチ3373に相当する)がオンすることで電流源460から供給される基準電流で加算電流を相殺し、残った電流を基準電圧Vref2に接続された抵抗に供給して電流アンプ300が出力する電流を電圧に変換し、この電圧(検出電圧という)を、スイッチSW19を介してAPC回路600に出力する。APC回路600はオペアンプ61と、1つのスイッチ(SWfb1〜SWfb32の何れか1つ)とコンデンサ(Cfb1〜Cfb32の何れか1つ)との直列回路とを複数個備える。図1〜図8に示すAPC回路600は、図9のオペアンプ61に相当する。各直列回路はオペアンプ61の出力端子と反転入力端子との間に接続されている。各直列回路はサンプルホールド回路を構成する。1つのサンプルホールド回路が1つの発光素子に対応する。例えば、スイッチSWfb1とコンデンサCfb1とのサンプルホールド回路は、発光素子LD1に対応する。同様に、スイッチSWfb32とコンデンサCfb32とのサンプルホールド回路は、発光素子LD32に対応する。
【0070】
オペアンプ61は、発光素子LD1を駆動したときの差電圧を増幅しバス150の対応する信号線に出力する。ドライバ1001はこの差電圧がゼロになるように発光素子LD1に与える駆動電流を変化させる。これにより、発光素子LD1のレーザ光量が変化し、受光器PDに流れる電流量が変化する。受光器PDに流れる電流に応じた検出電圧が電流アンプ300からAPC回路600に出力される。このようなフィードバック制御により、電流アンプ300の入力出力に加えられた加算電流は相殺される結果消え、APC基準電圧Vrefで発生した基準電流に対応するレーザ光量となるように発光素子LD1の駆動状態を設定する。なお、この駆動状態の設定とは、発光素子LD1に与える駆動電圧と駆動電流の両方をAPC基準電圧Vrefに対応する値に調整することを意味している。
【0071】
このようにして発光素子LD1を制御している間、APC回路600の32個のサンプルホールド回路のうち、スイッチSWfb1のみがオンとなっており、発光素子LD1のレーザ光量がAPC基準電圧Vrefに相当する値に収束する際の電圧がコンデンサCfb1に蓄積される。以下同様に、発光素子LD2〜LD32を順番に1つずつAPC制御する。
【0072】
なお、後述するように、APC制御は2回行うことが好ましい。2回目のAPC制御では、1回目のAPCでオンしていたスイッチSWSaをオフする。電流アンプ300の出力側に供給されている相殺電流は基準電流+加算電流がそのままであるため、受光電流は基準電流+加算電流に対応する電流で制御が行われる。APC回路600中の32個のサンプルホールド回路を1回目及び2回目のAPC制御で共通に用いることができるが、2回目のAPC制御用に新たに32個のサンプルホールド回路を設けてもよい。
【0073】
光量モニタ400は、電流アンプ300に流れる電流から各発光素子LD1〜LD32のレーザ光量を示す光量モニタ信号を出力する。
【0074】
強制点灯回路500は、APC制御を行う前に必要となる同期信号を生成する回路である。光量制御装置10が組み込まれる複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像処理装置では、画像を描画する位置を正確に決定するために、描画開始位置の少し手前に光センサを設け、発光素子が出力する光が光センサを横切るタイミングに基づき描画開始位置を決定している。
【0075】
図11に、本発明の光量制御装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例と、各センサ出力とを示す。レーザゼログラフィ装置におけるレーザ光走査系の基本的な構成は、次の通りである。レーザ光源10dから出射されたレーザ光は、レンズ15、ポリゴンミラー12及びレンズ13、14を介して感光体表面16に照射される。そして、ポリゴンミラー12の回転により、上記レーザ光が感光体表面16を繰り返し走査する。また、レーザ光源10dから出射されたレーザ光の一部は、半透過型ミラー19を介して受光器11に入力する。図11において、このときの受光器11の出力を光量制御センサ出力として示し、描画開始位置の少し手前に設けられた光センサの出力をSOS(Start of Scan)センサ出力として示す。APCのための領域は、走査領域の前後に設けられている。なお、参照番号18は前述した光量制御装置10に相当する。
【0076】
前述したように、発光素子LD1〜LD32の個々のレーザ光量は端面レーザに比べ小さいので、複数個を同時にONさせて、SOSセンサ上を走査する。この場合、特に二次元に配列された発光素子のうち、中央部分に位置する複数の発光素子のみをONすることが好ましい。しかしながら、APC制御では発光素子を1つずつONさせて条件設定(フィードバックループのゲイン)を行っているため、所定数の発光素子を同時にONさせてしまっては、APC制御のフィードバックループが発振してしまう可能性がある。従って、この問題点を解決するために、強制点灯回路500は、変調信号(変調データ)に応じて電流アンプ300の負荷の大きさを変化させる。つまり、ONすべき発光素子の数に応じた負荷を電流アンプ300の出力に接続する。図示する構成では、複数の抵抗がスイッチを介して電流アンプの出力に接続されている。オペアンプ61に着目すれば、強制点灯回路500は、ONすべき発光素子の数に応じて電流電圧変換ゲインを小さくし全体として負帰還のゲインが変わらないようにする。このような構成により、常に1つの発光素子のみをONさせた状態と等価な状態が得られるため、換言すれば、フィードバックループのゲインは1つの発光素子のみをONさせた状態の値となる。この結果、フィードバックループが発振してしまうのを防止することができる。
【0077】
共通制御電位設定回路200は、各ドライバ1001〜10032内で必要とされる各種の電流を生成するために必要な制御電位を生成する回路である。図8の構成では、共通制御電位設定回路200は、各ドライバ1001〜10032内で流れるバイアス電流を設定するための共通電位を生成する回路と、オフセット電流を生成するための共通電位を生成する回路とを備えている。バイアス電流とオフセット電流とは典型的な例であって、各ドライバ1001〜10032は駆動と制御に必要なその他の電流を生成するために必要な制御電位を設定することができる。バイアス電流設定用の共通制御電位は、演算増幅器(オペアンプ)211、電流源212,213及び負荷214,215を含む回路で生成される。オフセット電流設定や他の電流設定用の共通制御電位もそれぞれ同様の回路で生成される。外部からのバイアス電流設定信号に応じて、電流源212は指示された電流を負荷214に供給する。負荷214の端子電圧がオペアンプ211のプラス側端子に与えられる。定電圧源216に接続された定電流源213は、オペアンプ211の出力に応じた電流を負荷215に流す。負荷215の端子電圧がオペアンプ211のマイナス側端子に与えられる。オペアンプ211は、電流源213がバイアス電流設定信号で設定されたバイアス電流と同一の電流を流すように電流源213を制御する。このときのオペアンプ211の出力信号は、バス150の対応するバス線に出力される。他方、定電圧源216のプラス側電圧がバス150の対応するバス線に出力される。このバス線は、夫々の共通制御電位に共通であって、かつ各ドライバ1001〜10032に共通である。このように、外部から設定されたバイアス電流値が差分電圧の形でバス150を介して各ドライバ1001〜10032に供給される。各ドライバ1001〜10032は後述するようにして、受け取った差分電圧からバイアス電流を生成する。この結果、たとえ定電圧源216の電源電圧が変動しても、上記電位差は一定となり、電源電圧の変動による影響を回避することができる。なお、オペアンプ211の出力電圧と定電圧源216の電圧とは、平衡二線で伝送することが好ましい。
【0078】
次に、図9を参照してドライバ1001〜10032の内部構成について説明する。各ドライバ1001〜10032は同一構成なので、以下では1〜32の添え字を省略し、単にドライバ100として説明する。
【0079】
ドライバ100は2つの乗算器21、22を有する。乗算器21は電流源30を制御するために設けられ、乗算器22は図8に示すコンデンサCd1〜Cd32のうちの対応する1つを制御するために設けられている。以下、便宜上、対応する1つのコンデンサをCdとし、図10に破線で示す。コンデンサCdはレーザへの駆動電圧が立ち上がる短い時間電圧源として機能する。電流源30は対応する発光素子LDに流す電流を生成し、電圧源として機能するコンデンサCdは対応する発光素子LDに駆動電圧を与える。
【0080】
ここで、面発光レーザの駆動電流と駆動電圧(端子電圧)との関係(電圧−電流特性)は、面発光レーザの内部抵抗が高いことから実用的な範囲では比例関係(直線関係)となり、また、駆動電流とレーザ光量との関係も実用的な範囲で比例関係(直線関係)となる。このような特性を踏まえて、1回目のAPC制御において電流源30の電流量は発光素子LDのレーザ光量が基準光量(第1の光量)となるように決められ、2回目のAPC制御においてレーザ光量が第2の光量となるように決められる。同様に、1回目のAPC制御においてコンデンサCdが蓄積する駆動電圧は発光素子LDのレーザ光量が基準光量(第1の光量)となるように決められ、2回目のAPC制御においてレーザ光量が第2の光量となるように決められる。これらの2つの値を用いた内挿又は外挿処理により、レーザ光量を任意の光量に補正することができるようになる。
【0081】
乗算器21と22は4象限アナログ乗算器を用いることができ、その乗算器に接続されるべき電圧源としてコンデンサを用いることができる。各乗算器21、22の入力は差動構成となっている。各乗算器21、22の+と−で表記された2つの差動入力をそれぞれV1a、V1b及びV2a、V2bとすると、差動構成の各乗算器21、22はIout=α(V1a-V1b)(V2a-V2b)で記述される電流を出力する。ただし、αは定数である。
【0082】
このようなレーザ駆動装置では、各乗算器21及び22の一方の入力端子(乗数端子)には補正信号が入力し、他方の入力端子(被乗数端子)には制御電圧が入力する。通常差動で構成する乗算器の相補出力の+側出力を利用した場合オフセット電流が存在するが上記各乗算器21及び22にオフセットが存在してもその出力に接続されたコンデンサC1、C2によりAPC時当該オフセットがキャンセルされる。補正信号は、レーザ光の走査位置によりレーザ光量が異なる状況を考慮したもので、レーザ光の走査位置に応じた制御電圧を有する。
【0083】
まず、第1のAPC制御により、第1の光量(基準値とする)を次のように設定する。スイッチSWSaはオン、SWSbはオフ、SW1はオフ、SW2はオフ、SW3はオフ、SW5−1はオン、SW5−2はオフ、SW5−3はオフ、SW5−4はオン、SW6−1はオン、SW6−2はオフ、SW6−3はオフ、SW6−4はオン、SW7はオフ、SW8はオン、SW11はオン、SW11−1はオン、SW11−2はオフ、SW12はオフ、SW13はオン、SW15−1はオフ、SW15−2はオン、SW16はオフ、スイッチSWSaをオンに設定する。また、第1の光量を設定する際には、各乗算器21及び22の乗数端子に0Vの補正信号を与える。この状態では、乗数が0であるため、被乗数端子にどのような制御電圧が入力されても各乗算器21及び22はオフセット電圧を出力する。また、図8に示すAPC回路600のオペアンプ61には、第1のAPC基準電圧Vref1が与えられる。オペアンプ61は、発光素子LDのレーザ光量が第1のAPC基準電圧Vref1となるような制御電圧を出力する。この制御電圧は図9のスイッチSW8、オペアンプ26、インバータ28及びスイッチSW11を通り、電流源30に与えられる。電流源30は受け取った制御電圧に応じた電流を発光素子LDに与える。また、オペアンプ26が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサC3−1に格納される。補正信号は0Vに設定されているため、乗算器21はオフセット電圧を出力する。よって、コンデンサC1は、上記制御電圧と乗算器21から出力されるそのオフセット電圧との差電圧で充電される。他方、図8のオペアンプ61が出力する制御電圧は、コンデンサC2に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサC4−1に格納される。補正信号は0Vに設定されているため、乗算器22はオフセット電圧を出力する。よって、コンデンサC2には制御電圧と乗算器22のオフセット電圧との差電圧で充電される。
【0084】
そして、第2のAPC制御により第2の光量(これを補正光量という)を次のように設定する。スイッチSWSaはオフ、SWSbはオフ、SW1はオフ、SW2はオフ、SW3はオフ、SW5−1はオフ、SW5−2はオン、SW5−3はオン、SW5−4はオフ、SW6−1はオフ、SW6−2はオン、SW6−3はオン、SW6−4はオフ、SW7はオフ、SW8はオフ、SW11はオフ、SW11−1はオン、SW11−2はオフ、SW12はオフ、SW13はオン、SW15−1はオフ、SW15−2はオフ、SW16はオフ、SWSaをオフに設定する。また、第2の光量を設定する際には、各乗算器21及び22の乗数端子に所定電圧の補正信号を与える。更に、スイッチSWSaがオフになっていることからオペアンプ61は、第1のAPC制御に対し、電流源450の加算電流分、受光器PDからの光量が増大するように制御電圧を出力する。この制御電圧は図9のスイッチSW8、オペアンプ26、インバータ28及びスイッチSW5−2、SW5−3、乗算器21、抵抗R11、キャパシタC1を通り、電流源30に与えられる。電流源30は、受け取った制御電圧に応じ、受光器PDからの電流を、基準電流から、この基準電流に加算電流を加えた電流へと変化させる。また、オペアンプ26が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサC3−2に格納される。コンデンサC1は、上記制御電圧と乗算器21の出力との差電圧で充電される。第1のAPC制御において発光素子LDに与えられる電流をIとすれば、第2のAPC制御において発光素子LDに与えられる電流はI+ΔIと記述することができる。他方、図9のオペアンプ61が出力する制御電圧は、コンデンサC2に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサC4−2に格納される。コンデンサC2には制御電圧と乗算器22の出力との差電圧で充電される。第1のAPC制御においてコンデンサC2に格納される電圧をVとすれば、第2のAPC制御においてコンデンサC2に格納される電圧はV+ΔVと記述することができる。
【0085】
ここではスイッチSW6−1、SW6−4をオン、SW6−2、SW6−3をオフしたが、2回目以降のAPCではSW6−3、SW6−1をオン、SW6−2、SW6−4をオフとしてもよく、この方が変調時と同じ条件のため精度向上が期待できる。
【0086】
発光素子LDの変調時には、レーザ光の走査位置に応じた光量補正量に対応した補正電圧が各乗算器21、22の乗数端子に入力される。それにより、乗算器22、コンデンサC2及びオペアンプ26で構成される電圧源から面発光レーザに印加される駆動電圧、及び電流源30から発光素子LDに供給される駆動電流の双方が同時に制御され、上記レーザ光の走査位置に応じて補正された光量にて発光素子LDの発光がなされる。
【0087】
コンデンサC1には直列に抵抗R11を接続する。すなわち、本実施形態では、コンデンサC1を含むサンプルホールド回路をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチSW11のオン/オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。また、このローパスフィルタにはコンデンサC11を並列に接続する。これにより、ローパスフィルタの時定数に依って負帰還ループの位相が遅れることを防止できる。同様に、コンデンサC2に直列に抵抗R21を接続することで、これを含むサンプルホールド回路をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチSW8のオン/オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。更に、コンデンサC2及び抵抗R21で構成されたローパスフィルタに、負帰還ループの位相遅れを防止するためのコンデンサC21を並列に接続し、負帰還ループでの発振を防止する。
【0088】
電圧印加時間調整回路800は、スイッチSW2を制御して発光素子LDに電圧を印加する時間を調整する。この電圧はコンデンサCdに蓄積された電圧である。前述したように、本実施形態では、発光素子LDに与える電圧と電流との両方を制御して発光素子LDを駆動する。発光素子LDを駆動する際、まず電圧で駆動し次に電流で駆動する。電圧駆動の電圧印加時間を調整可能にすることで、図9のLDOUT端からレーザまでの配線が長く立ち上がりに時間がかかる場合のように発光素子LDの実装状態に応じた電圧印加時間を適切に設定することができる。
【0089】
電圧印加時間調整回路800は、遅延回路81と排他的論理和回路82とを2組有する。2つの遅延回路81は、インバータ83で図示するように接続されている。遅延回路81は、電圧印加時間信号と変調信号とを受け取り、電圧印加時間信号に従って変調信号を遅延させる。一方の遅延回路81の出力信号と変調信号との排他的論理和をとり、その出力信号でスイッチSW2をオンさせる。この結果、出力信号は変調信号の立ち上がりで立ち上がり、遅延した変調信号の立ち上がりで立ち下がる第1のパルスと変調信号の立ち下がりで立ち上がり、遅延した変調信号の立ち下がりで立ち下がる第2のパルスを発生する。つまり、遅延回路81の遅延時間と同じパルス幅で電圧を変調信号の立ち上がり時と立ち下り時に印加するようになる。このようにして、適切な電圧印加時間を設定することが可能になる。同様に、他方の遅延回路81と排他的論理和回路82の作用によりスイッチSW1を制御してOFFバイアスを供給することで、発光素子LDがオンからオフへの動作を制御する(高速化する)。
【0090】
電流生成回路700は、図8に示す共通制御電位設定回路200が出力する電流毎の差分電圧を受け取り、差分電圧に応じた電流を生成する。電流生成回路700のオペアンプ34と定電流源32とは基準共通電位と基準オフセット電位で形成される差分電圧を受け取り、差分電圧に応じたオフセット電流を生成する。オフセット電流はスイッチSW16を介して負荷24に流れる。オフセット電流に応じてコンデンサC2の端子電位が決まり、これにより電圧源として機能するコンデンサC2が発光素子LDに与える駆動電圧を調整することができる。駆動電圧を調整することで、駆動パルスをオーバーシュートさせ、短いパルス幅までレーザを追従させることでハイライトの再現性を高めることができ、駆動電圧を少し大きめに設定することで画像の輪郭を強調できるなど、画像に合わせてこれらを適宜設定することで画質の調整にも使用することができる。オペアンプ35と電流源31とは、基準共通電位と基準バイアス電位で形成される差分電圧をスイッチ750を介して受け取り、差分電圧に応じたバイアス電流を生成する。また、スイッチ750に接続される図中の電圧源が設定するOFFバイアス電圧を受けた電流源31は、OFFバイアス電圧に応じたレーザ駆動電流を生成する。ここで生成されたバイアス電流はOFFバイアス電圧を決定する際の試験電流であり、APCの前あるいは後にOFFバイアス電圧決定のための期間を設けておき、その期間に試験電流を、SW15−1を経由して各レーザに供給し、そのときの各レーザ端子電圧を元に全レーザ共通のOFFバイアス電圧を決定する。さらに決定した共通のOFFバイアス電圧をレーザ端子電圧に印加した際に流れる電流を元にスイッチ750に接続される図中の電圧源の値が設定され、変調時にはこの図中の電圧源によりOFFバイアス電流が制御される。
【0091】
以上説明したように、第7実施形態に係る光量制御装置は、第1から第6の実施形態に係る作用、効果、つまりオフセット誤差が少なく大きなダイナミックレンジを有するとともに、上述した他の様々な特徴を備えた装置である。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、オフセット誤差が少なく大きなダイナミックレンジを有する光量制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1に示す光量制御装置の回路図である。
【図3】 本発明の第2実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図4】 本発明の第3実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図5】 本発明の第4実施形態に係る光量制御装置の構成を示す図である。
【図6】 図5の構成をより詳細に示した図である。
【図7】 本発明の第5実施形態に係る光量制御装置の構成を示す図である。
【図8】 本発明の第6実施形態に係る光量制御装置の構成を示す図である。
【図9】 本発明の第7実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図10】 図9に示すドライバの内部構成を示す回路図である。
【図11】 本発明の光量制御装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例と、各センサ出力とを示す図である。
【符号の説明】
10 光量制御装置 LD1〜LD32 発光素子
1001〜10032 ドライバ 200 共通制御電位設定回路
211 演算増幅器(オペアンプ) 212、213 定電流源
214、215 負荷 216 定電圧源
300 電流アンプ 400 光量モニタ
500 強制点灯回路 600 APC回路
61 オペアンプ SWfb1〜SWfb32 スイッチ
Cfb32〜Cfb32 コンデンサ
Vref、Vref1、Vref2 APC基準電圧
150 バス COUT 端子 Cd1〜Cd32 コンデンサ
LDOUT 端子 LDCOM 端子 11 負荷
PD 受光器 SW19 スイッチ 21、22 乗算器
30 電流源 26 オペアンプ 28 インバータ
800 電圧印加時間調整回路 81 遅延回路
82 排他的論理和回路 700 電流生成回路
34 オペアンプ 32 定電流源 24 負荷
35 オペアンプ 900 バイアス回路
31 電流源 R11、R21 抵抗 C11、
Cd、C1、C2、C3−1、C4−1、C3−2、C4−2 コンデンサ
SW1、SW2、SW3、SW5−1、SW5−2、SW5−3、SW5−4、SW6−1、SW6−2、SW6−3、SW6−4、SW7、SW8、SW11、SW11−1、SW11−2、SW12、SW13、SW15−1、SW15−2、SW16 スイッチ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to drive control of a light emitting element, and more particularly to a light amount control apparatus suitable for use in driving a laser element used as a light source in laser xerography.
[0002]
[Prior art]
In the field of laser xerography using a laser element as a light source, there is an increasing demand for higher resolution and higher speed. There is a limit to the speed (hereinafter referred to as modulation speed) at which on / off control of the driving of the laser element is performed according to the input image data. In the case where the number of laser beams is one, if the resolution in the sub-scanning direction is increased as well as the resolution in the main scanning direction, the modulation speed must be sacrificed. Therefore, the only way to increase the resolution in the sub-scanning direction without increasing the modulation speed is to increase the number of laser beams. For example, when the number of laser light beams is four, the resolution in the main scanning / sub-scanning direction can be doubled on the assumption that the modulation speed is the same as in the case of one.
[0003]
A semiconductor laser used as a light source for laser xerography includes an edge-emitting laser element (hereinafter referred to as an edge-emitting laser) having a structure in which laser light is extracted in a direction parallel to the active layer, and the laser light is perpendicular to the active layer. It is roughly classified into surface emitting laser elements (hereinafter, referred to as surface emitting lasers) having a structure that can be taken out in any direction. Conventionally, in laser xerography, an edge emitting laser is generally used as a laser light source.
[0004]
However, from the viewpoint of increasing the number of laser light beams, edge-emitting lasers are technically difficult, and structurally, surface-emitting lasers increase the number of laser light beams more than edge-emitting lasers. It is advantageous. For these reasons, in order to meet the demand for higher resolution and higher speed in the field of laser xerography in recent years, an apparatus using a surface emitting laser capable of emitting a large number of laser light beams as a laser light source. Development is underway.
[0005]
By the way, in a semiconductor laser driving device, an automatic light control (APC) circuit that detects the light amount of the semiconductor laser with a light receiver and automatically controls the light amount based on the detected light amount is used. In controlling the amount of light, in the case of a surface emitting laser, a part of the emitted light is separated by an optical system including a half mirror because of the structural restriction that the laser light is emitted in a direction perpendicular to the active layer. A configuration is adopted in which the amount of light of the surface emitting laser is detected by causing light to enter the light receiver as monitor light.
[0006]
As described above, when the surface emitting laser, the optical system, and the light receiving element are assembled, the positional accuracy between the elements is poor, and the monitor light can be reliably received under such a situation. Since it is necessary to set the light receiving area of the light receiver to be large, the parasitic capacitance of the light receiver becomes very large. For this reason, in a circuit system that controls the light quantity by receiving the detection output of the light receiver, the responsiveness required for the light quantity control cannot be secured unless the detection output of the light receiver is received with low impedance.
[0007]
In addition, in the case of a surface emitting laser, the output current (photocurrent) of the light receiver itself is very small because an optical system including a half mirror is interposed between the surface emitting laser and the light receiver. Is a weak current of about several μA while the received light current is about 100 μA. If such a weak photocurrent is converted into a voltage with a load having a low resistance value, the light amount detection voltage of the surface emitting laser becomes two orders of magnitude smaller than that of the edge emitting laser, and only the gain of the subsequent differential amplifier In this case, the gain at the time of negative feedback necessary for the automatic light amount control is insufficient, and the accuracy of the light amount control is lowered.
[0008]
By the way, as a circuit for amplifying a photocurrent, a configuration in which a plurality of operational amplifiers are connected in multiple stages is known (see, for example, Patent Document 1). The multi-stage connection is for obtaining a high gain while maintaining high speed.
[0009]
Patent Document 2 discloses a method of amplifying current with a current mirror circuit. In principle, if the output impedance can be increased to suppress the output parasitic capacitance, a high gain can be obtained in one stage.
[0010]
[Patent Document 1]
JP 59-90242 A
[Patent Document 2]
JP-A-8-293742
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique according to Patent Document 1 has the following problems. When multiple stages are connected, the offset of the first stage amplifier is amplified and input to the next stage amplifier as compared with the case where a necessary gain is obtained in one stage, so some offset adjustment is required.
[0012]
Further, the conventional technique according to Patent Document 2 has the following problems.
[0013]
The problem of cancellation error: Since the current mirror circuit has low responsiveness when the current is small, in Patent Document 2, the bias current is added to the light receiving current, and the current mirror circuit amplifies the current and then adds it. By subtracting this current, the amplified photocurrent is extracted, and only the amplified current is extracted regardless of the bias current. However, in practice, the larger the current amplification factor, the greater the cancellation error when adding and amplifying the bias current and then subtracting the current that has amplified only the bias current. If the cancellation error becomes large, an error current is included in the amplified photocurrent. Therefore, an offset is added when the next stage differential amplification is performed, and the operation becomes impossible beyond the worst dynamic range.
[0014]
Maximum current problem: Also, there is an optimum value for the current that flows per transistor size (per the ratio of width to length in the case of MOS, per emitter area in the case of bipolar). As a result, a voltage drop that is too large increases and the dynamic range cannot be obtained, making the design difficult.
[0015]
The problem of optimum input impedance: To detect photocurrent from a photoreceiver with a large parasitic capacitance at high speed, it is necessary to receive it at low impedance. The bias current must be increased and the bias current must be increased. As a result, the input parasitic capacitance of the current mirror increases, and the superimposed bias current decreases the DC offset accuracy in the subsequent circuit in order to lower the input impedance. For this reason, there is an optimum value for the input impedance of the current mirror according to the parasitic capacitance and photocurrent of the photoreceiver, and the size and bias current of the transistor of the current mirror circuit to which the photoreceiver output is connected according to the parasitic capacitance of the photoreceiver. It is desirable that it can be changed. However, in the technique described in Patent Document 2, the sizes of all the transistors included in the current mirror circuit must be changed at the same ratio, and the transistor layout does not lose central symmetry in order to ensure the relative accuracy of the current mirror. It is very difficult to lay out.
[0016]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light amount control apparatus having a large dynamic range with little offset error.
[0017]
  The present invention as described in claim 1A light receiving element for receiving light from the light emitting element,First amplification means for amplifying an input signal from the light receiving element;A first compensation current source for providing a first compensation current to an input of the first amplification means when the light emitting element is off;A second amplifying means for amplifying a non-input signal, having a main part having a common configuration with the main part of the first amplifying means, in order to remove the offset generated in the first amplifying means;A second compensation current source for providing a second compensation current to the input of the second amplification means;Error amplifying means for generating a control signal for automatic light quantity control based on output signals of the first and second amplifying means, and driving means for driving the light emitting element based on the output signal of the error amplifying means;,ComprisingThe first and second compensation currents have a value equal to the light receiving current from the light receiving element corresponding to the target light amount, and the main part converts to an impedance higher than the input impedance, and the converting means Current amplifying means for amplifying the output of the light source, wherein the converting means makes the input impedance smaller than a predetermined automatic light amount control time To / impedance determined by the stray capacitance Co of the light emitting element, and the converting means and the current The amplifying means includes a bias current source for supplying a bias current and a current mirror circuit on which the bias current is superimposed on the input side, and the bias current of the current amplifying means is the amplification factor of the current mirror circuit of the current amplifying means. Determined according toThis is a light quantity control device. Since the second amplifying means has a main part having the same configuration as the main part of the first amplifying means, the offsets included in the output signals of the first and second amplifying means are the same. By generating a control signal for automatic light quantity control based on the output signal, it is possible to remove the offset generated in the first amplification means.Further, the drive can be performed at high speed by satisfying the condition that the input impedance is made smaller than the predetermined automatic light amount control time To / impedance determined by the stray capacitance Co of the light emitting element. Further, by supplying a bias current to the current mirror circuit, the input impedance of the current mirror circuit can be lowered and the responsiveness can be improved. Furthermore, since the bias current is set according to the amplification factor of the current mirror circuit, the current mirror circuit can be operated in an optimum state, and a large dynamic range can be secured with little error.
[0021]
In the light amount control device, the current mirror circuit of the current amplifying means has an input-side transistor having a control terminal to which a control potential is applied, and a control terminal connected in common with the control terminal of the input-side transistor, A plurality of output-side transistors connected in parallel to each other, and a current source commonly connected in series to the plurality of output-side transistors, the amplification factor of the current amplification means is the number of the plurality of output-side transistors It can be set as the structure determined by. The amplification factor of the current mirror circuit can be easily changed according to the number of transistors on the output side.
[0022]
In the light amount control device, in the first and second amplifying means, based on the output voltage of the current mirror circuit of the current amplifying means in the second amplifying means and the switching means connected in series to the plurality of transistors. Control means for controlling the potential of the control terminal of the bias current source of the current amplifying means, and the switch means corresponding to the output side transistor to be selected according to the degree of amplification is controlled based on an external control signal. It can be set as a structure. Since the number of transistors on the output side can be changed from the outside, the amplification factor of the current mirror circuit can be easily changed.
[0023]
In the above-described configuration, the plurality of output-side transistors may have the same parameter regarding the amplification factor. Since the parameters are equal, the amplification degree can be changed and set with high accuracy and ease.
[0024]
In the above configuration, the plurality of output-side transistors may be unipolar transistors, and the parameter relating to the amplification degree may be a ratio of a channel width to a channel length.
[0025]
In the light quantity control device, the first and second amplifying units may have individual loads for each output, and each output may be connected to a differential input of the error amplifying unit.
[0026]
In the light quantity control device, the outputs of the first and second amplifying means may be connected to the differential input of the error amplifying means and have a common load between the differential inputs.
[0027]
In the light amount control apparatus, the first amplifying unit includes: a first current mirror circuit that receives the input signal; and a second current mirror circuit that amplifies the output current of the first current mirror circuit. It can be set as the structure which has. Since two current mirror circuits are used, the setting of the amplification degree and the bias current according to the transistor size can be easily set and changed.
[0028]
In the light amount control device, the first amplifying unit has an output corresponding to the input signal and a first bias current, and the second amplifying unit has a second current of the same magnitude as the first bias current. The error amplifying means outputs a constant output corresponding to the bias current of 2 and an output corresponding to the difference between the two outputs.
Thereby, a large dynamic range can be obtained without an offset error.
[0029]
In the above configuration, it is preferable that the values of the first and second bias currents are set so that the outputs of the first amplifying unit and the second amplifying unit are maintained below a certain level. The output level can be easily controlled by setting the bias current.
[0030]
  In the light quantity control device, a reference current flowing from a reference current source instead of the first and second compensation current sourcesInThe third compensation currentto addThird compensationA current source,Third compensationWhen changing the target light quantity by turning on and off the current source,Third compensationCurrentSaidSet to a constant ratio with respect to the reference currentIt can be configured. compensationBy setting the current to a constant ratio with respect to the reference current, even when a light amount different from the target light amount (for example, a light amount that is a constant ratio lower than the target light amount) is required,compensationEasily set the current to a constant ratio with respect to the reference currentcompensationThe current value can be set.
[0031]
  In the above invention,Third compensationThe current source was turned on and off with a double-throw switch such as a differential transistor, and turned off when turned off.Third compensationA configuration in which the potential is almost the same as that before the output of the current source is turned off can be employed. ThiscompensationNoise generated when the current source is turned on / off can be reduced.
[0032]
  The invention also claims14A plurality of light emitting elements, a photosensitive member, an optical system for irradiating the photosensitive member with a light beam from the plurality of light emitting elements, and a light amount control for controlling a light amount of the plurality of light emitting elements. And the light quantity control device is an image forming apparatus configured as described above.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a light amount control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The light quantity control device includes a current amplifier 300 that is an amplifier, loads 500 W and 500 D of the current amplifier 300, an APC circuit 600, a driving unit 100, and a light receiver 11.
The light quantity control device has a function of automatically controlling the light emission quantity of light emitting elements LD1 and LD2 described later so as to become the target light quantity.
[0034]
The driving unit 100 drives the light emitting elements LD1 and LD2. Although only two light emitting elements LD1 and LD2 are shown in FIG. 1 for convenience, a plurality of light emitting elements are actually connected to the driving unit 100. The light emitting elements LD1 and LD2 are, for example, surface emitting diodes (VCSEL). The light receiver 11 is provided in common to the plurality of light emitting elements LD1 and LD2. The light receiver 11 is formed of, for example, a photodiode, receives light emitted from the light emitting elements LD1 and LD2, and outputs a photocurrent corresponding to the light amount on the output line L. In the output line L, the parasitic capacitance (mainly, the depletion layer capacitance of the photodiode) Co of the light receiver 11 exists.
[0035]
The current amplifier 300 functions as a reception signal amplifier, and includes two amplification units 300W and 300D. The amplification unit 300W is connected to the output line L, and the amplification unit 300D functions as a dummy amplifier. The amplifying unit 300D receives the current I1 from the current source 332 connected to the power supply VDD, and supplies a corresponding output current to the load 500D. The current I1 has a value equal to the light reception current from the light receiver 11 corresponding to the target light amount. Hereinafter, the current I1 is referred to as a compensation current. When the light emitting elements LD1 and LD2 are turned off by the switch SWP, the compensation current I1 is supplied from the current source 331 connected to the power source VDD to the input of the amplifying unit 300W, and at least one of the light emitting elements LD1 and LD2 is turned on. When light is received, a light receiving current is applied from the light receiver 11. As a result, the potential fluctuation of the output line L is suppressed and the convergence of APC is improved. The amplifying unit 300W supplies an output current corresponding to the input to the load 500W. The amplification units 300W and 300D have a similar configuration (substantially the same part). Therefore, the APC circuits (differential amplifiers) 600 that receive these output currents can cancel each other because the offset currents included in each of them are equal. The APC circuit 600 thus cancels the offset current and generates an output voltage corresponding to the difference between the photocurrent and the reference current.
[0036]
The switch 110 and the capacitors C111 and C112 constitute a sample and hold circuit. When the light emitting element LD1 is driven, the switch 110 is switched to the capacitor C111 side, whereby the error voltage detected by the APC circuit 600 is held in the capacitor C111. Similarly, when the light emitting element LD2 is driven, the switch 110 is switched to the capacitor C112 side, whereby the control voltage detected by the APC circuit 600 is held in the capacitor C112. Drive circuit 1131, 1132Constitutes a drive unit 100 for driving the light emitting elements LD1, LD2. Capacitors C111 and C112, and further switch 110 may be defined as drive unit 100. Drive circuit 1131, 1132Drives the light emitting elements LD1 and LD2 according to the hold voltages of the capacitors C111 and C112, respectively. Drive circuit 1131, 1132Between each of the light emitting elements LD1 and LD2, and a switch 114 that is turned on (closed) at the timing of driving the light emitting elements LD1 and LD2.1, 1142Is provided.
[0037]
As described above, the light quantity control device shown in FIG. 1 includes the light emitting elements LD1 and LD2, the light receiver 11 that receives light from the light emitting elements, and the first amplification unit 300W that amplifies the input signal from the light receiver 11. In order to remove the offset generated in the first amplifying unit 300W, a second amplifying unit 300D means for amplifying a non-input signal having a main part of the same configuration as the main part of the first amplifying part 300W, The APC circuit 600 functioning as an error amplifying means for generating a control signal for automatic light quantity control based on the output signals of the first and second amplifiers 300W and 300D, and the light emitting elements LD1 and LD2 based on the output signals And a driving unit 100 for driving.
[0038]
The amplification unit 300W includes an impedance conversion circuit 311W, a current source 312W of a bias current I2, a current source 313W of a reference current I1, a current amplification circuit 314W of an amplification factor n, and a current source 315W of a current n × I2. Similarly, the amplification unit 300D includes an impedance conversion circuit 311D, a current source 312D of a bias current I2, a current source 313D of a reference current I1, a current amplification circuit 314D with an amplification factor n, and a current source 315D with a current n × I2. That is, the amplification unit 300D has the same or similar configuration as the amplification unit 300W.
[0039]
The impedance conversion circuits 311W and 311D are circuits that receive an input at a low impedance and output at a high impedance. This impedance conversion enables high-speed operation with good response. In this embodiment, as will be described later, the impedance change circuits 311W and 311D are formed by a current mirror circuit. Since the bias current I2 is applied to the current mirror circuit, the input impedance can be set sufficiently small. As a result, the impedance conversion circuit 311W can receive the photocurrent from the output line L with low impedance and output it with high impedance.
[0040]
More specifically, the impedance settings of the amplifiers 300W and 300D may be such that the input impedance of the impedance converters 311W and 311d is made smaller than a predetermined automatic light amount control time To / impedance determined by the stray capacitance Co of the light emitting element. preferable. In the light amount control of the surface emitting laser, the light receiving control light receiver cannot be mounted in the surface emitting laser package, and the light receiving area has to be increased because it is installed outside. For this reason, the output capacity of the light receiver increases in proportion to the light receiving area. On the other hand, the light amount control must be performed in a period excluding the image region in the laser beam scanning area (see FIG. 11 described later), and there is a time restriction. In particular, when the amount of light is sequentially controlled for a large number of lasers such as a surface emitting laser, the time allowed per beam is short. For example, when the paper feed speed is 40 inches / sec and the number of beams is 32 at a resolution of 2400 DPI, the scanning period of the laser beam is 32 / (2400 * 40) = 333 μsec. If the effective image area is 60%, 40% can be used for light amount control, and the time is 133 μsec. For example, if two levels of light quantity control are performed for 32 beams, the time allowed for the light quantity control per one beam is 133/32 * 2 = 2 μsec. Therefore, the light amount control is not completed within 2 μsec unless the response time constant of the current amplifiers 300W and 300D is shorter than at least 2 μsec. In addition to the stray capacitance of the photodiode, the output capacitance of the light receiver 11 includes the capacitance of the wiring. The stray capacitance of the photodiode is about 100 pF even if a sufficient bias voltage is applied to reduce the depletion layer capacitance if the light receiving area is about 1 cm square, and the wiring capacitance is about 10 pF when the wiring capacitance is routed several tens of cm. If the sum is roughly 100 pF and the input impedance of the impedance conversion circuits 300D and 300W is R, the time constant consisting of the input stray capacitance and input impedance is 100 pF × R. Control does not converge. Therefore, a condition of at least 100 pF × R <2 μsec is derived, and from this, a condition of R <2 μsec / 100 pF (parasitic capacitance) is derived.
[0041]
A current source 313W of the reference current I1 is provided between the output of the impedance conversion circuit 311W and the ground, and the compensation current I1 or the light receiving current supplied by the current source 331 is subtracted. For the same purpose, a current source 313D for the compensation current I1 is provided between the output of the impedance conversion circuit 311D and the ground, and the compensation current I1 supplied by the current source 332 is subtracted. A current source 312W having a current (bias current) I2 larger than the compensation current I1 is connected between the power supply VDD and the input of the impedance conversion circuit 311W. The bias current I2 from the current source 312W is added to the input current of the impedance conversion circuit 311W to convert the impedance. The current amplifier circuit 314W is formed of a current mirror circuit and has an amplification factor n corresponding to the transistor size. That is, the current amplifier circuit 314W outputs a current obtained by multiplying the photocurrent and the bias current I2 by n. The current source 315W connected between the output terminal of the current amplifier circuit 314W and the ground subtracts n × I2 current from the output current. The amplifying unit 300D has the same configuration, and a voltage generated when an output current corresponding to the same cancellation error flows to the load 500D is supplied to the non-inverting terminal of the APC circuit 600 as a reference voltage. Since the cancellation error occurs equally at the input of the amplifier 600, it is canceled.
[0042]
Thus, according to the present embodiment, the light receiver 11 when the light emitting elements LD1 and LD2 are turned on and off by adding the compensation current I1 and the bias current I2 to the impedance conversion circuits 311W and 311D formed by the current mirror circuit. The voltage variation on the output line L is suppressed, and the input impedance of the impedance conversion circuit 311W is lowered to improve the responsiveness. The current amplifier 300 includes two amplifying units 300W and 300D. The amplifying unit 300D has a constant output corresponding to the bias current I2. The amplifying unit 300W outputs an output corresponding to the light reception signal and the bias current I2. The APC circuit 600 outputs a differential error signal corresponding to the difference between these two outputs, so that the offset current can be canceled.
[0043]
FIG. 2 is a diagram showing a detailed circuit configuration of FIG. Note that the current sources 332 and 313D are omitted here for simplification, but when the compensation current I1 is smaller than the bias current I2, the accuracy drop is small and the influence of the simplification is small. The impedance conversion circuit 311W is a current mirror circuit composed of transistors Q11 and Q12. Transistors Q11 and Q12 have a size of 1: 1. Similarly, the impedance conversion circuit 311D is a current mirror circuit composed of transistors Q15 and Q16. Transistors Q15 and Q16 have a size of 1: 1. The current source 331 and 312W are connected to the drain of the transistor Q11 constituting the input of the current mirror circuit through the switch SWP, and the current source 312D is connected to the drain of the transistor Q15 constituting the output of the current mirror circuit. A current source 313W is connected to the output of the current mirror circuit forming the impedance conversion circuit 311W. On the other hand, a current source is not connected to the output of the current mirror circuit forming the impedance conversion circuit 311D.
[0044]
The current amplifier circuit 314W is a current mirror circuit of the transistors Q13 and Q14. In the configuration shown in the figure, since the size of the transistors Q13 and Q14 is 1: 1, the bias current I2 flows through the current source 315W (n = 1). Similarly, the current amplifier circuit 314D is a current mirror circuit of transistors Q17 and Q18. In the configuration shown in the figure, since the size of the transistors Q17 and Q18 is 1: 1, the bias current I2 flows through the current source 315D (n = 1). As a result, equal cancellation error voltages are generated in the loads 500W and 500D and canceled by the amplifier 600, and the difference between the received light current and the reference current I1 is amplified.
[0045]
Next, the circuit operation of the light quantity control device shown in FIG. 2 will be described.
[0046]
First, the dummy amplifying unit 300D generates a cancellation error voltage by subtracting the bias current I2 supplied from the current source 315D from the bias current I2 supplied from the current source 312D, and provides this as a non-inverting input of the APC circuit 600. Based on the reference voltage Vdmy, the light amount control is performed by the following series of operations so that the light amounts of the light emitting elements LD1 and LD2 become the target light amount corresponding to the compensation current I1.
[0047]
During this light amount control, the compensation current I1 is not supplied from the current source 331 to the output line L. At this time, a photocurrent corresponding to the light amounts of the light emitting elements LD1 and LD2 is output from the light receiver 11 to the output line L. This photocurrent flows through transistor Q11. The current source 313W cancels the reference current I1 and the remaining bias current flows to the transistor Q13. The reason why the current direction of the current source 313W is opposite to that in FIG. 1 is that the current mirror sucks both input and output. A photocurrent which is a received light signal and a bias current I2 flow through the transistor Q11 of the current mirror circuit biased by the current source 312W, and the photocurrent amplified by the action of the current source 313W flows through the transistor Q14 on the output side. A difference from the reference current I1 plus a bias current I2 flows. From this, the bias current I2 is canceled by the current source 315W, this current flows through the load 500W, and the generated voltage (referred to as the light amount detection voltage Vdet) is applied to the inverting input terminal of the APC circuit 600.
[0048]
The APC circuit 600 compares the reference voltage Vdmy and the light amount detection voltage Vdet, and outputs an error voltage corresponding to the difference. This error voltage is sampled by the sample hold circuit 110 and held in the capacitors C111 / C112. Then, the drive circuit 1131/ 1132Drives LD1 and LD2 according to the hold voltage of the capacitors C111 / C112. By this series of light amount control, the light amounts of the light emitting elements LD1 and LD2 converge to the target light amount corresponding to the compensation current I1.
[0049]
When the light amount control is completed, no photocurrent is supplied from the light receiver 11 to the output line L. However, when the light emitting elements LD1 and LD2 are off, the compensation current I1 of the current source 331 is supplied to the output line L. Here, since the photocurrent at the time of light amount control converges to the compensation current I1, there is no voltage fluctuation of the output line L.
[0050]
As described above, when the photocurrent is not output from the light receiver 11, the compensation current I1 corresponding to the target light amount is supplied from the current source 331 to the output line L. Even when the current is not output, the compensation current I1 having the same current value as the photocurrent at the time of light quantity control flows through the transistor Q11. Therefore, the potential of the output line L, that is, the input potential of the circuit system that performs the light quantity control. Variation can be suppressed. Thereby, the convergence of the light quantity control can be improved, and the light quantity control can be performed in the same time as the conventional edge emitting laser even if the LD1 and LD2 are surface emitting lasers, for example.
[0051]
Further, when the light emitting elements LD1 and LD2 are surface emitting lasers, as described above, the light receiving area of the light receiver 11 needs to be set wide due to the problem of the optical system of the surface emitting laser. Since the parasitic capacitance Co to be generated is very large, the responsiveness required for the light amount control cannot be secured unless the photocurrent output from the light receiver 11 is received with low impedance. On the other hand, in the light quantity control device according to the present embodiment, the photocurrent supplied through the output line L is received by the impedance conversion circuit 311W, the impedance is increased by the impedance conversion circuit 311W, and then the voltage is converted by the load 500W. Since the light quantity detection voltage Vdet is obtained, the time constant is shortened to improve the convergence. Furthermore, since the photocurrent is received by the one-stage current mirror and the input potential can be made close to the ground potential, a bias voltage to the photoreceiver 11 can be secured, and the photoreceiver speed is increased.
[0052]
Furthermore, when an amplifier is used instead of the current mirror as in Patent Document 1, since the frequency band of the amplifier is close to the frequency band necessary for the light amount control, the light amount control becomes unstable due to interference during the light amount control. When the current mirror is used together with the bias current, the instability of the light quantity control can be suppressed because the band of the current mirror is wider than the band required for the light quantity control.
[0053]
In the light quantity control device according to the present embodiment, further, in the subsequent stage of the current amplifier circuit 314W, a current having a current value equal to the bias current I2 is subtracted from the output current, and the remaining current flows through the load 500W. Only a small current flows through the load 500W. As a result, the light amount detection voltage Vdet obtained at both ends of the load 500W can be brought close to a certain level (here, the GND level) regardless of the bias and the target light amount, so that the APC circuit 600 can be designed without worrying about the dynamic range. In addition, since the output terminal voltage of the light receiver 11 can be brought close to a certain level (here, the GND level), the bias voltage of the light receiver 11 can be secured.
[0054]
Further, in the light amount control apparatus according to the present embodiment, the dummy amplification unit 300D is provided, and the reference voltage Vdmy generated by the dummy amplification unit 300D is given as a non-inverting input of the APC circuit 600. Thereby, the offset can be reliably removed, and the accuracy of the light amount control can be increased.
[0055]
In the present embodiment, the case where the two light emitting elements LD1 and LD2 are driven has been described as an example. However, in laser xerography, for example, when the present invention is applied to driving a surface emitting laser having a large number of light emitting portions as its light source. In this case, a large number of light emitting units are driven. Then, the light amount control is performed for each channel corresponding to a large number of light emitting units. This point will be described later.
[0056]
Thus, for example, in laser xerography, the light amount control time according to the present embodiment is used to drive a surface emitting laser having a large number of light emitting units as its light source, so that the light amount control time in one channel is reduced to the conventional end surface light emission. Scanning efficiency can be improved because the laser light quantity control time can be set. In addition, when controlling the light amount, a light receiving device (for example, a photodiode) having a large parasitic capacitance and a large light receiving area can be used, so that it is not necessary to improve the accuracy of the optical system, which can contribute to cost reduction. Furthermore, since the light quantity control is possible even if the monitor light quantity is small, the ratio of the light quantity to the photoconductor increases, and the surface emitting laser can be used with a low quantity of light, so the reliability of the surface emitting laser is improved accordingly. As well as longer life.
[0057]
Even if the current amplification degree n is increased from 1, it is canceled because the offsets included in both the + and-inputs of the amplifier 600 are equal and are not affected by the offset. However, if the offset increases too much and exceeds the input dynamic range of the amplifier 600, there is a possibility that the amplifier 600 does not operate normally.
[Second Embodiment]
FIG. 3 shows a circuit configuration of a light amount control apparatus according to the second embodiment of the present invention, which improves the problem of the dynamic range of the amplifier 600. In the figure, the same reference numerals are assigned to the same components as those shown in the above-mentioned drawings, and the description thereof is omitted.
[0058]
In the circuit configuration in FIG. 2, two loads 500W and 500D are used, whereas in the circuit configuration in FIG. 3, one load 500 is used. One end of the load 500 is connected to the drain of the transistor Q14, and the other end is connected to the output terminal of the operational amplifier 340. Also, the current sources 315W and 315D in FIG. 2 are replaced with a cascode current mirror circuit including the transistors Q21, Q22, Q23, and Q24 in FIG. The cascode current mirror circuit subtracts the output current of the current amplification circuit 314D from the output current of the current amplification circuit 314W and supplies the remaining current to the load 500. The other end of the load 500 becomes the reference voltage Vdmy corresponding to the bias current I2. In this embodiment, the reference voltage Vdmy is generated from the bias current I2. However, as long as the reference voltage Vdmy can be included in the input dynamic range of the amplifier 600, the reference voltage Vdmy may be generated with a constant current independent of the bias current.
[0059]
Thus, even with the circuit configuration of FIG. 3 in which the load is shared, the same operation and effect as in FIG. 2 can be obtained. According to the second embodiment, the circuit configuration is simplified and the number of parts is reduced. As described above, the bias current I2 must be set so as to obtain an impedance in consideration of the parasitic capacitance of the light receiver 11. Further, when the gain n of the current amplifier circuits 314W and 314D is set large, it is preferable to set an appropriate value in consideration of the cancellation error.
[Third Embodiment]
FIG. 4 shows a circuit configuration of a light amount control apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are assigned to the same components as those shown in the above-mentioned drawings, and the description thereof is omitted.
[0060]
The third embodiment corresponds to a modification of the second embodiment, in which the bias current I2 of the output current of the current amplifier Q14 is made constant regardless of the gain. The current source 316W shown in FIG. 4 is for making the output current of the transistor Q12 cancel a part of the remaining bias current after the light receiving current is canceled by the current source 313W, and to make the output current of the transistor Q14 constant. The same applies to the current source 316D shown in FIG. Since the operational amplifier 350 controls the current sources 316W and 316D of the current I3 so that the output current of the current amplifier circuit 314D and the bias current I2 of the current source 317D coincide, the bias current superimposed on the photocurrent is current amplified. It becomes a value corresponding to the amplification degree of the circuits (current mirror circuits) 314W and 314D, and the difference current between the output of the current amplifier circuit 314W on the photocurrent side and the bias current 317W becomes only the cancellation error. As described above, the operational amplifier 350 is a circuit that automatically sets the current amplifier output current using the internal current of the dummy amplifying unit 300D. In the third embodiment, since the bias current included in the output current can be made constant, the bias current occupying the main part of the output current is controlled to be constant even when the current amplification factor is increased. Therefore, the transistor can be optimally set in size because it is only necessary to design it in accordance with the controlled current. Rather than amplifying the bias current n times and then canceling with the n times bias current, the bias current is subtracted from the 1 times bias current output regardless of the current amplification factor, so the cancellation error is absolute. The problem that the value increases and the offset in the next stage increases can be prevented.
[0061]
Here, of the two-stage current mirror circuits, the optimization of the transistor size (setting of the amplification factor n) constituting the latter-stage current mirror circuits 314W and 314D is selected by providing a plurality of transistors on the output side, for example. It is sufficient to use it. The configuration shown in FIG. 4 is an example in which a transistor Q25 is connected in parallel to a transistor Q14. The drain of the transistor Q14 on the output side of the current mirror circuit is connected to the load 500 via a transistor Q26 (fixed on) whose gate is grounded. Similarly, the transistor Q25 is connected to the load 500 via a transistor Q27 that functions as a switching means. In the illustrated example, the gate of the transistor Q27 is not grounded and is fixed off. By grounding the gate G of the transistor Q27, which is a control terminal of the switch means, based on the external control signal G1 supplied from the outside, the transistor Q25 is connected in parallel with the transistor Q14, and the amplification degree can be set large. . When the sizes of the transistors Q13, Q14, and Q25 are equal, in other words, when the parameters related to the amplification of these transistors are equal, the amplification is doubled by activating the transistor Q25 in addition to the transistor Q14. The transistors Q13, Q14, and Q25 are unipolar transistors (FETs) represented by MOS transistors. In this case, the parameter related to the amplification factor is the ratio of the channel width to the channel length. The drain current of the FET is proportional to the channel width W / channel length L. Actually, in the current mirror circuit, the channel lengths of a pair of transistors are made equal in order to obtain a desired accuracy. However, if high accuracy is not necessarily required, even if transistors having different channel lengths are combined, W / It is possible to design with L as a guide.
[0062]
Similarly, the transistor Q18 located on the output side of the dummy side is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 350 via the transistor Q29, and the transistor Q28 is connected to the inverting input terminal via the transistor Q30 functioning as a switching means. It is connected. The degree of amplification can be increased by the same amount by grounding the gate of the transistor Q30, which is the control terminal of the switch means, based on the external control signal G1.
[0063]
  As described above, the amplification degree of the current mirror circuits 314W and 314D can be controlled by the number of the plurality of transistors on the output side, and is determined by the number to be connected. As a result, the amplification degree of the current mirror circuits 314W and 314D can be adjusted easily and accurately. The bias current becomes a value corresponding to the set amplification degree by feedback control of the operational amplifier 350.
[Fourth Embodiment]
  FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a current source 331 that supplies the compensation current I1 according to the fourth embodiment of the present invention. In the illustrated configuration, a current source 325 is used as a reference current source, and three current sources 331 for supplying a compensation current are provided.compensationCurrent source 33113312331ThreeIt consists of. These three current sources 33113312331ThreeIs a current switch 337 which is a double throw switch13372337ThreeCan be selectively connected to the drain of the transistor Q11. Current source 33113312331ThreeIs not selected (when off), the function of the transistor 335 connected to the current source 334 causes the output of the current source that is turned off to have substantially the same potential as before the output is turned off. Thereby, switching noise at the time of on / off switching can be prevented.
[0064]
  In the configuration shown in FIG. 5, since the current is converted by the reference current (1 + α) · I1 of the current source 313W after impedance conversion by the current mirror (α is a constant ratio with respect to the reference current), the photocurrent + compensation current I1 is the light emitting element LD1. In total, a current of (1 + α) · I1 flows including the on / off state of LD2. That is, when the light emitting elements LD1 and LD2 are ON, the photocurrent is controlled by the light amount control so that the total current becomes (1 + α) · I1. For example, if the compensation current is (2α) · I1, the photocurrent is controlled to match (1−α) · I1. In this way, by setting the compensation current to a constant ratio α with respect to the reference current, even when a light amount different from the target light amount (for example, a light amount lower than the target light amount) is required, it is easily compensated The current value can be set. Control using the constant ratio α is useful for correcting unevenness in the amount of light between the light emitting elements LD1 and LD2, for example. In addition,compensationCurrent source 33113312331ThreeThe on / off switch of FIG. 6 has a differential transistor configuration as shown in FIG. 6 and further controls the potential at the time of OFF so that the current source output is substantially equal to that at the time of OFF, thereby reducing switching noise at the time of switching. be able to.
[Fifth Embodiment]
  FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In the configuration shown in the figure, a current source 361 for correcting superimposed current (2β · I1).1And superimposed current β · I1 current source 3612Is arranged. In addition, a current source of 3β · I1 for subtracting the superimposed current is also provided. As described above, by providing the superimposed current separately from the compensation current, it is possible to perform light amount correction for each light emitting element with a different value separately from light amount correction common to the light emitting elements LD1 and LD2. This can be used, for example, when there is a difference in the amount of light on the photoreceptor due to the optical system in the light emitting element. Naturally, the present invention can be applied not only to the cause of the optical system but also to the case where the image quality can be expected to be improved by adjusting the light amount for each light emitting element as the characteristics of the entire laser xerography. In this way, when the light emitting elements LD1 and LD2 are ON, the photocurrent is controlled by the light amount control so that the total current becomes (1 + α + 3 · β).
[Sixth Embodiment]
  FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. In the configuration shown in the figure, light amount control is performed for each of the light emitting elements LD1 and LD2. In this case, unlike FIG. 7, the reference current on the output side of the impedance conversion circuits 311W and 311D of the current mirror circuit is also changed correspondingly. This is intended to improve accuracy by reducing the canceling current. In this case, since the current to the input of the impedance conversion circuits 311W and 311D by the current mirror circuit varies depending on the compensation current, it takes time for the potential of the line L of the photocurrent to converge when the setting is changed. However, the entire light amount control that takes time is common to all the light emitting elements and may be performed only once in advance. The light quantity control of the individual laser is controlled by the current source 361.2(Β · I1) and the current source 3611If (2β · I1) is performed, the potential of the photocurrent output line L does not fluctuate, so that the convergence of each of the light emitting elements LD1 and LD2 is not sacrificed.
[Seventh Embodiment]
  Next, a light quantity control apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0065]
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of a light amount control apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 9, the light quantity control device 10 drives a plurality of light emitting elements. In the configuration of FIG. 9, the light quantity control device 10 drives 32 light emitting elements LD1 to LD32. In other words, the light quantity control device 10 has a 32-channel configuration. Each of the light emitting elements LD1 to LD32 is formed of a surface emitting diode (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) and arranged in a matrix. The light quantity control device 10 is formed of, for example, an IC chip and includes a circuit described below.
[0066]
The light quantity control device 10 has a driver 100 for each channel, that is, for each of the light emitting elements LD1 to LD32.1~ 10032Have The light quantity control device 10 includes a common control potential setting circuit 200, a current amplifier 300, a light quantity monitor 400, a forced lighting circuit 500, and an APC circuit 600 as a common control unit for each channel. The current amplifier 300 has the configuration according to the first to third embodiments described above. The forced lighting circuit 500 has a load function of the loads 500W, 500D, and 500 shown in FIGS. 1 to 4, and can adjust the size of the load, and is a light emitting element necessary for determining the drawing start position of the image signal It is equipped with a forced lighting function.
[0067]
Driver 1001~ 10032Receives a signal from the control unit common to the respective channels via the bus 150, and performs control for driving and controlling the light emitting elements LD1 to LD32. Specifically, the driver 1001~ 10032Performs APC control for controlling the light amount of each of the light emitting elements LD1 to LD32 and modulation control after the APC control. As described later, in APC control, the driver 1001~ 10032Controls both the voltage and current applied to the light emitting elements LD1 to LD32. Driver 100 during voltage drive1~ 10032Is a capacitor Cd connected to the cathode of each of the light emitting elements LD1 to LD32 via each terminal COUT.1~ Cd32To control. Driver 100 during current drive1~ 10032Controls the amount of current flowing through each light emitting element LD1 to LD32 via each terminal LDOUT.
[0068]
Driver 1001~ 10032Are connected in common via a terminal LDCOM and connected to a load 105. In the configuration of FIG.1~ 100FourThe LDCOM terminals are connected in common, and one end is connected to the other end of the load 105 connected to the ground. Each driver 1001~ 10032Outputs a current (complementary output) corresponding to the drive current when the corresponding light emitting element is not driven. By flowing this current through the load 105, a constant current always flows to the light quantity control device 10 without depending on the number of lighting of the light emitting elements, and the operation is stabilized.
[0069]
The light quantity control device 10 performs modulation control after setting the laser light quantity of each of the light emitting elements LD1 to LD32 to an appropriate value by APC control. The outline of APC control is as follows. First, the laser light amount of the light emitting element LD1 is adjusted. Driver 1001Drives the light emitting element LD1. A current corresponding to the laser light amount of the light emitting element LD1 flows through a light receiver PD (for example, a photodiode, which corresponds to the above-described light receiver 11) provided in common to each of the light emitting elements LD1 to LD32. The current amplifier 300 is configured to switch SWSa (current switch 337 in FIG.2And a current obtained by adding the addition current from the current source 450 is received with low impedance and amplified. In this case, the switch SWSb (current switch 337 in FIG.ThreeIs turned on, the added current is canceled by the reference current supplied from the current source 460, the remaining current is supplied to the resistor connected to the reference voltage Vref2, and the current output from the current amplifier 300 is set to the voltage. This voltage (referred to as a detection voltage) is output to the APC circuit 600 via the switch SW19. The APC circuit 600 includes a plurality of operational amplifiers 61, a series circuit of one switch (any one of SWfb1 to SWfb32) and a capacitor (any one of Cfb1 to Cfb32). The APC circuit 600 shown in FIGS. 1 to 8 corresponds to the operational amplifier 61 shown in FIG. Each series circuit is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 61. Each series circuit constitutes a sample and hold circuit. One sample and hold circuit corresponds to one light emitting element. For example, a sample and hold circuit including the switch SWfb1 and the capacitor Cfb1 corresponds to the light emitting element LD1. Similarly, a sample and hold circuit including the switch SWfb32 and the capacitor Cfb32 corresponds to the light emitting element LD32.
[0070]
The operational amplifier 61 amplifies the difference voltage when the light emitting element LD1 is driven and outputs the amplified voltage to the corresponding signal line of the bus 150. Driver 1001Changes the drive current applied to the light emitting element LD1 so that the differential voltage becomes zero. As a result, the amount of laser light from the light emitting element LD1 changes, and the amount of current flowing through the light receiver PD changes. A detection voltage corresponding to the current flowing through the light receiver PD is output from the current amplifier 300 to the APC circuit 600. By such feedback control, the added current applied to the input output of the current amplifier 300 is canceled and disappears, and the driving state of the light emitting element LD1 is set so that the laser light quantity corresponds to the reference current generated by the APC reference voltage Vref. Set. The setting of the driving state means that both the driving voltage and the driving current applied to the light emitting element LD1 are adjusted to a value corresponding to the APC reference voltage Vref.
[0071]
While controlling the light emitting element LD1 in this way, only the switch SWfb1 is turned on among the 32 sample hold circuits of the APC circuit 600, and the laser light quantity of the light emitting element LD1 corresponds to the APC reference voltage Vref. The voltage at the time of convergence to the value to be stored in the capacitor Cfb1. Similarly, the APC control is performed on the light emitting elements LD2 to LD32 one by one in order.
[0072]
As will be described later, the APC control is preferably performed twice. In the second APC control, the switch SWSa that was turned on in the first APC is turned off. Since the cancellation current supplied to the output side of the current amplifier 300 is the reference current + addition current, the received light current is controlled by a current corresponding to the reference current + addition current. The 32 sample and hold circuits in the APC circuit 600 can be commonly used in the first and second APC controls, but 32 sample and hold circuits may be newly provided for the second APC control.
[0073]
The light quantity monitor 400 outputs a light quantity monitor signal indicating the laser light quantity of each of the light emitting elements LD1 to LD32 from the current flowing through the current amplifier 300.
[0074]
The forced lighting circuit 500 is a circuit that generates a synchronization signal required before performing APC control. In image processing apparatuses such as copiers, printers, and facsimile machines in which the light quantity control device 10 is incorporated, a light sensor is provided slightly before the drawing start position to accurately determine the position at which the image is drawn, and the light emitting element outputs The drawing start position is determined based on the timing when the light to be crossed the optical sensor.
[0075]
FIG. 11 shows a configuration example of a laser scanning system and output of each sensor in laser xerography, which is an aspect of an image forming apparatus including the light quantity control device of the present invention. The basic configuration of the laser beam scanning system in the laser xerography apparatus is as follows. The laser light emitted from the laser light source 10d is irradiated onto the photosensitive member surface 16 through the lens 15, the polygon mirror 12, and the lenses 13 and 14. As the polygon mirror 12 rotates, the laser beam repeatedly scans the photosensitive member surface 16. Further, part of the laser light emitted from the laser light source 10 d is input to the light receiver 11 via the semi-transmissive mirror 19. In FIG. 11, the output of the photoreceiver 11 at this time is shown as the light amount control sensor output, and the output of the optical sensor provided slightly before the drawing start position is shown as the SOS (Start of Scan) sensor output. The area for APC is provided before and after the scanning area. Reference numeral 18 corresponds to the light quantity control device 10 described above.
[0076]
As described above, since the individual laser light amounts of the light emitting elements LD1 to LD32 are smaller than those of the end face laser, a plurality of the light emitting elements LD1 to LD32 are simultaneously turned on to scan the SOS sensor. In this case, it is preferable to turn on only a plurality of light emitting elements located in the center portion among the light emitting elements arranged in two dimensions. However, in APC control, the light emitting elements are turned on one by one and the conditions are set (gain of feedback loop), so if a predetermined number of light emitting elements are turned on at the same time, the feedback loop of APC control will oscillate. There is a possibility that. Therefore, in order to solve this problem, the forced lighting circuit 500 changes the load size of the current amplifier 300 according to the modulation signal (modulation data). That is, a load corresponding to the number of light emitting elements to be turned on is connected to the output of the current amplifier 300. In the configuration shown in the figure, a plurality of resistors are connected to the output of the current amplifier via a switch. Focusing on the operational amplifier 61, the forced lighting circuit 500 reduces the current-voltage conversion gain in accordance with the number of light emitting elements to be turned on, so that the gain of negative feedback as a whole does not change. With such a configuration, a state equivalent to a state in which only one light emitting element is always turned on can be obtained. In other words, the gain of the feedback loop is a value in a state in which only one light emitting element is turned on. As a result, it is possible to prevent the feedback loop from oscillating.
[0077]
The common control potential setting circuit 200 includes each driver 100.1~ 10032This circuit generates a control potential necessary for generating various currents required in the circuit. In the configuration of FIG. 8, the common control potential setting circuit 200 includes each driver 100.1~ 10032A circuit for generating a common potential for setting a bias current flowing therein, and a circuit for generating a common potential for generating an offset current. The bias current and the offset current are typical examples, and each driver 1001~ 10032Can set the control potential required to generate other currents required for drive and control. The common control potential for setting the bias current is generated by a circuit including an operational amplifier (op-amp) 211, current sources 212 and 213, and loads 214 and 215. A common control potential for offset current setting and other current setting is also generated by the same circuit. The current source 212 supplies the instructed current to the load 214 in response to an external bias current setting signal. The terminal voltage of the load 214 is applied to the plus side terminal of the operational amplifier 211. A constant current source 213 connected to the constant voltage source 216 causes a current corresponding to the output of the operational amplifier 211 to flow through the load 215. The terminal voltage of the load 215 is given to the negative terminal of the operational amplifier 211. The operational amplifier 211 controls the current source 213 so that the current source 213 passes the same current as the bias current set by the bias current setting signal. At this time, the output signal of the operational amplifier 211 is output to the corresponding bus line of the bus 150. On the other hand, the positive voltage of the constant voltage source 216 is output to the corresponding bus line of the bus 150. This bus line is common to each common control potential and each driver 100.1~ 10032Is common. As described above, the bias current value set from the outside is in the form of a differential voltage via each bus 150 to each driver 100.1~ 10032To be supplied. Each driver 1001~ 10032Generates a bias current from the received differential voltage as described later. As a result, even if the power supply voltage of the constant voltage source 216 fluctuates, the potential difference is constant, and the influence of fluctuations in the power supply voltage can be avoided. Note that the output voltage of the operational amplifier 211 and the voltage of the constant voltage source 216 are preferably transmitted by balanced two wires.
[0078]
Next, referring to FIG.1~ 10032The internal structure of will be described. Each driver 1001~ 10032Since the configuration is the same, the subscripts 1 to 32 are omitted in the following description, and only the driver 100 will be described.
[0079]
The driver 100 has two multipliers 21 and 22. Multiplier 21 is provided to control current source 30, and multiplier 22 is provided to control a corresponding one of capacitors Cd1 to Cd32 shown in FIG. Hereinafter, for convenience, one corresponding capacitor is denoted by Cd, and is indicated by a broken line in FIG. The capacitor Cd functions as a voltage source for a short time when the drive voltage to the laser rises. The current source 30 generates a current that flows through the corresponding light emitting element LD, and the capacitor Cd that functions as a voltage source supplies a driving voltage to the corresponding light emitting element LD.
[0080]
Here, the relationship between the driving current and the driving voltage (terminal voltage) of the surface emitting laser (voltage-current characteristics) is proportional (linear relationship) in a practical range because the internal resistance of the surface emitting laser is high. Further, the relationship between the drive current and the laser light quantity is also proportional (linear relationship) within a practical range. Based on such characteristics, the current amount of the current source 30 in the first APC control is determined so that the laser light amount of the light emitting element LD becomes the reference light amount (first light amount). The amount of light is determined to be the second amount of light. Similarly, the driving voltage accumulated in the capacitor Cd in the first APC control is determined so that the laser light amount of the light emitting element LD becomes the reference light amount (first light amount), and the laser light amount is the second in the second APC control. The amount of light is determined. By the interpolation or extrapolation process using these two values, the laser light quantity can be corrected to an arbitrary light quantity.
[0081]
Multipliers 21 and 22 can use 4-quadrant analog multipliers, and capacitors can be used as voltage sources to be connected to the multipliers. The inputs of the multipliers 21 and 22 have a differential configuration. When two differential inputs represented by + and − of each multiplier 21 and 22 are V1a, V1b and V2a and V2b, respectively, each multiplier 21 and 22 having a differential configuration has Iout = α (V1a−V1b). The current described by (V2a-V2b) is output. Where α is a constant.
[0082]
In such a laser driving device, a correction signal is input to one input terminal (multiplier terminal) of each multiplier 21 and 22, and a control voltage is input to the other input terminal (multiplier terminal). When the + side output of the complementary output of a multiplier that is normally configured as a differential is used, there is an offset current, but even if there is an offset in each of the multipliers 21 and 22, the capacitors C1 and C2 connected to the output are used. The offset is canceled during APC. The correction signal takes into consideration the situation where the amount of laser light varies depending on the scanning position of the laser beam, and has a control voltage corresponding to the scanning position of the laser beam.
[0083]
First, by the first APC control, the first light amount (set as a reference value) is set as follows. Switch SWSa is on, SWSb is off, SW1 is off, SW2 is off, SW3 is off, SW5-1 is on, SW5-2 is off, SW5-3 is off, SW5-4 is on, SW6-1 is on SW6-2 is off, SW6-3 is off, SW6-4 is on, SW7 is off, SW8 is on, SW11 is on, SW11-1 is on, SW11-2 is off, SW12 is off, SW13 is on , SW15-1 is turned off, SW15-2 is turned on, SW16 is turned off, and the switch SWSa is turned on. Further, when setting the first light quantity, a 0 V correction signal is applied to the multiplier terminals of the multipliers 21 and 22. In this state, since the multiplier is 0, each multiplier 21 and 22 outputs an offset voltage regardless of what control voltage is input to the multiplicand terminal. Further, the first APC reference voltage Vref1 is applied to the operational amplifier 61 of the APC circuit 600 shown in FIG. The operational amplifier 61 outputs a control voltage so that the laser light amount of the light emitting element LD becomes the first APC reference voltage Vref1. This control voltage is supplied to the current source 30 through the switch SW8, the operational amplifier 26, the inverter 28 and the switch SW11 of FIG. The current source 30 supplies a current corresponding to the received control voltage to the light emitting element LD. The control voltage output from the operational amplifier 26 is stored in the capacitor C3-1 of the sample and hold circuit. Since the correction signal is set to 0V, the multiplier 21 outputs an offset voltage. Therefore, the capacitor C1 is charged with a difference voltage between the control voltage and the offset voltage output from the multiplier 21. On the other hand, the control voltage output from the operational amplifier 61 in FIG. 8 is supplied to the capacitor C2 and stored in the capacitor C4-1 of the sample and hold circuit. Since the correction signal is set to 0V, the multiplier 22 outputs an offset voltage. Therefore, the capacitor C2 is charged with a difference voltage between the control voltage and the offset voltage of the multiplier 22.
[0084]
Then, the second light quantity (this is called a correction light quantity) is set as follows by the second APC control. Switch SWSa off, SWSb off, SW1 off, SW2 off, SW3 off, SW5-1 off, SW5-2 on, SW5-3 on, SW5-4 off, SW6-1 off SW6-2 is on, SW6-3 is on, SW6-4 is off, SW7 is off, SW8 is off, SW11 is off, SW11-1 is on, SW11-2 is off, SW12 is off, SW13 is on , SW15-1 is off, SW15-2 is off, SW16 is off, and SWSa is off. Further, when setting the second light quantity, a correction signal having a predetermined voltage is applied to the multiplier terminals of the multipliers 21 and 22. Further, since the switch SWSa is off, the operational amplifier 61 outputs a control voltage for the first APC control so that the amount of light from the light receiver PD increases by the amount of current added by the current source 450. This control voltage is supplied to the current source 30 through the switch SW8, the operational amplifier 26, the inverter 28, the switches SW5-2 and SW5-3, the multiplier 21, the resistor R11, and the capacitor C1 in FIG. The current source 30 changes the current from the light receiver PD from the reference current to a current obtained by adding the addition current to the reference current in accordance with the received control voltage. The control voltage output from the operational amplifier 26 is stored in the capacitor C3-2 of the sample and hold circuit. The capacitor C1 is charged with a voltage difference between the control voltage and the output of the multiplier 21. If the current applied to the light emitting element LD in the first APC control is I, the current applied to the light emitting element LD in the second APC control can be described as I + ΔI. On the other hand, the control voltage output from the operational amplifier 61 of FIG. 9 is supplied to the capacitor C2 and stored in the capacitor C4-2 of the sample and hold circuit. The capacitor C2 is charged with a voltage difference between the control voltage and the output of the multiplier 22. If the voltage stored in the capacitor C2 in the first APC control is V, the voltage stored in the capacitor C2 in the second APC control can be described as V + ΔV.
[0085]
Here, the switches SW6-1 and SW6-4 are turned on, and the SW6-2 and SW6-3 are turned off. However, in the second and subsequent APCs, SW6-3 and SW6-1 are turned on, and SW6-2 and SW6-4 are turned off. Since this is the same condition as during modulation, an improvement in accuracy can be expected.
[0086]
At the time of modulating the light emitting element LD, a correction voltage corresponding to the light amount correction amount corresponding to the scanning position of the laser light is input to the multiplier terminals of the multipliers 21 and 22. Thereby, both the drive voltage applied to the surface emitting laser from the voltage source constituted by the multiplier 22, the capacitor C2, and the operational amplifier 26 and the drive current supplied from the current source 30 to the light emitting element LD are simultaneously controlled. The light emitting element LD emits light with a light amount corrected according to the scanning position of the laser light.
[0087]
A resistor R11 is connected in series with the capacitor C1. That is, in the present embodiment, the sample and hold circuit including the capacitor C1 is configured with a low-pass filter. Thereby, the high frequency noise which generate | occur | produces when switching on / off of switch SW11 can be suppressed. In addition, a capacitor C11 is connected in parallel to this low-pass filter. This can prevent the phase of the negative feedback loop from being delayed due to the time constant of the low-pass filter. Similarly, by connecting a resistor R21 in series with the capacitor C2, a sample and hold circuit including this is constituted by a low-pass filter. Thereby, the high frequency noise which generate | occur | produces when switching on / off of switch SW8 can be suppressed. Further, a capacitor C21 for preventing a phase delay of the negative feedback loop is connected in parallel to a low-pass filter composed of the capacitor C2 and the resistor R21, thereby preventing oscillation in the negative feedback loop.
[0088]
The voltage application time adjustment circuit 800 controls the switch SW2 to adjust the time for applying a voltage to the light emitting element LD. This voltage is a voltage accumulated in the capacitor Cd. As described above, in this embodiment, the light emitting element LD is driven by controlling both the voltage and current applied to the light emitting element LD. When the light emitting element LD is driven, it is first driven with a voltage and then with a current. By making the voltage application time for voltage drive adjustable, the voltage application time according to the mounting state of the light emitting element LD can be appropriately set as in the case where the wiring from the LDOUT end to the laser in FIG. Can be set.
[0089]
The voltage application time adjustment circuit 800 includes two sets of a delay circuit 81 and an exclusive OR circuit 82. The two delay circuits 81 are connected by an inverter 83 as illustrated. The delay circuit 81 receives the voltage application time signal and the modulation signal, and delays the modulation signal according to the voltage application time signal. The exclusive OR of the output signal of one delay circuit 81 and the modulation signal is taken, and the switch SW2 is turned on by the output signal. As a result, the output signal has a first pulse that rises at the rise of the modulation signal, a first pulse that falls at the rise of the delayed modulation signal, and a second pulse that rises at the fall of the modulation signal and falls at the fall of the delayed modulation signal. appear. That is, the voltage is applied at the rise and fall of the modulation signal with the same pulse width as the delay time of the delay circuit 81. In this way, it is possible to set an appropriate voltage application time. Similarly, by controlling the switch SW1 by the action of the other delay circuit 81 and the exclusive OR circuit 82 to supply an OFF bias, the operation of the light emitting element LD from on to off is controlled (speeded up). .
[0090]
The current generation circuit 700 receives the differential voltage for each current output from the common control potential setting circuit 200 shown in FIG. 8, and generates a current corresponding to the differential voltage. The operational amplifier 34 and the constant current source 32 of the current generation circuit 700 receive a differential voltage formed by the reference common potential and the reference offset potential, and generate an offset current corresponding to the differential voltage. The offset current flows to the load 24 via the switch SW16. The terminal potential of the capacitor C2 is determined in accordance with the offset current, whereby the driving voltage applied to the light emitting element LD by the capacitor C2 functioning as a voltage source can be adjusted. By adjusting the drive voltage, you can overshoot the drive pulse and follow the laser to a short pulse width to improve the reproducibility of highlights, and set the drive voltage slightly larger to make the image outline It can also be used for image quality adjustment by appropriately setting these according to the image, such as emphasis. The operational amplifier 35 and the current source 31 receive the differential voltage formed by the reference common potential and the reference bias potential via the switch 750, and generate a bias current according to the differential voltage. Further, the current source 31 that has received the OFF bias voltage set by the voltage source in the drawing connected to the switch 750 generates a laser drive current corresponding to the OFF bias voltage. The bias current generated here is a test current for determining the OFF bias voltage, and a period for determining the OFF bias voltage is provided before or after the APC. The laser beam is supplied to each laser, and an OFF bias voltage common to all lasers is determined based on the laser terminal voltage at that time. Further, the value of the voltage source in the figure connected to the switch 750 is set based on the current that flows when the determined common OFF bias voltage is applied to the laser terminal voltage, and the OFF bias is applied by the voltage source in this figure during modulation. The current is controlled.
[0091]
As described above, the light quantity control device according to the seventh embodiment has the functions and effects according to the first to sixth embodiments, that is, has a large dynamic range with little offset error, and various other features described above. It is an apparatus provided with.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a light amount control apparatus having a large dynamic range with little offset error.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a light amount control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of the light quantity control device shown in FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a light amount control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a light amount control apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a light amount control apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the configuration of FIG. 5 in more detail.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a light amount control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a light amount control apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing an overall configuration of a light amount control apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
10 is a circuit diagram showing an internal configuration of the driver shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a laser scanning system and output of each sensor in laser xerography, which is an aspect of an image forming apparatus including the light amount control device of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Light quantity control device LD1-LD32 Light emitting element
1001~ 10032  Driver 200 Common control potential setting circuit
211 Operational Amplifier (Op Amp) 212, 213 Constant Current Source
214, 215 Load 216 Constant voltage source
300 Current amplifier 400 Light intensity monitor
500 Forced lighting circuit 600 APC circuit
61 Operational amplifier SWfb1 to SWfb32 switch
Cfb32 to Cfb32 capacitors
Vref, Vref1, Vref2 APC reference voltage
150 Bus COUT terminal Cd1~ Cd32  Capacitor
LDOUT terminal LDCOM terminal 11 Load
PD receiver SW19 Switch 21, 22 Multiplier
30 Current source 26 Operational amplifier 28 Inverter
800 Voltage application time adjustment circuit 81 Delay circuit
82 Exclusive OR circuit 700 Current generation circuit
34 operational amplifier 32 constant current source 24 load
35 operational amplifier 900 bias circuit
31 Current source R11, R21 Resistor C11,
Cd, C1, C2, C3-1, C4-1, C3-2, C4-2 capacitors
SW1, SW2, SW3, SW5-1, SW5-2, SW5-3, SW5-4, SW6-1, SW6-2, SW6-3, SW6-4, SW7, SW8, SW11, SW11-1, SW11- 2, SW12, SW13, SW15-1, SW15-2, SW16 switch

Claims (14)

発光素子からの光を受光する受光素子であって、該受光素子からの入力信号を増幅する第1の増幅手段と、
前記発光素子がオフのときに、前記第1の増幅手段の入力に第1の補償電流を与える第1の補償電流源と、
前記第1の増幅手段で生じるオフセットを除去するために、前記第1の増幅手段の主要部と共通構成の主要部を持ち、無入力信号を増幅する第2の増幅手段と、
前記第2の増幅手段の入力に第2の補償電流を与える第2の補償電流源と、
第1及び第2の増幅手段の出力信号に基づいて自動光量制御のための制御信号を生成する誤差増幅手段と、
前記誤差増幅手段の出力信号に基づいて前記発光素子を駆動する駆動手段と
を具備し、
前記第1及び第2の補償電流は、目標光量に対応する前記受光素子からの受光電流に等しい値を有し、
前記主要部は、入力インピーダンスより高いインピーダンスに変換する変換手段と、該変換手段の出力を電流増幅する電流増幅手段とを含み、前記変換手段は、入力インピーダンスを所定の自動光量制御時間To/前記発光素子の浮遊容量Coで定められるインピーダンスより小さくし、
前記変換手段及び前記電流増幅手段は、バイアス電流を流すバイアス電流源と、該バイアス電流が入力側に重畳されるカレントミラー回路とを含み、
前記電流増幅手段のバイアス電流は、前記電流増幅手段のカレントミラー回路の増幅度に応じて定められることを特徴とする光量制御装置。
A light receiving element for receiving light from the light emitting element, a first amplifying means for amplifying an input signal from the light receiving element,
A first compensation current source for providing a first compensation current to an input of the first amplification means when the light emitting element is off;
A second amplifying means for amplifying a non-input signal, having a main part having a common configuration with the main part of the first amplifying means, in order to remove the offset generated in the first amplifying means;
A second compensation current source for providing a second compensation current to the input of the second amplification means;
Error amplifying means for generating a control signal for automatic light quantity control based on output signals of the first and second amplifying means;
Driving means for driving the light emitting element based on an output signal of the error amplifying means ;
Comprising
The first and second compensation currents have a value equal to a light receiving current from the light receiving element corresponding to a target light amount,
The main part includes conversion means for converting the input impedance to an impedance higher than the input impedance, and current amplification means for current-amplifying the output of the conversion means. The conversion means converts the input impedance to a predetermined automatic light amount control time To / Smaller than the impedance determined by the stray capacitance Co of the light emitting element,
The converting means and the current amplifying means include a bias current source for supplying a bias current, and a current mirror circuit on which the bias current is superimposed on the input side,
The light amount control device according to claim 1, wherein the bias current of the current amplifying means is determined in accordance with an amplification degree of a current mirror circuit of the current amplifying means .
前記電流増幅手段のカレントミラー回路は、制御電位が与えられる制御端子を持つ入力側のトランジスタと、該入力側のトランジスタの制御端子と共通に接続される制御端子を持ち、互いに並列に接続される複数の出力側のトランジスタと、該複数の出力側のトランジスタに共通に直列に接続される電流源とを含み、電流増幅手段の増幅度は複数の出力側のトランジスタの数で決定されることを特徴とする請求項に記載の光量制御装置。The current mirror circuit of the current amplifying means has an input-side transistor having a control terminal to which a control potential is applied, and a control terminal commonly connected to the control terminal of the input-side transistor, and are connected in parallel to each other. A plurality of output-side transistors and a current source commonly connected in series to the plurality of output-side transistors, and the amplification factor of the current amplification means is determined by the number of the plurality of output-side transistors. The light quantity control device according to claim 1 , wherein 前記複数のトランジスタにそれぞれ直列に接続されるスイッチ手段と、第2の増幅手段における電流増幅手段のカレントミラー回路の出力電圧に基づいて、第1及び第2の増幅手段における前記電流増幅手段のバイアス電流源の制御端子の電位を制御する制御手段とを具備し、増幅度に応じて選択すべき出力側のトランジスタに対応した前記スイッチ手段が外部制御信号に基づいて制御されることを特徴とする請求項に記載の光量制御装置。Based on the output voltage of the current mirror circuit of the current amplifying means in the second amplifying means and the switching means connected in series to the plurality of transistors, the bias of the current amplifying means in the first and second amplifying means Control means for controlling the potential of the control terminal of the current source, and the switch means corresponding to the output-side transistor to be selected according to the amplification degree is controlled based on an external control signal. The light quantity control device according to claim 2 . 前記複数の出力側のトランジスタの増幅度に関するパラメータが等しいことを特徴とする請求項2又は3に記載の光量制御装置。4. The light quantity control device according to claim 2, wherein the parameters relating to the amplification degrees of the plurality of output side transistors are equal. 前記複数の出力側のトランジスタがユニポーラトランジスタであり、前記増幅度に関するパラメータがチャネルの幅とチャネルの長さとの比である請求項記載の光量制御装置。5. The light quantity control device according to claim 4, wherein the plurality of output-side transistors are unipolar transistors, and the parameter relating to the amplification degree is a ratio between a channel width and a channel length. 前記第1及び第2の増幅手段は、各出力に個別の負荷を持ち、各出力は誤差増幅手段の差動入力に接続される請求項1記載の光量制御装置。The light quantity control device according to claim 1, wherein the first and second amplifying units have individual loads for each output, and each output is connected to a differential input of the error amplifying unit. 前記第1及び第2の増幅手段の出力は誤差増幅手段の差動入力に接続され、かつ差動入力間に共通の負荷を持つ請求項1記載の光量制御装置。2. The light quantity control device according to claim 1, wherein outputs of the first and second amplifying means are connected to a differential input of the error amplifying means, and a common load is provided between the differential inputs. 前記第1の増幅手段は、前記入力信号を入力とする第1のカレントミラー回路と、該第1のカレントミラー回路の出力電流を増幅する第2のカレントミラー回路とを有することを特徴とする請求項1記載の光量制御装置。  The first amplifying means includes a first current mirror circuit that receives the input signal and a second current mirror circuit that amplifies the output current of the first current mirror circuit. The light quantity control device according to claim 1. 前記第1の増幅手段は前記入力信号と第1のバイアス電流とに応じた出力を有し、前記第2の増幅手段は前記第1のバイアス電流と同じ大きさの第2のバイアス電流に応じた一定の出力を有し、これら2つの出力の差に相当する出力を前記誤差増幅手段が出力することを特徴とする請求項1記載の光量制御装置。  The first amplifying means has an output corresponding to the input signal and a first bias current, and the second amplifying means is responsive to a second bias current having the same magnitude as the first bias current. 2. The light quantity control device according to claim 1, wherein the error amplification means outputs an output corresponding to a difference between the two outputs. 前記第1の増幅手段及び前記第2の増幅手段の出力が一定レベル以下に維持されるように、前記第1及び第2のバイアス電流の値が設定されていることを特徴とする請求項記載の光量制御装置。Claim 9, characterized in that the output of the first amplifying means and the second amplifying means to be maintained below a certain level, the value of the first and second bias current is set The light quantity control apparatus of description. 前記第1及び第2の補償電流源に代えて、基準電流源から流れる基準電流第3の補償電流を加算する第3の補償電流源を設け、前記第3の補償電流源をオン、オフすることで目標光量を変える際に、前記第3の補償電流を前記基準電流に対し一定比率に設定したことを特徴とする請求項1記載の光量制御装置。 Instead of the first and second compensation current sources, a third compensation current source for adding a third compensation current to the reference current flowing from the reference current source is provided, and the third compensation current source is turned on / off. light quantity control device when changing the target amount of light, according to claim 1, wherein the third compensation current, characterized in that set to a constant ratio relative to the reference current by. 前記第3の補償電流源のオン、オフが双投スイッチで行われ、かつオフ時にはオフとなった第3の補償電流源の出力がオフとなる前とほぼ同じ電位であることを特徴とする請求項11記載の光量制御装置。 The third compensation current source is turned on and off by a double throw switch, and at the time of turning off, the third compensation current source that is turned off has substantially the same potential as before the output of the third compensation current source is turned off. The light quantity control device according to claim 11 . 前記双投スイッチは差動トランジスタであることを特徴とする請求項12記載の光量制御装置。The light quantity control device according to claim 12, wherein the double throw switch is a differential transistor. 複数の発光素子と、感光体と、前記複数の発光素子からの光ビームを感光体上に照射するための光学系と、前記複数の発光素子の光量を制御する光量制御装置とを有し、該光量制御装置は請求項1から請求項13のいずれか一項記載の光量制御装置であることを特徴とする画像形成装置。A plurality of light emitting elements, a photosensitive member, an optical system for irradiating the photosensitive member with a light beam from the plurality of light emitting elements, and a light amount control device for controlling the light amount of the plurality of light emitting elements, the image forming apparatus light quantity control device which is a light quantity control device according to any one of claims 13 claim 1.
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