JPH05316304A

JPH05316304A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH05316304A
Application number: JP4116052A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Kumagai; 茂美熊谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】周囲環境温度の変動にかかわらず、常に安定
したレーザ発光量を得ることができるようにすることに
ある。【構成】この画像形成装置は、半導体レーザ１３７の
発振光を画像露光用の光源として電子写真方式により画
像を形成する装置で、レーザ発光量の変動を検知する検
知手段１３７ｂ，３０５，３１１，３１２と半導体レー
ザの周囲環境温度を検知する温度センサ１３６とを有
し、周囲環境温度の変動に応じて検知したレーザ発光量
の変動値に基づいてレーザ発光量を補正する手段１３
５，３０７，３０６，３０８，３０９を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ発光素子を用い
て画像露光を行うレーザビームプリンタのような画像形
成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザの発振光を画像露光
用の光源とした電子写真方式の画像形成装置では、一般
に図１に示すように、画像読取装置やパーソナルコンピ
ュータ等の画像データ生成部１から入力したデジタルデ
ータをＤ／Ａ（デジタル・アナログ）変換器２によって
対応するアナログ量に変換し、パルス幅変調回路３でそ
のアナログ量に対応したパルスデータを生成し、このパ
ルスデータをドライブ回路４に通すことによって半導体
レーザ５をＯＮ・ＯＦＦ発光させ、これにより半導体レ
ーザ５から出射したレーザビームを図示しない感光ドラ
ム上に走査することで、この感光ドラム上に静電潜像を
形成している。

【０００３】ところが、半導体レーザ５は図２に示すよ
うに、発光させると自己発熱により発光光量が減少して
行く特性を持っているので、光量を常に一定に保つため
に、温度調整手段６（例えば、ペルチェ素子等）を半導
体レーザ５に接触するように取り付け、プリンタ制御回
路７で常に半導体レーザ５の温度が一定になるように制
御している。

【０００４】しかし、ペルチェ素子等の温度調整手段６
は高価であって、またその素子等を取り付けるためのス
ペースが必要であり、さらには温度制御回路７の制御誤
差のために制御温度が多少ばらついて半導体レーザ５か
らのレーザ光の光量が変化するという問題があった。

【０００５】そこで、以上の問題を回避するため、半導
体レーザの温度を制御するのではなく、半導体レーザに
内蔵しているモニタ用フォトダイオードの出力を検出し
て、このフォトダイオード出力が一定になるようにフィ
ードバック制御して発光光量を安定化させる方法とし
て、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）という手段が
ある。図３はこのＡＰＣの基本的な回路構成を示す。本
図において、１１は半導体レーザのケースの中に入って
いる半導体のレーザチップであって、このチップ１１に
順方向に電圧を加えて電流を流すことにより発光する。
１２は同じく上記ケースの中に入っているモニタ用フォ
トダイオードであって、レーザチップ１１からの光の一
部を受光して、受光した光量に応じた電流が流れる。

【０００６】すなわち、基準電圧発生部１３から発生し
た基準電圧に対応した電流がレーザチップ１１に流れる
ように、ドライブ回路１４が定電流回路１５に加える電
圧を制御する。これにより、レーザチップ１１の端面が
発光し、その光の一部がモニタ用フォトダイオード１２
に照射し、モニタ用フォトダイオード１２に電流が流れ
る。この電流を電流−電圧変換部１６で電圧に変換し、
増幅器１７を通してドライブ回路１４にフィードバック
し、これを基準電圧回路１３の基準電圧とドライブ回路
１４で比較して、フィードバック電圧が基準電圧よりも
大きければレーザチップ１１に流れる電流を少なくし、
また小さければレーザチップ１１に流す電流を増加させ
るようにドライブ回路１４が制御する。

【０００７】このような構成にしてＡＰＣ動作をするこ
とにより、高価な温度調整手段を使わずに、比較的廉価
な電気部品で発光光量を安定化することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
ＡＰＣ動作を行っても、半導体レーザの周囲環境温度が
変化すると、図４に示すように、温度の影響を受けてモ
ニタ用フォトダイオード１２の出力が変動してしまい、
その結果レーザチップ１１の出力光量も変化してしまう
という問題があった。また、周囲環境温度の上昇に伴っ
てモニタ用フォトダイオード１２の出力変動が図４のＡ
の特性のように増加するか、図４のＢの特性のように減
少するか、またその変化量ΔＩｓ等は各々の半導体レー
ザごとに違い、一定ではない。

【０００９】例えば、モニタ用フォトダイオード１２の
出力の温度特性が図４のＢのようであったとすると、従
来のＡＰＣの動作原理では前述のようにモニタ用フォト
ダイオード１２の出力を検出し、この検出した出力が図
５のＢに示すように一定になるようにレーザチップ１１
の発光光量を制御するので、ＡＰＣを動作させると、結
果的に図５のＡに示すように、周囲環境温度の環境にと
もない、モニタ用フォトダイオード１２の出力の変動分
だけレーザチップ１１の光量を押し上げることとなるた
め、ＡＰＣ動作を行っているにも拘らず周囲環境温度の
変化によってレーザ発光量が変わってしまうという現象
が起きていた。

【００１０】本発明は、上述のような問題点を解消する
ため、周囲環境温度の変動に拘らず、常に安定したレー
ザ発光量を得ることができ、ひいては画質の安定が図れ
る画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、半導体レーザの発振光を画像露光用の光
源とする電子写真方式の画像形成装置において、前記半
導体レーザの周囲環境温度を検知する温度検知手段と、
前記半導体レーザの発光光量の変動を検知する発光光量
変動検知手段と、前記温度検知手段の検知出力と前記発
光光量変動検知手段の検知出力とに基づいて前記半導体
レーザの発光量を補正するレーザ発光量補正手段とを具
備したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、その一形態として、前記
発光光量変動検知手段は、画像形成動作開始直後の前記
半導体レーザの発光光量から得られる出力電圧と、一定
温度変化時あるいは一定時間経過時の前記発光光量から
得られる出力電圧とを比較し、両出力電圧の差分を得る
ことにより、前記半導体レーザの発光光量の変動を検知
することを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、他の形態として、前記レ
ーザ発光量補正手段は、前記差分の値を現在の発光光量
から得られる出力電圧に加算し、あるいは減算すること
により、前記半導体レーザの発光量を補正することを特
徴とする。

【００１４】

【作用】本発明では、周囲環境温度の変動によるレーザ
発光光量の変動を検知して、この発光光量を補正するよ
うにしたので、常に安定したレーザ発光量を得ることが
できる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１６】図６は本発明の一実施例によるレーザ駆動
回路を備えた電子写真式の画像形成装置（レーザビーム
プリンタ）の構成を示す。図７は図６のレーザ露光系の
構造を示す。図６および図７において、１０１は複写す
べき原稿を載置する原稿台ガラス、１０２はそのガラス
１０１上に載置した原稿を押える原稿圧板である。１０
３は操作部であって、スタートスイッチ１０４，表示部
１０５，テンキー１０６等で構成されている。１０７は
原稿を照射する露光ランプ、１０８，１０９，１１０は
露光ランプ１０７によって照射された原稿からの反射光
をカラーイメージセンサ１１１に結像させるためのミラ
ー、１１２はその光学系に配置した結像レンズ、１１３
はイメージセンサ１１１からの画像信号に対し原稿画像
を忠実に再現するように各種補正をかけ、レーザを点灯
させるための画像データを生成する画像処理回路であ
る。

【００１７】１１４は本発明に係るレーザ駆動回路、１
１５は半導体レーザ１３７からのレーザ光を感光ドラム
１１６上に走査するための回転多面体ミラー（ポリゴン
ミラー）、１１７は回転多面体ミラー１１５を回転させ
るためのＤＣモータ（ポリゴンモータ）であり、モータ
１１７の出力軸に回転多面体ミラー１１５が取り付けら
れている。１１８は回転多面体ミラー１１５によって走
査されたレーザ光をレンズ１１９を通して感光ドラム１
１６へ照射させるためのミラーである。

【００１８】１３９は感光ドラム１１６の表面にマイナ
スコロナ放電する帯電極、１２０は感光ドラム１１６に
形成された静電潜像を可視像化する現像器、１２１は転
写効率を上げるための帯電極、１２２は可視像化された
原稿画像をカセット１２３または１２４から給紙ローラ
１２５または１２６および搬送ローラ１２７または１２
８と、レジストローラ１２９によって送給された複写紙
に転写する転写極、１３０は原稿画像が転写された複写
紙を感光ドラム１１６から分離する分離極、１３１は感
光ドラム１１６の残存トナーを清掃して回収するクリー
ナである。また、１３２は転写された複写紙を搬送する
搬送ベルト、１３３はその搬送された複写紙のトナーを
熱定着する定着ローラ、１３４は複写を完了した複写紙
を受ける排紙トレイである。

【００１９】さらに、１３５は感光ドラム１１６の回転
や図示しない各種クラッチ，ソレノイドを制御したり、
温度センサ１３６により半導体レーザの周囲温度を検出
したり、レーザ駆動回路の制御を行うプリンタ制御回路
である。

【００２０】図８は図６および図７のレーザ駆動回路１
１４の回路構成例を示す。図８において、１３７は半導
体レーザであって、その円筒状のケースの中にレーザチ
ップ１３７ａとモニタ用フォトダイオード１３７ｂが取
り付けられている。３０１はアナログ的なスイッチであ
って、その制御線Ｃ１にはプリンタ制御回路１３５から
図９のＡに示すようなパルス波形の信号が与えられ、図
９のｔ₁ の区間に図８の信号線ｍ１とｍ２の間が導通状
態となる。

【００２１】３０２はパルス幅変調回路である。画像処
理回路１１３の画像データ生成部３１３からのデジタル
の画像データをＤ／Ａ（デジタル・アナログ）変換器３
０３によってアナログ信号化し、パルス幅変調回路３０
２はこのアナログ信号の出力電圧によってパルスのデュ
ーティ比を変えるもので、アナログスイッチ３０１の制
御線Ｃ１と同じ信号で同期がとられ、レーザ駆動ＩＣ
（集積回路）３０４に対して図９のＢに示すような波形
の信号を与える。図９のＢにおいてｔ₂ の区間はレーザ
光が感光ドラム１１６の端から端まで走査する時間であ
り、この区間のうちｔ₄ の区間が画像領域内であって、
画像データにより受光する区間である。また、図９のＢ
におけるｔ₃ の区間は画像領域外であり、感光ドラム１
１６上には何も露光されない。この区間ｔ₃ ではＡＰＣ
動作をさせるために最大の出力で半導体レーザ１３７を
ＤＣ（直流）点灯させている。

【００２２】３０５はレーザチップ１３７ａの発光によ
りモニタ用フォトダイオード１３７ｂに流れた電流を電
圧に変換するＩ−Ｖ（電流−電圧）変換回路であり、３
０６はレーザチップ１３７ａのレーザ発光量の最大出力
を設定し、かつＩ−Ｖ変換回路３０５の出力電圧を比較
するコンパレータである。すなわち、レーザチップ１３
７ａの最大光出力は、プリンタ制御回路１３５からのデ
ジタルデータをＤ／Ａ変換器３０７でアナログ値に変換
することにより、コンパレータ３０６で設定される。ま
た、レーザ駆動ＩＣ３０４に画像データが与えられてか
らレーザ１３７が発光するまでの時間を短縮するため
に、バイアス電流をレーザチップ１３７ａに流す必要が
あるので、レーザチップ１３７ａに対しバイアス加算回
路３０８でバイアスを加え、レーザ発光しない程度の電
流を常に流している。３０９はバイアス加算回路３０８
からの出力電圧にしたがってレーザチップ１３７ａにバ
イアス電流を流す定電流回路である。

【００２３】また、３１０はレーザチップ１３７ａに流
す最大の電流を決める動作電流設定回路である。また、
Ｉ−Ｖ変換回路３０５の出力電圧はボルテージフォロワ
回路３１１を通してＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換
器３１２でデジタルデータに変換し、プリンタ制御回路
１３５へ入力される。

【００２４】次に、上記の構成における動作例を説明す
る。

【００２５】まず、オペレータが原稿台ガラス１０１に
原稿を載置し、原稿圧板１０２を下ろしてスタートスイ
ッチ１０４を押すと、装置は一連の複写動作を開始す
る。すなわち、プリンタ制御回路１３５はＤＣモータ１
１７を介して回転多面体ミラー１１５を回転させる。そ
して、図示しない原稿を露光ランプ１０７により照射し
ながらスキャニングし、そのときの反射光をミラー１０
８，１０９，１１０を用いて結像レンズ１１２を通して
イメージセンサ１１１に結像させる。このようにして、
イメージセンサ１１１で読み取った画像信号を画像処理
回路１１３において各種補正をかけ、レーザ駆動回路１
１４へ送る。

【００２６】レーザ駆動回路１１４ではこの画像信号を
Ｄ／Ａ変換器３０３でアナログ信号に変換し、パルス幅
変調回路３０２によって図９のＡと同じ同期信号Ｃ１′
で同期を取り、図９のＢに示すような信号をレーザ駆動
ＩＣ３０４に与える。すると、バイアス電流＋（動作電
流設定回路３１０で設定した）最大電流が図９のＢに示
すｔ₃ の区間およびｔ₄ のＨ（ハイ）レベルの区間ｔ
₄ ′においてレーザチップ１３７ａに流れる。このと
き、実際に感光ドラム１１６に潜像形成が行われるのは
ｔ₄ の区間であって、ｔ₃ の区間は画像領域外であり、
ＡＰＣ動作用のサンプリングに利用される。

【００２７】レーザチップ１３７ａからのレーザ光をモ
ニタ用フォトダイオード１３７ｂが受けると、そのレー
ザ光の光量に応じた電流がモニタ用フォトダイオード１
３７ｂに流れ、この電流をＩ−Ｖ変換回路３０５で電圧
として取り出す。このときのｍ１点の出力電圧は図９の
Ｃのようになる。そして、コンパレータ３０６におい
て、所定の最大光出力が出ているか否かを比較するた
め、アナログスイッチ３０１の制御線Ｃ１に図９のＡに
示す同期信号をプリンタ制御回路１３５から与えて、ｔ
₃ の区間の出力電圧をサンプリングする。すると、ｍ２
の電圧はＲ（抵抗）とＣ（キャパシタ）の作用により図
９のＤのようになる。この出力電圧をコンパレータ３０
６の非反転入力に与えると同時に、この出力電圧をボル
テージフォロワ回路３１１を通してＡ／Ｄ変換器３１２
によってデジタル値に変えてプリンタ制御回路１３５に
与え、ひとまずこの値をプリンタ制御回路１３５内のメ
モリに記憶させる。

【００２８】コンパレータ３０６の反転入力はプリンタ
制御回路１３５とＤ／Ａ変換回路３０７とで、所定の最
大光出力にするために必要な電圧値にあらかじめ設定さ
れており、コンパレータ３０６はこの電圧値と実際のレ
ーザ発光により得た出力電圧値とを比較して差電圧を取
り出す。この差電圧をバイアス加算回路３０８の非反転
入力に与え、前以てその反転入力に設定されたバイアス
電圧（流）に加える、あるいは引くと、レーザチップ１
３７ａの最大光出力が変化する。

【００２９】このようにして安定化されたレーザ光はＤ
Ｃモータ１１７によって回転している回転多面体ミラー
１１５で反射し、レンズ１１９、ミラー１１８を経て感
光ドラム１１６上に結像する。

【００３０】感光ドラム１１６は帯電極１３９により負
の電荷が一様に与えられており、結像したレーザ光の画
像信号によって原稿画像に対応した静電潜像が感光ドラ
ム１１６の表面に形成される。この静電潜像は、現像器
１２０によりトナーが付着されて可視像化される。

【００３１】一方、カセット１２３または１２４から給
紙ローラ１２５または１２６、および搬送ローラ１２７
または１２８によって送られた記録紙は、上記可視像の
先端とこの記録紙の先端とが一致するようにタイミング
が取られ、レジストローラ１２９により送給される。こ
の記録紙に、上記感光ドラム１１６の可視像が転写極１
２２によって転写される。トナー画像が転写された記録
紙は、分離極１３０によって感光ドラム１１６から分離
され、搬送ベルト１３２により定着ローラ１３３へ送ら
れる。この定着ローラ１３３でトナーが定着されて複写
が完了した記録紙は、排紙トレイ１３４上に排出され
る。

【００３２】また、上記の転写を終えた感光ドラム１１
６に残存したトナーはクリーナ１３１によって清掃，回
収され、次の画像形成のための準備を行う。

【００３３】このようにして、一連の複写動作が行われ
るが、プリンタ制御回路１３５は温度センサ１３６によ
り半導体レーザ１３７の周囲環境温度を常に監視してお
り、複写動作開始直後に比べてあらかじめ決めたある一
定以上に周囲環境温度が変化すると、図１０のフローチ
ャートに示す制御手順にしたがって発光光量の補正制御
を行う。

【００３４】すなわち、複写動作直後に最大光出力（区
間ｔ₃ ）をボルテージフォロワ回路３１１を通してＡ／
Ｄ変換器３１２によってサンプリングする（ステップＳ
１，Ｓ２）。その後の複写動作中の半導体レーザ１３７
の周囲環境温度を温度センサ１３６を用いて測定して
（ステップＳ３）、ある一定以上、周囲環境温度が変化
した場合には（ステップＳ４）、再び最大光出力をサン
プリングして前にサンプリングした電圧値と比較してそ
の差分を取り、この差分値をＤ／Ａ変換器３０７に与え
ているデジタルデータに加・減算することにより半導体
レーザ１３７の最大光出力を変化させる（ステップＳ
５）。

【００３５】以上の処理を複写動作が終了するまで行う
（ステップＳ６）ことにより、発光光量の補正を行う。
なお、この発光光量補正動作は画像に影響を与えないタ
イミング、たとえば記録紙と次の記録紙の間等で行うの
が好ましい。

【００３６】（他の実施例）上記の本発明の実施例では
半導体レーザ１３７の周囲環境温度を温度センサ１３６
により測定し、その温度変化がある一定値を越えたとき
に半導体レーザ１３７の発光光量の補正を行っている
が、このような温度センサは使わずに温度変化に関係な
く、常に複写動作直後の最大光出力のサンプリング値と
現在の最大光出力のサンプリング値を比較して、その差
分値で発光光量の補正を行ってもよい。

【００３７】また、上記の本発明の実施例では、基本的
にプリンタ制御回路１３５側で半導体レーザ１３７の発
光光量の補正作業が行われたが、図１１に示すように、
レーザ駆動回路側に発光光量補正用のハードウェアを設
けてプリンタ制御回路１３５は補正のタイミングだけを
与えるような構成にすることもできる。

【００３８】図１１において、６０１は光量補正回路で
あり、プリンタ制御回路１３５が複写動作開始直後に、
図９のＡと同じ信号を一定時間アナログスイッチ６０１
Ｃの制御線Ｃ２に与えることにより、図９のｔ₃ の区間
の出力電圧をピークホールド回路６０１ａで保持して、
演算増幅器（オペアンプ）６０１ｂの非反転入力に与え
たのち、アナログスイッチ６０１ｃを開状態にしてお
く。以降、複写動作中に、ｔ₃ の区間の出力電圧が変動
すると、演算増幅器６０１ｂの反転入力の電圧が変わ
り、前（複写動作開始直後）に保持した出力電圧との差
電圧が演算増幅器６０１ｂの出力に現れる。この差電圧
を次段の演算増幅器６０１ｄで現在の出力電圧に加算あ
るいは減算することにより、半導体レーザ１３７の最大
光出力の補正をリアルタイムで行うことができる。

【００３９】なお、図１１ではコンパレータ３０６の反
転入力の電圧設定に可変抵抗器（ボリューム）を使用し
ているが、前述の第１実施例のように、Ｄ／Ａ変換器を
用いてプリンタ制御回路１３５で設定できるようにして
も勿論よい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザの周囲環境温度の変化によるレーザ発光量
の変動を検知してその光量の補正をするようにしている
ので、常に安定したレーザ発光量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のレーザ光源を用いた電子写真方式の画像
形成装置の概略回路構成を示すブロック図である。

【図２】半導体レーザのレーザ温度に対する光出力変動
を示すグラフである。

【図３】従来のオートパワーコントロール回路の基本的
な回路構成を示すブロック図である。

【図４】モニタ用フォトダイオード出力の周囲環境温度
に対する変動特性を示すグラフである。

【図５】従来のＡＰＣ動作での周囲環境温度の上昇にと
もなう半導体レーザの光量変化を示すグラフである。

【図６】本発明の一実施例の画像形成装置の内部構造を
示す縦断面図である。

【図７】図６のレーザ露光系の要部構造を示す斜視図で
ある。

【図８】図６および図７の本発明の一実施例におけるレ
ーザ駆動回路の回路構成例を示す回路図である。

【図９】図８の回路における信号の波形とタイミングを
示すタイミングチャートである。

【図１０】図８のプリンタ制御系における制御手順を示
すフローチャートである。

【図１１】本発明の他の実施例のレーザ駆動回路の回路
構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１１３画像処理回路１１４レーザ駆動回路１１５回転多面体ミラー１１７ＤＣモータ１３５プリンタ制御回路１３６温度センサ１３７半導体レーザ３０１アナログスイッチ３０２パルス幅変調回路３０３，３０７Ｄ／Ａ変換器３０４レーザ駆動ＩＣ３０５Ｉ−Ｖ変換回路３０６コンパレータ３０８バイアス加算回路３０９定電流回路３１０動作電流設定回路６０１光量補正回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｂ 27/72 Ａ 8507−2ＫＨ０１Ｓ 3/18 // Ｇ０３Ｇ 15/00 ３０３ 15/04 １１６ 9122−2Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザの発振光を画像露光用の光
源とする電子写真方式の画像形成装置において、前記半導体レーザの周囲環境温度を検知する温度検知手
段と、前記半導体レーザの発光光量の変動を検知する発光光量
変動検知手段と、前記温度検知手段の検知出力と前記発光光量変動検知手
段の検知出力とに基づいて前記半導体レーザの発光量を
補正するレーザ発光量補正手段とを具備したことを特徴
とする画像形成装置。
【請求項２】前記発光光量変動検知手段は、画像形成
動作開始直後の前記半導体レーザの発光光量から得られ
る出力電圧と、一定温度変化時あるいは一定時間経過時
の前記発光光量から得られる出力電圧とを比較し、両出
力電圧の差分を得ることにより、前記半導体レーザの発
光光量の変動を検知することを特徴とする請求項１に記
載の画像形成装置。
【請求項３】前記レーザ発光量補正手段は、前記差分
の値を現在の発光光量から得られる出力電圧に加算し、
あるいは減算することにより、前記半導体レーザの発光
量を補正することを特徴とする請求項２に記載の画像形
成装置。