JPH0662191A

JPH0662191A - レーザビーム光学系

Info

Publication number: JPH0662191A
Application number: JP4215095A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ogino; 繁夫荻野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザダイオードの光量制御の応答性が速
く、画像の階調再現性が良好なレーザビーム光学系を提
供すること。【構成】感光体上に画像（静電潜像）を書き込むため
のレーザビーム光学系であって、その光源ユニット２１
はレーザダイオード２４とリアビームを受光して発光出
力を検出するフォトダイオード２５とで構成されてい
る。レーザダイオードは感光体上を走査するフロントビ
ームの発光出力よりも光量制御のためにモニタされるリ
アビームの発光出力が大きいものを使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム光学系、
特に、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装
置に画像書込みヘッドとして組み込まれるレーザビーム
光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザビーム光学系ではレーザ
ビームの発光光源としてレーザダイオードを使用してい
る。レーザダイオードはよく知られているように、ｐ形
クラッド層とｎ形クラッド層との間に活性層を設けた構
造を有し、電圧を印加することによりレーザビームを正
面部及び背面部から一定の割合で放射する。通常、レー
ザダイオードから放射されるフロントビームで感光体上
を走査し、リアビームの発光出力をフォトダイオードで
モニタし、発光出力が温度変化によって変動したときは
駆動電流を増減し、一定の光量を維持するように制御し
ている。

【０００３】ところで、従来のレーザビーム光学系で用
いられているレーザダイオードの発光出力は、フロント
ビームに対してリアビームが２分の１ないし３０分の１
程度であり、レーザダイオードを単にオフ、オフ変調
（画像データがあるときオン、ないときオフ）して画像
（静電潜像）を形成するのであれば、最大出力のみをモ
ニタすればよく、リアビームの出力比率が小さくともフ
ィードバック制御にそれほど差し支えがないモニタ光量
を得ることができた。

【０００４】しかし、画像データの階調に基づいてレー
ザダイオードの駆動電流を変化させる強度変調を実現し
ようとすると、フロントビームの最大出力の１０分の１
程度をモニタする必要がある。この場合、フロントビー
ムの最小出力に対してリアビームの発光出力は著しく小
さくなり、モニタ精度が低下し、低濃度部の再現性が不
安定になる不具合を有している。また、リアビームをモ
ニタするフォトダイオードの出力はリアビームの発光出
力が本来小さいために増幅する必要があり、増幅率の大
きさがフィードバック制御の応答遅れを生じさせてい
た。

【０００５】

【発明の目的、構成、作用、効果】そこで、本発明の目
的は、レーザダイオードの光量制御の応答性が速く、画
像の階調再現性、特に低濃度部での再現性が良好なレー
ザビーム光学系を提供することにある。以上の目的を達
成するため、本発明に係るレーザビーム光学系は、フロ
ントビームの発光出力よりもリアビームの発光出力が大
きいレーザダイオードを光源として用いた。フロントビ
ームは感光体上に結像して画像（静電潜像）を形成し、
リアビームはフォトダイオードでモニタされ、フォトダ
イオードの検出値に基づいてレーザダイオードの駆動電
流が補正される。

【０００６】本発明において、レーザダイオードのリア
ビームの発光出力はフロントビームのそれよりも大き
く、画像の階調再現のためにレーザビームの発光出力を
小さく制御したとしても、従来よりかなり大きいモニタ
光量を得ることができ、発光光量のフィードバック制御
を正確に行うことができ、特に低濃度部での再現性が安
定する。しかも、フォトダイオードの出力が大きくなる
ため、フィードバックする際のモニタ電圧の増幅率が小
さくて済み、応答性が向上する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係るレーザビーム光学系の実
施例につき、添付図面に従って説明する。図１におい
て、レーザビーム光学系２０は、プリンタ内の感光体ド
ラム１への画像書き込み用として組み込まれたもので、
光源ユニット２１、コリメータレンズ３０、ポリゴンミ
ラー３１、ｆθレンズ３３、画像書き込みスタート位置
検出センサ３４（以下、ＳＯＳセンサと称する）を図示
しないハウジングに取り付けたものである。

【０００８】光源ユニット２１（その構成は後述する）
から出射されたレーザビーム（拡散光）は、コリメータ
レンズ３０によって平行光とされ、モータ３２によって
矢印ａ方向に定速回転するポリゴンミラー３１の各反射
面によって等角速度で矢印ｂ方向に偏向走査される。偏
向走査されたレーザビームはｆθレンズ３３を透過して
走査速度を補正され、感光体ドラム１上を等速に走査
（主走査）する。感光体ドラム１は矢印ｃ方向に等速で
回転駆動（副走査）され、この副走査と前記主走査とで
感光体ドラム１上に画像（静電潜像）が形成される。

【０００９】感光体ドラム１の周囲には帯電チャージャ
２、現像器３、転写チャージャ４、残留トナーのクリー
ナ５等の作像用エレメントが配置され、周知の電子写真
法に基づいて、感光体ドラム１上にトナー画像を形成
し、このトナー画像を矢印ｄ方向に搬送されるシートＳ
上に転写する。一方、ポリゴンミラー３１で偏向走査さ
れたレーザビームのうち一部は、ＳＯＳセンサ３４へ入
射し、その検出信号に基づいて１ラインごとの画像書き
込みスタート位置が制御される。

【００１０】ここで、光源ユニット２１について説明す
る。図２に示すように、光源ユニット２１は、ステム２
２とこのステム２２上にヒートシンク２３を介して設け
られたレーザダイオード２４、モニタ用フォトダイオー
ド２５、ステム２２を貫通した端子ＬＤ，ＣＯＭ，ＰＤ
と、ステム２２上に設けられかつ前記素子２４，２５を
被覆する金属製キャップ２８とで構成されている。キャ
ップ２８に形成された開口２８ａにはガラス板２９が貼
着されている。なお、ガラス板２９に代えてマイクロフ
レネルレンズを設けてもよい。フレネルレンズは、ミク
ロンオーダの周期を持つ格子状同心円パターンの集合
で、その断面を鋸歯状に成形したものである。このフレ
ネルレンズは屈折効果と回折効果を有し、格子の各部分
で光が曲げられる。平行光が入射すると一点（焦点）に
収束され、焦点から放射された拡散光は平行光とされ
る。なお、フレネルレンズを用いればコリメータレンズ
３０は不要である。

【００１１】端子ＣＯＭはレーザダイオード２４、フォ
トダイオード２５に定電圧を印加し、端子ＬＤはレーザ
ダイオード２４の駆動電流を制御する。また、端子ＰＤ
はフォトダイオード２５のモニタ電流を出力する。とこ
ろで、本実施例では、レーザダイオード２４を画像デー
タに含まれる階調信号によって４階調、１６階調あるい
はそれ以上の階調に変調制御する。また、レーザダイオ
ード２４のリアビームをフォトダイオード２５で受光
し、フォトダイオード２５の出力値に応じてレーザダイ
オード２４への駆動電流を補正する。

【００１２】次に、図４を参照してレーザダイオード２
４の制御回路１０について説明する。この制御回路１０
は、補正部１１、デジタル／アナログコンバータＤ／Ａ
１，Ｄ／Ａ２，Ｄ／Ａ３、入出力デバイスＩ／Ｏ、加算
部１２、駆動用アンプ１３、モニタ用アンプ１４、オー
バーパワー防止用コンパレータ１５、可変抵抗器Ｒ４等
によって構成されている。また、プリンタ内の各エレメ
ントを制御するためのＣＰＵ５（ＲＯＭ６，ＲＡＭ７を
内蔵している）が入出力デバイスＩ／Ｏに接続されてい
る。この制御回路１０の基本的な構成は従来から知られ
ており、その動作の概略について説明する。

【００１３】補正部１１は、イメージリーダ９あるいは
図示しないホストコンピュータから送信される８ビット
のデジタル画像データを補正し、１０ビットのデジタル
画像データに変換する。コンバータＤ／Ａ１は補正部１
１で変換された１０ビットのデジタル画像データをアナ
ログ画像データに変換する。アナログ画像データのダイ
ナミックレンジはコンバータＤ／Ａ２のＡＯＵＴから出
力されるＲＥＦ信号によって設定される。コンバータＤ
／Ａ３はレーザダイオード２４に対してバイアス電流を
制御するためのもので、ＡＯＵＴから出力されるバイア
スデータが加算部１２へ入力され、加算部１２では前記
コンバータＤ／Ａ１から出力されるアナログ画像データ
とバイアスデータとの加算処理によって駆動用アンプ１
３へドライブ信号を出力する。アンプ１３の出力は保護
抵抗Ｒ１を介して端子ＬＤへ入力され、レーザダイオー
ド２４に駆動電流が供給されることとなる。

【００１４】次に、モニタ部についてその動作を説明す
る。レーザダイオード２４のリアビームを受光するフォ
トダイオード２５の出力電流はモニタ用アンプ１４に入
力され、モニタ電圧Ｖｍとしてアンプ１４から出力され
る。このモニタ電圧Ｖｍは駆動用アンプ１３でドライブ
電圧Ｖｄと比較されると共に、レーザダイオード２４を
所定の光量で発光させるためにＣＰＵ５へフィードバッ
クされる。可変抵抗器Ｒ４はＣＰＵ５でコントロールさ
れ、フォトダイオード２５からのモニタ電流のばらつき
を吸収する。コンパレータ１５はレーザダイオード２４
へのオーバーパワーの供給を防止するためのもので、モ
ニタ電圧Ｖｍが抵抗Ｒ５，Ｒ６で規定される電圧よりも
高くなると、オーバーパワー信号ＯＶＥＲＰを出力す
る。この信号ＯＶＥＲＰは入出力デバイスＩ／Ｏを介し
てＣＰＵ５へ送信される。

【００１５】本実施例において、レーザダイオード２４
は、図３に示すように、感光体ドラム１上を走査するフ
ロントビームＰ₁の発光出力よりも、モニタされるリア
ビームＰ₂の発光出力の方が大きいものが使用されてい
る。このような特性のレーザダイオード２４としては、
ｐ形クラッド層とｎ形クラッド層との間に活性層を設け
た発光部２４ａの前面に酸化アルミニウム層２４ｂとア
モルファスシリコン層２４ｃを多層に設けて反射膜と
し、後面に酸化アルミニウム層２４ｄの反射防止膜を設
けたものがある。

【００１６】フロントビーム対リアビームの発光出力比
が、従来から使用されているレーザダイオードでは１：
０．５とし、本実施でのレーザダイオード２４の発光出
力比は１：２とする。この場合、本実施例において光量
モニタ用フォトダイオード２５が受光するリアビームの
光量は、従来例に比べて４倍となる。以下、リアビーム
の発光出力が大きいことの持つ意味を考察する。

【００１７】光量モニタ部において、モニタ電流Ｉｍは
フォトダイオード２５の受光量（リアビームの発光出
力）に比例する。従って、モニタ部入力電圧Ｖｍ_INはＩ
ｍ・Ｒ ₂（Ｒ₂は抵抗Ｒ２の抵抗値）で表される。そし
て、モニタアンプ１４によって得られるモニタ電圧Ｖｍ
_OUTは以下の式（１）で表わされる。

【００１８】

【数１】

【００１９】さらに、モニタ電圧Ｖｍ_OUTはコンバータ
Ｄ／Ａ１の出力によってほぼ決まる値であり、通常１〜
２Ｖ程度のダイナミックレンジを有している。ここで、
前記式（１）に基づいて求められるモニタ電圧Ｖｍ_OUT
が同一の値となる場合を従来例と本実施例とで比較す
る。モニタ電圧Ｖｍ_OUTは従来例にあっては本実施例の
４分の１である。従来例においてこの差を補うために
は、（１）抵抗値Ｒ₄を小さくしてゲインを大きくす
る、（２）抵抗値Ｒ₂を大きくして入力電圧Ｖｍ_INを大
きくする、の２点が考えられる。

【００２０】前記（１）に関しては、通常オペアンプで
はゲイン帯域幅が存在し、例えば４００ＭＨｚである。
この場合、２０ＭＨｚの信号を扱うにはゲインは２０ま
でしか使用できないことを意味している。従来例におい
て１０ＭＨｚの信号をゲイン２０で使用していたとする
と、応答性をさらに高速にするには２０ＭＨｚが限界と
なる。ところが、本実施例においてモニタ電流Ｉｍは従
来例の４倍であるため、ゲインは４分の１（即ち、ゲイ
ンは５）でよいことになる。従って、本実施例では８０
ＭＨｚの信号を扱うことができ、より高速で応答性のよ
い制御が可能となる。

【００２１】また、前記（２）に関しては、モニタ用フ
ォトダイオード２５の特性を考慮する必要がある。フォ
トダイオードは通常それに接続されている抵抗の値（本
実施例では抵抗Ｒ２の抵抗値Ｒ₂）が大きくなると、応
答速度が低下する特性を有している。従って、抵抗値Ｒ
₂を大きくする必要のない本実施例が好ましいといえ
る。

【００２２】次に、モニタ精度について考察する。オペ
アンプには通常オフセット電圧Ｖosが存在する。このオ
フセット電圧Ｖosは出力されるときには、入力信号と同
様のゲインで増幅される。この点に鑑みると、小さい入
力信号にオフセット電圧が付加され、それを大きく増幅
する従来例と、大きい入力信号にオフセット電圧が付加
され、それを小さく増幅する本実施例とでは、本実施例
の方がモニタ精度の面で有利である。

【００２３】モニタ電圧Ｖｍ_OUTを表わす前記式（１）
にオフセット電圧Ｖosを加えると、以下の式（２）とな
る。

【００２４】

【数２】

【００２５】前記式（２）において、Ｖｍ_OUTを１Ｖ、
Ｒ₂を１００、Ｉｍを従来例が０．５ｍＡ、本実施例が
２．０ｍＡ、ゲインを従来例が２０、本実施例が５、Ｖ
osを２ｍＶとすると、従来例では、Ｖｍ_OUT＝２０×０．５ｍＡ×１００＋２０×２ｍＡ＝１０００ｍＡ＋４０ｍＡとなり、本実施例では、Ｖｍ_OUT＝５×２ｍＡ×１００＋５×２ｍＡ＝１０００ｍＡ＋１０ｍＡとなる。

【００２６】即ち、Ｖｍ_OUTに対するＶosの影響は、従
来例では４％であったが、本実施例では１％に低減し、
特に、画像の階調再現においてモニタ電流Ｉｍの低い低
濃度部でのモニタ精度が安定し、階調再現性が良好とな
る。なお、本発明に係るレーザビーム光学系は前記実施
例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に
変更可能である。

【図面の簡単な説明】図面は本発明に係るレーザビーム光学系の一実施例を示
す。

【図１】レーザビーム光学系の概略構成を示す斜視図。

【図２】光源ユニットを示す斜視図、キャップ及びガラ
ス板の一部が切り欠かれている。

【図３】レーザダイオードの説明図。

【図４】レーザダイオードの制御回路を示すブロック
図。

【符号の説明】

１…感光体ドラム１０…レーザダイオード制御回路１３…駆動用アンプ１４…モニタ用アンプ２０…レーザビーム光学系２１…光源ユニット２４…レーザダイオード２５…フォトダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データに基づいてレーザダイオード
を駆動し、該レーザダイオードから放射されたレーザビ
ームによって感光体上を走査するレーザビーム光学系に
おいて、感光体上を走査するフロントビームの発光出力よりもリ
アビームの発光出力が大きいレーザダイオードと、前記レーザダイオードから放射されたリアビームの発光
出力を検出するフォトダイオードと、前記フォトダイオードの検出値に基づいてレーザダイオ
ードの駆動電流を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするレーザビーム光学系。