JPH0197974A - 半導体レーザのパワー制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体しｉザのパワー制御装置に係り、特に、
半導体レーザをレーザビームプリンタの光源に使う場合
のレーザパワーの調整収束値の精度向上を図った半導体
レーザのパワー制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体レーザの光量制御装置では、特開昭６０−
１６９１８０号に記載のように、半導体レーザダイオー
ド（以下レーザと略す）に流す順方向電流すなわちレー
ザ駆動電流Ｉｚ　を設定値に対して、アップダウンカウ
ンタ、ＤＡ変換器（ディジタル・アナログ変換器、以下
ＤＡＣと略す）を介して比較する比較器が一致するまで
一定刻みでカウントアツプ、ダウンさせ、一致した時点
でカウンタを停止する方式であるため、半導体レーザの
レーザ発信を開始するしきい値電流Ｉｔｈの大小、レー
ザ効率（レーザ駆動電流工、に対するレーザパワ−Ｐ　
ｏの変化量）の大小等、レーザの特性のばらつきにより
レーザパワーの収束精度が定まらないという、ばらつき
補正に対する機能が欠けていた。

レーザの特性のばらつきを、第３図、第４図によりさら
に具体的に説明する。第３図はレーザの温度特性と経時
変化を示す図で、縦軸がレーザパワーＰｏで横軸がレー
ザ駆動電流Ｉｃである。特性曲線■は温度が室温レベル
（約２０℃）の場合で、それに対して特性曲線■は温度
が低い場合でしきい値電流工ｔｈが小となり、逆に、特
性曲線■に示す温度の高い場合はＩｔｈが大となる。

特性曲線■は、■の特性を持つレーザが経時的に変化し
た場合の一例である。第３図に示すことは、レーザは温
度及び時間経過で特性が非常に変わるということで、例
えばレーザビームプリンタの光源に使う場合、その画像
形成工程中、常にレーザパワーＰｏを一定のパワー値に
設定すること（以降、アジャストと呼ぶ）が必要で、そ
れもＩｔｈ分にもＤＡＣ１ビットのレーザパワーを割り
付ける方式では、肝腎なパワーの立上り部分の精度を落
してしまうということである。第４図はレーザの効率の
ばらつきを示す図である。しきい値組流Ｉｔ＋＋は同じ
で■に示す特性が代表的なし＝ザであるとすると、特性
曲線■のように効率の良いものと、特性曲線■のように
効率の悪い特性を持つものが存在する。■の特性に合わ
せた分解能では、特性■では収束精度が悪く、■では収
束精度は良いがパワー設定によってはオーバレンジとな
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

レーザビームプリンタ等の光源に使うレーザのレーザパ
ワー制御装置において、前述従来技術は、レーザのしき
い値電流工いのばらつき及びレーザ効率のばらつきを補
正していなかった。このため、アジャスト時のレーザパ
ラ−Ｐｏの収束精度が悪くかつ機体間でのばらつきも大
で、制御装置としての製品の量産性、性能の２点におい
て改良の余地大であった。　　゛ 本発明の目的は、上記問題点を解決し、レーザのパワー
アジャストにおいて収束精度の向上とばらつきの補正を
実現することができ、これにより、レーザビームプリン
タに適用して、良好な静電潜像を形成することで良好な
印字品質を実現することのできる半導体レーザパワー制
御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、従来構成に、バイアス設定回路。

ＤＡＣ基準電流設定回路、Ｉｉｈ比較器とそれらを統合
し自動設定するアルゴリズムを実現するハードウェアな
いしマイクロコンピュータのソフトウェアを設けること
により、達成される。

〔作用〕

バイアス設定回路のバイアス電流を上げていきＩｒｈ検
出回路の出力信号が変化するまでそれを行い、その設定
電流を固定化する。これにより、レーザの特性曲線は見
掛は上、Ｐｏ　／　Ｉ　ｉ　＝一定となる。次に、予め
決められたＤＡＣの基準電流値とパワー基準データを一
意的に出力し、それからアップダウンカウンタを光検出
器出力とパワー基準データとを比較する比較器出力が変
化するまでアップカウントさせ、その値と予め記憶され
ている値との比較判定を行い、それに応じＤＡＣの基準
電流を再設定する。以上により、Ｐａ／Ｉｚ　を所定の
一定値とすることができ、機体間のばらつき、工いのば
らつき、効率のばらつきがあっても一定精度で収束する
ことになる。

〔実施例〕

以下、第１図、第２図により、さらに第３図。

第４図に示した特性曲線を参照しながら、本発明の一実
施例を説明する。第１図は実施例装置の構成を示すブロ
ック図、第２図はマイクロコンピュータソフトのフロー
チャートである。第１図において、１６がマイクロコン
ピュータ（以下マイコンと略す）である、電源状態を検
出しマイコン１６にリセット信号を与えるリセット回路
３と。

システムクロックのベースタイマとなるクロック回路４
と、電源３３がマイコン１６に接続されている。また、
マイコン１６には、レーザパワーＰａの基準値を設定す
るＰｏ基準設定回路２が接続されている。１８はＤＡＣ
で、８ビットのＤＡＣデータ線８を介してマイコン１６
と接続している。ＤＡＣデータ線８は、マイコン内で作
られる８ビットアツプダウンカウンタが生成するデータ
を出力するものである。ＤＡＣ１８には、ＤＡＣ基準電
流設定回路１９が接続されている。

ＤＡＣ基準電流設定回路１９にはマイナス電源ＶＥＥが
供給されており、かつマイコン１６より４本のＤＡＣ基
準電流設定データ線９が制御線として接続されている。

ＤＡＣ１８の出力は電流電圧変換器１７（以下Ｉ／Ｖ変
換器と略す）で電流値から電圧値に変換されて、可変定
電流源２０の定電流値を可変制御する。可変定電流源２
０はマイナス電源ＶＥＥ２１に接続され、可変定電流源
２０とプラス電源Ｖｃｃ２４との間には差動トランジス
タ回路（以下差動１２回路と略す）２３が設置されてい
る。この差動Ｔｒ回路２３にレーザ２７が接続され、差
動Ｔｒ回路２３の出力でレーザ２７を駆動するものであ
る。レーザ２７は差動Ｔｒ回路２３を駆動するアンドゲ
ート６の出力信号でオン、オフされる。アンドゲート６
の一方の入力端にはビデオデータ信号線５が、他方の入
力端にはＬＯＮポート信号線が接続されている。ダイオ
ード２５はレーザ２７の保護用で、抵抗２６はレーザ２
７のインピーダンスマツチング用抵抗である。

レーザ２７にはバイアス設定回路２２が、差動Ｔ。

回路２３と並列に接続されており、このバイアス設定回
路２２は、マイコン１６からの４本のバイアス設定デー
タ線１０で制御される。レーザ２７にはピンホトダイオ
ード（光量検出素子）３２が内蔵されており、ピンホト
ダイオード３２の出力電流は抵抗２８で電圧として電圧
増幅器２９に入力され、その出力電圧が比較器Ａ１２と
比較器Ｂ１４とに入力されることでレーザパワーがマイ
コン１６にモニタされる。比較器Ａ１２の基準には、マ
イコン１６から、４ビットのＰａ基準データ線１１及び
Ｐｏ基準設定回路１３を介して設定された基準値が入力
され、比較結果の信号がマイコン１６のＩ　ｐｏ　（ｐ
ｏｒｔ　２　）に入力される。比較器Ｂ１４は、Ｉｔｈ
を検出比較するもので、基準値として、Ｖい１５を設け
ておきそれと電圧比較を行う構成となっている。

本実施例は、レーザビームプリンタの静電潜像形成過程
の前工程としてのレーザパワーのアジャスト動作に関す
るものである。まず、マイコン１６の入出力ポート及び
内部レジスタ、カウンタ。

フラグについて説明する。

（１）入力ポート （１）ＬＡＤＮ；これは、レーザパワーアジャスト動作
を指令するための入力線で、割込み端子を用いる。この
入力線に“Ｌｏ”レベルが入力されると、出力線のＬＯ
Ｎ出力が強制的に（ｌ　Ｌ　Ｉ＋レベルとなり、ビデオ
データ信号線５を介して入力されるビデオデータがレー
ザ強制点灯データとなり、アジャスト操作に入る。

（２）　Ｉ　ｔｈ　（ｐｏｒｔ　１　）　　；　’これ
は、゛第３図のようにレーザ発振を開始するレーザ駆動
電流Ｉｎであり、このポートには比較器Ｂ１４での比較
結果が入力される。検出したＩｔｈの方が基準値ｖｔｈ
より大のとき”Ｈ”レベルとなる。

（３）　　Ｉｐｏ　（ｐｏｒｔ２）　　；これは、第４
図に示す■のＰｏ基準設定値に対してレーザパワーがア
ジャストされたかを判別する入力ポートで、比較器Ａ１
２の比較結果が入力される。検出されたレーザパワーの
方がＰｏ基準設定値より大のとき“Ｈ”レベルとなる。

（４）Ｐｏ基準データ入力線；これは、Ｐｏ基準設定回
路２からの入力線で、ＰＯの設定を行う信号線である。

本実施例ではデイツプスイッチでセットする場合として
ブロック表示しているが、上位のホスト例えばエンジン
コントローラ（レーザビームプリンタ）の各種アクチュ
エータ系をシーケンス制御するコントローラ）から受信
する場合もある。

（ＩＩ）出力ポート （１）ＤＡＣデータ線；これは８ビットのデータ線で、
マイコン１６内の８ビットのＩｏカウンダのデータを出
力する出力ポートである。

（２）ＤＡＣ基準電流（Ｉｏ　）設定データ線；これは
４ビットのデータ線で、マイコン１６内のＤＡＣデータ
レジスタの内容を出力する出力線である。

（３）バイアス設定データ線；これは４ビットのデータ
線で、マイコン１６内の４ビットのバイアスカウンタの
データを出力する。

（４）Ｐｏ基準データ線；これは４ビットのデータ線で
、マイコン１６内のＰｏ基準データレジスタの内容を出
力する。このレジスタは、Ｐｏ基準データ入力線のデー
タが吸い上げられセットされる場合と、アジャスト中に
基準値がセットされる場合とがある。

（ｍ）内部レジスタ、カウンタ、フラグ（１）ＣＯＭＰ
　　ＦＬＡＧ：これはＤＡＣ基準電流の設定ルーチンの
ループ管理用フラグである。

（２）Ｉｏカウンタ；これはＰｏ基準データに対して工
Ｚ　を変化（カウントアツプ）させてＩｐｏがパＨ″′
となるまでアジャスト操作を行うための内部カウンタで
、マイコン１６内のハードウェアカウンタで構成する場
合と、ＲＡＭ上にソフトウェアで構成する場合とがある
。

（３）バイアスカウンタ；これはバイアス設定データ線
に対するカウンタで、（２）と同様、Ｉｉｈが“Ｈ”に
なるまで上げていきアジャスト操作を行うための内部カ
ウンタである。構成方法は（２）と同じ。

（４）ＤＡＣ基準電流設定レジスタ；　ＤＡＣの基準電
流をセットするレジスタで、ＤＡＣの制御できる電流の
Ｍａｘ値を定める。

（５）Ｐｏ基準データレジスタ；前述のＰＧ基準データ
線に出力するデータのレジスタである。

次に、第２図のフローチャートについて説明する。マイ
コンの初期値は以前のフローで行われているとする。レ
ーザアジャストの信号を受けると、イニシャルセットを
行う。Ｉｏカウンタ、バイアスカウンタ、ＣＯＭＰ　　
ＦＬＡＧ、Ｐｏ基準データレジスタを零にクリアし、Ｄ
ＡＣ基準電流設定データレジスタに基準値をセットし、
それらに対応する出力ボートに出力する。次に、ビデオ
信号を強制的に点灯状態にするためにＬＯＮに“Ｌ″ル
ベル出力してアンドゲート６の出力を“Ｌ　Ｉｔレベル
としてレーザ２７を駆動状態とする。この状態において
Ｉ　ｉｈ　（ｐｏｒｔ　１　）が“Ｈ″レベルなるまで
バイアスカウンタをカウントアツプしバイアス設定デー
タ線にデータを出力してバイアス設定回路２２でレーザ
２７に流すＩｎ　を増加させて行く。レーザの特性は第
３図に示すように温度によりＩｔｈが変動するので、ア
ジャスト時の温度のＩｔｈレベルまでループしてそれを
少々上回ったレベルにＶｔｈ１５を設定しておくことで
Ｉ　ｔｈ　（ｐｏｒｔｌ）を監視する。この時ルーピン
グは帰還ループ系の応答に対して若干遅延させてループ
し、かつバイアスカウンタがＭａｘになってもＩ　ｔｈ
　（ｐｏｒｔｌ）がｕＨ”とならない場合はループを抜
は次のステップに行く。この過程でレーザ２７にはＩｉ
ｈ分の電流がほぼ適切に供給されているため、それから
供給される電流は全てＰａ対Ｉｎ特性曲線の比例領域の
特性線上を動くことになる。

次のステップはＤＡＣの基準電流をアジャストするステ
ップで、まず、Ｐｏ基準データレジスタに基準値（これ
は予め第４図の特性曲線■に示す標準的な効率特性を想
定してＰｏ基準値に対応する基準データを決めておく）
を格納し、それをＰｏ基準データ出力線に出力する。ま
たＬＡＤＮルーチンの頭で設定したＤＡＣ基準電流設定
データでＤＡＣｌｉのＭａｘ値が定められているためＩ
　ｐｏ　（ｐｏｒｔ　２　）の入力がｌ　Ｈｊｌレベル
になるまでＩｏカウンタをカウントアツプしてＤＡＣの
電流を増加させて行く　（この時の１ビット相当の電流
増分値はＤＡＣの基準電流設定データで決まっている）
。そうして、Ｉｐｏが“Ｈ１ルベルとなるとループを抜
けるが、もしＩＯカウンタがＭａｘ値となってもＩＰＯ
が“Ｌ”の場合はエラー処理としてサブルーチンにジャ
ンプするフローとなっている。ＩＰＯがＩＩ　ＨＩｔの
ときはＩｏカウンタのデータ。

値を予めもっている標準レーザの工０カウンタデータ換
算のデータとの大小比較、その差分値データから予め演
算されテーブルデータ化されているＤＡＣ基準電流設定
データをテーブル変換しその値をＤＡＣ基準電流設定デ
ータレジスタにセットして出力するものである。即ち、
この操作によりＰｏ／Ｉｔ＝ｋ（一定）となり、レーザ
のＰｏ対■、特性曲線の傾斜部つまり効率のばらつきを
補正することができる。次のステップでは、ＣＯＭＰＦ
ＬＡＧをセットしてその処理を終えたことを印しておき
、次に設定されたＰｏ基準データをＰＯ基準データレジ
スタにセット及び出力し、ＩＣ１カウンタをクリアし再
度アジャストルーチンに入る。

このルーチンでは先に説明したルーチンを抜けるとアジ
ャスト操作が終了しており、ＣＯＭＰＦＬＡＧをリセッ
トしてＬＯＮを“Ｈ”レベルにセットしてリターンする
構成となっている。またこれらアジャストを一度行った
場合は第２図の■のようにＣＯＭＰ　　ＦＬＡＧをセッ
トして飛び込んでも良いし、■のようにＰｏ基準データ
レジスタに基準値を設定する前で飛び込んでも良い、こ
の場合はＤＡＣ基準電流設定データのアジャストも行う
操作となる。以上の構成とすることで、Ｉｔｈを満足す
るＩ！を流しておき、次にＤＡＣの１ビット当りのＰＧ
の変化量をレーザ特性のばらつきにかかわらず一定化す
ることで機体間のばらつきのない半導体レーザパワー制
御装置を実現できる。さらには、第２図で示す■、■の
パス、もしくはＥＮＴＲＹから定期的に入ることで温度
変動にも追従できるものである。

〔発明の効果〕

従来の電子写真プリンタにおいて、画像データに応じて
レーザをオン、オフし感光ドラム上に静電潜像を形成し
ている。その工程中、形成される静電潜像は電子写真プ
リンタの出力画像の印字性能に大きく寄与するもので、
特にレーザパワーの設定、ドラムの表面電位は重要なフ
ァクタである。

ところがレーザは初期ばらつき、経時変化、温度変化に
よる特性変動が大きく、パワーのアジャストを行わない
と使えない背景があり、これに対処して従来は、従来技
術の項で述べたような補正を行っていた。しかしながら
、従来の補正は、レーザの効率特性を考慮していないた
め、Ｄ／Ａ変換器の１ビットに対するレーザパワーの値
がばらつきアジャスト時の収束精度がばらつき、このた
め、形成される静電潜像での特に１ドツトの解像度の低
下や消し残しく正規現像方式ではレーザを照射して白デ
ータを作る、その時に、レーザのパワーが設計値に対し
て不足気味であると生じるもの）を生じる不都合があっ
た。本発明では、レーザのＩｔｈに相当するバイアス電
流をアジャストし、さらにＤ／Ａ変換器の１ビットに対
するレーザパワーの重みが一定となるように自動調整し
、次にレーザパワーの設定値Ｐｏに対してアジャストす
る構成としたことにより、レーザのパワーアジャストに
おいて収束精度の向上とばらつき補正が可能゛となり、
併せてアジャストの回数とタイミングを適切に組合せる
ことで温度の変動に対する補正をも可能とした。これに
より、レーザビームプリンタの光源に適用すれば、プリ
ンタの画質向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路ブロック図、第２図は
本発明における信号処理のフローチャート、第３図はレ
ーザダイオードの温度特性と経時変化を示す図、第４図
はレーザダイオードの効率のばらつきを示す図である。 １・・・レーザアジャスト信号線、５・・・ビデオデー
タ信号線、７・・・ＬＯＮポート信号線、８・・・ＤＡ
Ｃデータ線、１３・・・Ｐｏ基準設定回路、１６・・・
マイコン、１８・・・ＤＡ変換器、１９・・・ＤＡＣ基
準電流設定回路、２７・・・レーザ、３２・・・ピンホ
トダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体レーザの出力パワーを検出する光検出器と、
   この光検出器の出力信号を設定可変の基準信号と比較す
   る比較器Ａと、上記光検出器の出力信号をレーザが発信
   を開始するしきい値電流に対応する基準信号と比較する
   比較器Ｂと、この比較器Ｂの出力信号を監視しレーザに
   しきい値電流相当分のバイアス電流を供給するバイアス
   回路と、上記比較器Ａの出力信号によりアップダウン制
   御されるカウンタと、このカウント出力をアナログ量に
   変換するＤＡ変換器と、このＤＡ変換器の１ビットに対
   するレーザ出力の重みを一定に調整保持する手段と、上
   記ＤＡ変換器の出力に比例したレーザ駆動電流を供給す
   る駆動回路と、上記比較器Ａの両入力が常に等しくなる
   ように上記レーザ駆動電流を制御及び保持する手段とを
   備えたことを特徴とする半導体レーザのパワー制御装置
   。