JP6741460B2 - レーザ駆動装置及びレーザプリンタ - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ駆動装置及びレーザプリンタに関する。
レーザプリンタは、例えば、感光ドラムにレーザ光を照射するための発光素子(レーザダイオード等)を備える。まず、帯電させた感光ドラムに対して、記録データに基づいて発光素子によりレーザ光を照射する。これにより、感光ドラムにおけるレーザ光が照射された部分の電位が下がり、感光ドラム上に記録データに基づく電位分布が形成される(潜像)。次に、この感光ドラムに着色粉末であるトナーを付着させる。感光ドラムに付着するトナーは、感光ドラム上の電位分布にしたがう(現像)。その後、感光ドラムに付着したトナーを紙等の記録媒体に転写することにより、記録データにしたがう画像が記録媒体上に形成される。
発光素子を駆動するためのレーザ駆動装置のなかには、発光素子の発光光量を一定に維持するため、APC(Aout Power Control(自動光量制御))を行うものがある。具体的には、レーザ駆動装置は、発光素子の発光光を受ける受光素子(フォトダイオード等)に接続され、受光素子からの電流を受けて、該電流の電流値が基準値に近付くように発光素子を駆動する。この構成において、受光素子は、発光素子の発光光量をモニタするためのモニタ部として機能する。
ところで、この構成には、レーザ駆動装置が発光素子を駆動し、それに応じて受光素子からの電流をモニタ結果として受け、該モニタ結果を発光素子の駆動にフィードバックする、というフィードバックループが存在する。一般に、APCを含むフィードバック制御には時間遅延(即ち、ある出力をしてから、出力値をモニタして出力値と目標値とを比較し、その比較結果を出力にフィードバックするまでの時間差)がある。APCの例では、時間遅延は、例えばレーザ駆動装置の構成に依存する。
特開2006−327076号公報
APCの安定化のため(フィードバックループにおける発振を防ぐため)、上述の時間遅延の遅延量は適切な範囲内であることが必要であり、即ち、遅延量が小さすぎても大きすぎてもAPCが不安定になる(発振が生じうる。)。したがって、安定したAPCが実現されるように、レーザ駆動装置には、遅延時間の遅延量を装置自身で調整する技術が求められる。
本発明の目的は、APCを安定化させるのに有利な技術を提供することにある。なお、特許文献1には、APCを行うレーザ駆動装置の構成が開示されているが、フィードバック制御における上述の遅延時間を制御することについては考慮されていない。
本発明の一つの側面はレーザ駆動装置にかかり、前記レーザ駆動装置は、レーザ光を発生する発光素子に第1電流を供給して前記発光素子を駆動し、前記発光素子のレーザ光を受けた受光素子からの信号に応じて前記発光素子の駆動を制御するレーザ駆動装置であって、前記信号の伝達を遅延させる遅延発生部と、前記発光素子の前段のノードと前記受光素子の後段のノードとの間での信号の伝達の遅延量をモニタして、前記モニタの結果に応じて前記遅延発生部による遅延時間が所定の範囲の下限値と上限値との間となるように該遅延時間を調整する遅延調整部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、APCを安定化させることができる。
レーザプリンタの構成例を説明するための図である。 レーザプリンタの構成例を説明するための図である。 遅延発生部および遅延調整部の構成例を説明するための図である。 レーザプリンタにおける各ユニットの動作の例を説明するための図である。 レーザプリンタの構成例を説明するための図である。 遅延発生部および遅延調整部の構成例を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図は、構造ないし構成を説明する目的で記載されたものに過ぎず、図示された各部材の寸法は必ずしも現実のものを反映するものではない。また、各図において、同一の部材または同一の構成要素には同一の参照番号を付しており、以下、重複する内容については説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るレーザプリンタ10の構成例を示している。レーザプリンタ10は、レーザ光を発生する発光素子101と、レーザ光を受光する受光素子102と、レーザ駆動装置200とを具備する。発光素子101にはレーザダイオードが典型的に用いられ、受光素子102にはフォトダイオード等の光電変換素子が用いられうる。
レーザ駆動装置200は、発光素子101に第1電流ILDを供給し、それにより、発光素子101は発光する(レーザ光を発生する)。この観点で、電流ILDは、発光素子101を駆動するための「駆動電流」と表現されてもよい。
受光素子102は、発光素子101の発光光を受け、該発光光を光電変換して第2電流IPDを発生する。レーザ駆動装置200は、受光素子102から電流IPDを受けて、その電流値に基づいて発光素子101の駆動を制御する。より具体的には、レーザ駆動装置200は、電流IPDの電流値に応じた結果を発光素子101の駆動にフィードバックする。これにより、発光素子101の発光光量は目標値に近付くように制御され、一定に維持される。この観点で、電流IPDは、発光素子101の駆動を制御するための「モニタ電流」と表現されてもよい。
上述のフィードバック制御は、APC(Aout Power Control(自動光量制御))と称される。レーザ駆動装置200は、発光素子駆動装置等と表現されてもよいが、APCも行うことから、レーザ用駆動制御装置あるいはレーザ用制御装置等と表現されてもよい。
本実施形態では、レーザ駆動装置200はアノード駆動型の構成である。即ち、レーザ駆動装置200は、発光素子101のカソードに接続され、受光素子102のアノードに接続されている。また、発光素子101のアノードおよび受光素子102のカソードは電源電圧VCCに固定されている。ここではアノード駆動型の構成を参照しながら説明するが、カソード駆動型の場合においても同様に考えればよい。
ここで、レーザ駆動装置200は、上記フィードバック(或いは、フィードバック信号の伝達)を遅延させるための遅延発生部210と、遅延発生部210によるフィードバックの遅延時間を調整するための遅延調整部220とを備える。遅延調整部220には電流IPD及び電流ILDが入力され、遅延調整部220は、それらのモニタ結果に基づいてフィードバックの遅延時間を調整する。このような構成によると、上記フィードバックの経路(フィードバックループ)における発光素子101および受光素子102の特性ばらつき、並びに、レーザ駆動装置200を構成する各素子の特性ばらつきに起因する遅延時間の変動を補正することができる。
図2は、レーザ駆動装置200の構成の一例を具体的に示している。レーザ駆動装置200は、発光素子101のカソードに接続される端子E1と、受光素子102のアノードに接続される端子E2と、駆動制御部230と、駆動制御部230と端子E1(発光素子101)との間の経路に配された駆動部240とをさらに備える。駆動部240は、端子E1を介して発光素子101に電流ILDを供給し、発光素子101を駆動する。駆動制御部230は駆動部240を制御する。遅延発生部210は、受光素子102と駆動制御部230との間の経路に配され、端子E2を介して受けた電流IPDを、時間遅延を伴って駆動制御部230に転送する。なお、「間の経路」とは、その電気経路上における任意のノードを示し、例えば「AとBとの間の経路」には、A及びBの間に1以上の他の要素が配されていてもよい。
ここでは説明のため端子E1及びE2を図示したが、レーザ駆動装置200は、発光素子101、受光素子102及び/又は他の要素と共に単一の半導体基板に形成されてもよい。したがって、「端子」とは、必ずしも電極パッド等の外部接続用の電極を指すものではなく、半導体基板上の配線構造における導電部材(例えば、配線パターンの一部)であってもよい。
遅延調整部220は、端子E1および端子E2に接続されており、これにより、電流ILDおよび電流IPDの双方をモニタする。具体的には、遅延調整部220は、電流ILDの電流値の変化と、それに起因する電流IPDの電流値の変化とをモニタし、それら変化のタイミングの差(時間差)に応じた信号を遅延発生部210に出力する。遅延発生部210は、端子E2を介して受けた電流IPDを、遅延調整部220から受けた信号に基づく量(時間)だけ遅延させて、駆動制御部230に転送する。駆動制御部230は、遅延発生部210を介して受けた電流IPDと、基準電流IREF0とを比較し、その比較の結果を、駆動部240による発光素子101の駆動にフィードバックする。基準電流IREF0の電流値は発光素子101の発光光量の目標値に対応し、発光素子101の発光光量が該目標値に収束すると、電流IPDの電流値と基準電流IREF0の電流値とは互いに等しくなる。基準電流IREF0の電流値は、例えば初期設定の際に外部において(例えば制御信号等を用いて)調整可能であってもよい。なお、本例では基準電流IREF0を参照しているが、比較の基準となる物理量であればよく、基準信号ないし基準電圧が参照されてもよい。
以上の構成によってAPCが実現され得、該APCにおいて、駆動部240による発光素子101の駆動に前述のモニタ結果をフィードバックするまでの遅延時間を、遅延発生部210および遅延調整部220により調整することができる。
図3は、レーザ駆動装置200において、遅延発生部210および遅延調整部220の構成例をより具体的に示している。遅延発生部210は、抵抗部211と容量部212とで形成されたRC遅延回路を含む。遅延調整部220は、抵抗部211の抵抗値および容量部212の容量値の少なくとも一方を調整することが可能であり、本実施形態では、容量部212の容量値を調整する。このような構成により、上記遅延時間を調整可能にしている。
本実施形態では、容量部212は、互いに並列に配された複数の容量素子CA、CB及びCCを含む。遅延発生部210はスイッチ素子213をさらに含んでおり、スイッチ素子213は、遅延調整部220からの信号に基づいて、容量素子CA、CB及びCCのいずれかを抵抗部211に接続する。容量素子CA、CB及びCCのスイッチ素子213側とは反対側の端子は接地されている(グランド電圧に固定されている)。また、容量素子CA、CB及びCCの容量値は、CA<CB<CCの関係になっているものする。
遅延調整部220は、電流比較器221及び222、EXOR回路223(排他的論理回路)、並びに、スイッチ制御部224を含む。電流比較器221は、端子E1を介して受けた電流ILDと、基準電流IREF1とを比較し、その比較の結果に応じた信号を出力する第1コンパレータである。本実施形態では、電流比較器221は、電流ILDの電流値が基準電流IREF1の電流値より大きいときにハイレベル(Hレベル)を出力し、そうでない場合にローレベル(Lレベル)を出力する。同様に、電流比較器222は、端子E2を介して受けた電流IPDと、基準電流IREF2とを比較し、その比較の結果に応じた信号を出力する第2コンパレータである。基準電流IREF1及びIREF2の電流値は、基準電流IREF0同様に、調整可能であってもよい。
EXOR回路223は、電流比較器221及び222からの信号の排他的論理和を算出する演算部であり、これらの信号レベルが互いに異なる場合にHレベルを出力し、そうでない場合にはLレベルを出力する。EXOR回路223は、該算出の結果に応じた信号をスイッチ制御部224に出力する。
スイッチ制御部224は、EXOR回路223からの信号に基づいてスイッチ素子213を制御し、容量素子CA、CB及びCCのいずれを抵抗部211に接続するかを選択するセレクタに相当する。なお、スイッチ制御部224とスイッチ素子213とは、ここでは互いに分離したユニットとして示されるが、これらは単一のユニットで構成されてもよい。
図4(A)〜(C)は、図3の構成における電流ILD及びIPDの電流値、並びに、各ユニット(221〜223、210)の出力(信号値)の波形を示している。各図には、APC前に実行される動作モードであってフィードバックの遅延時間(遅延時間Pとする)を調整するための動作モード(以下、調整モード)と、APCを行うための動作モード(以下、APCモード)とについて、各波形を示している。
調整モードでは、初期状態(調整前)での遅延時間Pを取得し、該取得された遅延時間Pが目標範囲内でない場合(即ち、安定したAPCを実現するための基準を満たしていない場合)には遅延時間Pを調整する。そして、その後、APCモードに移行する。初期状態では、容量素子CA、CB及びCCのうち(前述のとおり、これらの容量値はCA<CB<CCの関係である。)、容量素子CBが抵抗部211に接続されているものとする。なお、調整モードの調整は、ここではAPC前に為されるものとするが、APCの間に実行されてもよい(例えば、最後に調整が実行されてから所定期間が経過した場合には、APCを中断して、新たに調整が実行されてもよい。)。
図4(A)は、調整モードでの遅延時間Pが所定の基準値P1より小さい(短い)場合(P<P1)の例を示している。図4(B)は、調整モードでの遅延時間Pが所定の範囲内(P1以上かつP2以下)である場合(P1≦P≦P2)の例を示している。また、図4(C)は、調整モードでの遅延時間Pが所定の基準値P2より大きい(長い)場合(P2<P)の例を示している。基準値P1は、遅延時間Pの目標範囲の下限値に相当し、基準値P2は、遅延時間Pの目標範囲の上限値に相当する。
図4(A)に着目すると、電流ILDの電流値が基準電流IFER1の電流値より大きくなったとき、電流比較器221の出力がLレベルからHレベルになる。この時刻(タイミング)を時刻t0とする。また、電流IPDの電流値が基準電流IFER2の電流値より大きくなったとき、電流比較器222の出力がLレベルからHレベルになる。この時刻を時刻t1とする。
EXOR回路223は、電流比較器221の出力レベルと、電流比較器222の出力レベルとが互いに異なっている間にわたって、Hレベルを出力する。ここで、遅延時間Pは、時刻t0から時刻t1までの時間に相当し、即ち、EXOR回路223の出力がHレベルとなっている期間が遅延時間Pに相当する。
スイッチ制御部224は、例えばカウンタを含み、該カウンタを用いて遅延時間P(時刻t0から時刻t1までの時間)を計測する。スイッチ制御部224は、計測された遅延時間P(該カウンタのカウンタ値)に基づく信号を用いてスイッチ素子213を制御し、容量素子CA、CB及びCCのいずれを抵抗部211に接続させる。
図4(A)の例では、P<P1であるため、遅延時間Pを大きくして、P1≦P≦P2を満たすようにする必要がある。よって、スイッチ制御部224は、スイッチ素子213を制御して、容量値が比較的大きい容量素子CCを抵抗部211に接続する。図4(B)の例では、P1≦P≦P2を満たすため、スイッチ制御部224は、容量素子CBを抵抗部211に接続した状態のままにする(スイッチ素子213の状態を維持する。)。また、図4(C)の例では、P2<Pであるため、遅延時間Pを小さくして、P1≦P≦P2を満たすようにする必要がある。よって、スイッチ制御部224は、スイッチ素子213を制御して、容量値が比較的小さい容量素子CAを抵抗部211に接続する。
その後、APCモードでは、容量素子CA、CB及びCCのうち調整モードで選択された1つが用いられ、それにより、遅延時間Pが適切な範囲内となった状態の下でAPCが実行される。よって、本実施形態によると、発光素子101および受光素子102の特性ばらつき、並びに、レーザ駆動装置200を構成する各素子の特性ばらつきに起因する遅延時間Pの変動を補正することができ、安定したAPCを実現することができる。
上述のとおり、本実施形態によると、ここでは各素子の特性ばらつき(延いてはレーザプリンタの品質のばらつき)を補正してAPCを安定化させることも可能であるが、補正の対象は特性ばらつき等に限られるものではない。例えば、上述の遅延時間Pの調整は、印刷動作において装置環境(温度など)が変化した場合に実行されてもよいし、印刷の際あるいは印刷の間に定期的に実行されうるメンテナンスモード、検査モード等において実行されてもよい。
なお、本実施形態では、容量部212が3つの容量素子CA、CB及びCCを含む構成を例示したが、容量素子の数は本例に限られないし、また、他の例では、容量値が可変である単一の容量素子が用いられてもよい。これらのことは、抵抗部211の抵抗値を可変にして遅延時間Pを調整する他の構成例においても同様である。
本発明は、発光素子101、受光素子102及びレーザ駆動装置200により形成されるフィードバックループにおける互いに異なる2つのノードの間での遅延時間を計測することができ、その計測結果に基づいて該遅延時間を調整できるように構成されればよい。つまり、遅延調整部220は、発光素子101の前段のいずれかのノードに対する、受光素子102の後段のいずれかのノードにおける信号の遅延量をモニタしうる。そして、遅延調整部220は、該モニタの結果に応じて遅延時間を調整する。したがって、レーザ駆動装置200の構成は、図2ないし図3で例示されたものに限られないことは言うまでもなく、目的等に応じて構成の一部が変更されてもよい。
例えば、遅延調整部220は、遅延発生部210と駆動制御部230との間のノードにおける信号の、端子E1における信号に対する遅延量をモニタしてもよい。或いは、遅延調整部220は、駆動制御部230と駆動部240との間のノードにおける信号の、端子E1における信号に対する遅延量をモニタしてもよい。或いは、遅延調整部220は、端子E2における信号の、駆動制御部230と駆動部240との間のノードにおける信号に対する遅延量をモニタしてもよい。或いは、遅延調整部220は、遅延発生部210と駆動制御部230との間のノードにおける信号の、駆動制御部230と駆動部240との間のノードにおける信号に対する遅延量をモニタしてもよい。また、本実施形態では電流信号の遅延量をモニタしているが、電圧信号の遅延量をモニタすることによっても同様の効果が実現可能である。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係るレーザプリンタ10’の構成の一例を示している。本実施形態では、レーザプリンタ10’のレーザ駆動装置200’において、前述の第1実施形態の遅延発生部210及び遅延調整部220に代わって遅延発生部210’及び遅延調整部220’が用いられる。遅延発生部210’は、駆動制御部230と駆動部240との間の経路に配されている。遅延調整部220’は、電流ILD及び電流IPDに基づいて、遅延発生部210’によるフィードバックの遅延時間を調整する。このような構成によっても、前述の第1実施形態同様の効果が得られる。
図6は、レーザ駆動装置200’において、遅延発生部210’および遅延調整部220’の構成例をより具体的に示している。遅延発生部210’は、遅延発生用のバッファ回路214を含む。バッファ回路214は、例えば、遅延調整部220’から供給された電流の電流値に基づく駆動力で動作する。具体的には、遅延調整部220’からの電流供給量が大きい場合には遅延調整部220’が発生する遅延時間は小さくなり、遅延調整部220’からの電流供給量が小さい場合には遅延調整部220’が発生する遅延時間は大きくなる。
遅延調整部220’は、前述のスイッチ制御部224に代わって電流供給部225を含む。電流供給部225は、EXOR回路223がHレベルを出力している期間(即ち、前述の遅延時間P)に応じた電流値の電流を遅延発生部210’のバッファ回路214に供給する。例えば、遅延時間Pが基準値P1より小さい場合には、バッファ回路214には比較的小さい電流値の電流が供給され、それにより、バッファ回路214の駆動力は抑制され、バッファ回路214で発生する遅延時間は大きくなる。一方、遅延時間Pが基準値P2より大きい場合には、バッファ回路214には比較的大きい電流値の電流が供給され、それにより、バッファ回路214の駆動力は増加され、バッファ回路214で発生する遅延時間は小さくなる。電流供給部225は、例えば、EXOR回路223がHレベルの出力期間(遅延時間P)に応じた電圧を保持する電圧保持部と、該保持された電圧を電流に変換する電圧電流変換部とを用いて構成されてもよい。
以上、本実施形態によっても、前述の第1実施形態同様の効果が得られる。本実施形態では、フィードバックループにおけるユニットの配置の位置を第1実施形態の構成から変更すると共に、その(又は、それらの)構成を変更した。しかしながら、本発明は、APCを実現する多様な構成に適用可能であることは言うまでもなく、各ユニットの配置の位置ないしその構成は目的等に応じて変更されうる。例えば、遅延発生部210’及び/又は遅延調整部220’の一部または全部には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、第1実施形態と同様の構成が用いられてもよく、或いは、他の公知の構成が用いられてもよい。
(その他)
以上、いくつかの好適な態様を例示したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよい。また、本明細書に記載された個々の用語は、本発明を説明する目的で用いられたものに過ぎず、本発明は、その用語の厳密な意味に限定されるものでないことは言うまでもなく、その均等物をも含みうる。
10:レーザプリンタ、101:発光素子、102:受光素子、200:レーザ駆動装置、210:遅延発生部、220:遅延調整部。

Claims (14)

  1. レーザ光を発生する発光素子に第1電流を供給して前記発光素子を駆動し、前記発光素子のレーザ光を受けた受光素子からの信号に応じて前記発光素子の駆動を制御するレーザ駆動装置であって、
    前記信号の伝達を遅延させる遅延発生部と、
    前記発光素子の前段のノードと前記受光素子の後段のノードとの間での信号の伝達の遅延量をモニタして、前記モニタの結果に応じて前記遅延発生部による遅延時間が所定の範囲の下限値と上限値との間となるように該遅延時間を調整する遅延調整部と、を備える
    ことを特徴とするレーザ駆動装置。
  2. 前記受光素子から出力される第2電流が前記遅延調整部に入力され、
    前記遅延調整部は、前記第1電流の電流値の変化するタイミングと前記第2電流の電流値の変化するタイミングとの時間差に基づいて前記遅延発生部による遅延時間を調整する
    ことを特徴とする請求項1に記載のレーザ駆動装置。
  3. 前記遅延調整部は、前記時間差が、目標範囲の下限値より小さい場合には、前記遅延発生部による遅延時間を大きくし、前記時間差が前記目標範囲の上限値より大きい場合には前記遅延時間を小さくする
    ことを特徴とする請求項2に記載のレーザ駆動装置。
  4. 前記発光素子に前記第1電流を供給して前記発光素子を駆動する駆動部と、
    前記受光素子から受ける前記信号と基準値とを比較し、比較の結果を前記駆動部による前記発光素子の駆動にフィードバックする駆動制御部と、を更に備える
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のレーザ駆動装置。
  5. 前記遅延発生部は、前記受光素子と前記駆動制御部との間の経路に配されている
    ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ駆動装置。
  6. 前記遅延発生部は、前記駆動制御部と前記駆動部との間の経路に配されている
    ことを特徴とする請求項4に記載のレーザ駆動装置。
  7. 前記遅延発生部は、抵抗部と容量部とを含み、
    前記遅延調整部は、前記モニタの結果に基づいて、前記抵抗部の抵抗値および前記容量部の容量値の少なくとも一方を調整する
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のレーザ駆動装置。
  8. 前記遅延調整部は、前記第1電流と第1基準電流とを比較する第1コンパレータと、前記信号と基準信号とを比較する第2コンパレータとを含み、前記第1コンパレータの出力および前記第2コンパレータの出力の結果に基づいて前記抵抗部の抵抗値および前記容量部の容量値の少なくとも一方を調整する
    ことを特徴とする請求項7に記載のレーザ駆動装置。
  9. 前記遅延調整部は、前記第1コンパレータの出力および前記第2コンパレータの出力の排他的論理和を算出する演算部をさらに含み、該算出の結果に基づいて前記抵抗部の抵抗値および前記容量部の容量値の少なくとも一方を調整する
    ことを特徴とする請求項8に記載のレーザ駆動装置。
  10. 前記容量部は、互いに並列に配置された複数の容量素子を含み、
    前記遅延調整部は、前記モニタの結果に基づいて、前記複数の容量素子の少なくとも一部を前記抵抗部に接続する
    ことを特徴とする請求項9に記載のレーザ駆動装置。
  11. 前記遅延調整部は、前記第1コンパレータの出力および前記第2コンパレータの出力に基づいて、前記複数の容量素子のなかから前記抵抗部に接続するべき前記少なくとも一部を選択するセレクタをさらに含む
    ことを特徴とする請求項10に記載のレーザ駆動装置。
  12. 前記遅延発生部はバッファ回路を含み、
    前記遅延調整部は、前記モニタの結果に基づいて前記バッファ回路の駆動力を調整する
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のレーザ駆動装置。
  13. 前記受光素子から出力される第2電流が前記遅延調整部に入力され、
    前記遅延調整部は、前記第1電流の電流値の変化するタイミングと、前記第2電流の電流値の変化するタイミングとの時間差に基づく量の電流を、前記遅延発生部に供給し、
    前記遅延発生部の前記バッファ回路は、前記遅延調整部から供給された電流に基づいて駆動される
    ことを特徴とする請求項12に記載のレーザ駆動装置。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のレーザ駆動装置と、前記発光素子と、前記受光素子とを具備する
    ことを特徴とするレーザプリンタ。
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