JPH0933832A - 光走査装置および光走査装置におけるレーザビーム変調方法 - Google Patents

光走査装置および光走査装置におけるレーザビーム変調方法

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JPH0933832A
JPH0933832A JP7205207A JP20520795A JPH0933832A JP H0933832 A JPH0933832 A JP H0933832A JP 7205207 A JP7205207 A JP 7205207A JP 20520795 A JP20520795 A JP 20520795A JP H0933832 A JPH0933832 A JP H0933832A
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JP
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laser beam
photodiode
laser diode
intensity
scanning device
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JP7205207A
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Yoshiyuki Araki
佳幸 荒木
Naoyuki Okamoto
直之 岡本
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Pentax Corp
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Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザダイオードから射出されたレーザビー
ムをフォトダイオードで受光し、フォトダイオードに流
れる電流に基づいてレーザビームの出力を制御する光走
査装置において、高速なフィードバック制御を可能にす
ること。 【解決手段】 所定の被走査面をレーザビームで走査露
光するものであって、レーザビームを射出するレーザダ
イオード(16)と、前記レーザダイオードから射出さ
れた前記レーザビームの一部を受光するフォトダイオー
ド(26)と、前記フォトダイオードの出力電流に基づ
いてレーザダイオードから出力される前記レーザビーム
の強度を調整する帰還制御手段と、前記レーザダイオー
ドと前記フォトダイオードとの間に配置され、前記フォ
トダイオードの受光部における前記一部のレーザビーム
の光強度を調整する入射光強度手段(25)を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザダイオー
ドの発光強度を変調して光走査を行う光走査装置及び、
光走査装置におけるレーザ光変調方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、レーザダイオードの発光強度
を変調して走査露光を行い、感光体上に画像(潜像)を
形成する光走査装置が知られている。この種の光走査装
置、特に階調を有する画像を形成する装置においては、
レーザダイオードの発光強度のレベルを安定させるため
に、画像の形成に寄与しない期間を利用して白レベル・
黒レベルの設定を行ういわゆるAPC(自動強度制御)
が行われている。APCは、一般に次のようにして行わ
れる。まず、レーザダイオードより射出されたレーザ光
をフォトダイオードで受光する。フォトダイオードに
は、受光レーザ光の強度に比例した大きさの電流が流れ
る。この電流の大きさに基づいてレーザダイオードの出
力をフィードバック制御することにより、APCが行わ
れる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】フォトダイオードは、
その感度、すなわち受光光量に対して発生する電流値に
個体差がある。また、一般には、フォトダイオードはレ
ーザダイオードと同一のパッケージに組み込まれてお
り、レーザダイオードとフォトダイオードとの位置関係
にも、パッケージ毎にばらつきがある。フォトダイオー
ドが発生する電流はI−V変換器により電圧値に変換さ
れ、さらにこの電圧値がアンプに入力された後に、AP
Cの基準電圧と比較されて、レーザダイオードの出力が
制御されている。上述のようなフォトダイオードのばら
つきは、通常、電圧値が入力されるアンプのゲインを調
整することにより吸収するようになっている。アンプの
ゲインを調整するためには、分圧抵抗や可変抵抗を用い
る必要があるが、抵抗器の寄生容量などの影響で位相遅
れが発生する場合がある。特に、高速にAPC動作を行
おうとすると、上記位相遅れに起因して回路が発振する
という問題があり、改善が望まれていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の事情に鑑み、本発
明の光走査装置は、所定の被走査面をレーザビームで走
査露光するものであって、レーザビームを射出するレー
ザダイオードと、前記レーザダイオードから射出された
前記レーザビームの一部を受光するフォトダイオード
と、前記フォトダイオードの出力電流に基づいてレーザ
ダイオードから出力される前記レーザビームの強度を調
整する帰還制御手段と、前記レーザダイオードと前記フ
ォトダイオードとの間に配置され、前記フォトダイオー
ドの受光部に入射する前記一部のレーザビームの強度を
調整する入射光強度調整手段とを設けたことを特徴とし
ている。
【0005】ここで、前記入射光強度調整手段は、前記
フォトダイオードに入射する前記レーザビームの一部の
光路中に配置された可変絞りにより構成することが可能
である。
【0006】また、回路動作の高速化を達成するため
に、前記フォトダイオードはレーザダイオードと同一パ
ッケージに設けられたものではなく、パッケージ外部に
設けたものを用いることが望ましい。そして、その場
合、前記光走査装置は前記レーザダイオードから射出さ
れた光を、前記被走査面と前記フォトダイオードとにそ
れぞれ向かうビームに分割する、ビーム分割手段を有す
る構成となる。
【0007】また、本発明の光走査装置におけるレーザ
ビーム変調方法は、感光体表面をレーザダイオードから
射出されるレーザビームにより走査露光する光走査装置
において、常に前記レーザダイオードをフィードバック
制御しながら強度変調することを特徴としている。すな
わち、描画データの全ての階調に対し、強度をフィード
バック制御しながら変調することを特徴としている。
【0008】別の観点からは、本発明の光走査装置にお
けるレーザビーム変調方法は、感光体表面をレーザダイ
オードから射出されるレーザビームで走査露光するもの
であって、前記レーザダイオードから射出された前記レ
ーザビームの一部を受光するフォトダイオードと、前記
フォトダイオードの出力電流と参照値を比較して、比較
結果に基づいてレーザダイオードの出力を調整するフィ
ードバック制御手段とを有する光走査装置において、前
記参照値を描画データに基づいて変化させることにより
前記レーザビームを強度変調することを特徴としてい
る。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明を適用した、レー
ザビームプリンタ100の光走査装置1の構成を示すブ
ロック図である。レーザビームプリンタ100はプリン
タコントローラ部3と光走査装置1とを有し、両者は、
ケーブル2で接続されている。
【0010】プリンタコントローラ部3は、詳細な説明
は省略するが、印刷される画像をビットマップデータと
して画像メモリ31に格納している。このビットマップ
データが、1ライン分毎に、後述する水平同期信号HS
YNCに同期して画像メモリ31から読み出され、画像
クロック32から出力される転送クロックCLKに同期
して光走査装置1へ転送される。本レーザビームプリン
タ100においては、1024階調の画像の描画が可能
となっている。即ち、各ラインは複数のドット(画素)
情報を有しており、各ドット(画素)情報は、1024
階調の情報を有する10ビットのデータとして構成され
ている。従って、各ラインの複数のドットそれぞれに対
応してD0〜D9の10ビットのデジタルデータが画像
メモリ31から光走査装置1へ転送されるようになって
いる。
【0011】一方、CPU33はポリゴンモータ制御回
路11を制御してポリゴンミラー12を図中矢印PLで
示す方向に回転させると共に、画像メモリ31からのデ
ータの転送を制御する。また、CPU33は、白レベル
設定用D/Aコンバータ13および黒レベル設定用D/
Aコンバータ14に、それぞれレベル設定の為のデータ
を送る(詳しくは後述する)。
【0012】レーザダイオード16から射出されたレー
ザ光はコリメートレンズ17により平行光に変換された
後に、ビームスプリッタ18により、パワー調整のため
の検出用ビームL2と、走査の為の走査ビームL1に分
割される。走査ビームL1はシリンドリカルレンズ19
により副走査方向にのみパワーが与えられて、ポリゴン
ミラー12に向う。ポリゴンミラー12の反射面で反射
されたビームは、fθレンズ20を介して、図示しない
感光ドラムの表面(感光体)を図中矢印MSで示す方向
に走査しつつ露光する(主走査が行われる)。感光ドラ
ムは主走査方向に平行な回転軸を有しており、所定の速
度で回動される(副走査が行われる)。この結果、感光
体面には2次元の潜像が形成される。この潜像にはトナ
ーが付着されて(現像されて)、記録紙に転写された後
に、熱・圧力が加えられて定着される。
【0013】fθレンズ20を透過した走査ビームを、
画像形成に寄与しない位置にて、書き出し位置検出回路
22に向けて反射させる書き出し位置検出用のミラー2
1が主走査方向上流側に設けられており、書き出し位置
検出用ミラー21により反射されたビームは書き出し位
置検出回路22の受光部に入射する。書き出し位置検出
回路22はレーザビームを受光する毎にパルス信号を出
力する。すなわち、一回の走査が行われる毎に、書き出
し位置検出回路22はパルス信号を出力する。この書き
出し位置検出回路22の出力パルスが、水平同期信号と
してプリンタコントローラ3に送られる。
【0014】ビームスプリッタ18により分割された、
パワー調整用の検出用ビームL2は収束用のレンズ24
を介してフォトダイオード26の受光部に入射する。レ
ンズ24とフォトダイオード26との間には、パワー調
整用の絞り25が配置されており、フォトダイオード2
6の取り付け位置や感度などの個体差を吸収するように
なっている。詳しくは後述する。尚、本光走査装置1に
おいては、レンズ24により収束させた光束の光強度を
可変絞り25により調整しているが、レンズ24を介在
させない構成とすることも可能である。
【0015】フォトダイオード26の受光部に、ビーム
スプリッタ18により分割されたレーザビームL2が入
射すると、入射ビームの強度に比例した電流が流れる。
この電流を、I−V変換器41により電圧に変換し、さ
らに反転アンプ42により所定の増幅率で増幅してパワ
ー調整用の電圧Vpdを得る。電圧Vpdは差動アンプ43
の負端子に入力される。
【0016】差動アンプ43の正端子には、パワー調整
用の基準電圧となる電圧Vrefが入力される。基準電圧
Vrefは加算器47から出力される。加算器47には、
詳しくは後述するが、白レベルに対応するオフセット値
と、描画データに対応した強度変調用の電圧値が入力さ
れる。差動アンプ43は、基準電圧Vrefと反転アンプ
42の出力Vpdが入力されると、Vref−Vpdを出力す
る。この電圧Vref−VpdはV−I変換器44により、
その大きさに対応した電流値に変換されて、ホールドコ
ンデンサ45を充放電する。ここで、Vref−Vpd>0
であればホールドコンデンサの充電、Vref−Vpd<0
ならばホールドコンデンサの放電が行われる。このホー
ルドコンデンサ45の電位が次段のV−I変換器46の
入力となる。V−I変換器46は、印加電圧に対応した
電流をレーザダイオード16に流す。レーザダイオード
16は電流の大小に応じた強度のレーザビームを出力す
る。
【0017】従来の光走査装置においては、一般に、レ
ーザダイオードとフォトダイオードは同一のパッケージ
に組み込まれており、APC(自動強度制御)は、パッ
ケージ内のフォトダイオードに流れる電流を用いて行っ
ていた。しかし、本発明にかかる光走査装置1において
は、ビームの強度変調を、常時フィードバック制御しな
がら行うために、フォトダイオード26の応答が速いこ
と、受光ビームの強度に対するフォトダイオード26に
流れる電流の特性がリニアリティを保っていることが要
求される。パッケージに内蔵されたフォトダイオードの
場合、パッケージ内部でのレーザビームの乱反射等に起
因するビームの干渉などにより、十分に強度−電流特性
のリニアリティが保証されない可能性があるため、本実
施例の光走査装置では、レーザダイオードのパッケージ
の外部にフォトダイオード26を設けている。
【0018】このフォトダイオード26に、レーザダイ
オード16から射出されたレーザビームを導くために、
光路中にビームスプリッタ18が配置されている。ビー
ムスプリッタ18は入射ビームをポリゴンミラー12へ
向かうビームL1とフォトダイオードへ向かうビームL
2とに、所定の比率で分割するものである。なお、この
ビームスプリッタ18は、APCを目的としてビーム分
割するためのものであるため、偏光成分による分割では
なく、ハーフミラーなどを用いた、強度のみを分割する
ものである。
【0019】ビームスプリッタ18により分割され、フ
ォトダイオード26に向かうビームL2はレンズ24に
よりフォトダイオード26の受光部に収束される。前述
のように、フォトダイオード26の特性には個体差があ
る。また、ポリゴンミラー12の反射面の反射率や、f
θレンズ20のコーティング等による透過率により、感
光ドラム表面におけるビーム強度と、フォトダイオード
26の受光部におけるビーム強度は、設計値と完全には
一致しないことが考えられる。従来、このような誤差
は、反転アンプ42の増幅率を、可変抵抗器により調整
することにより吸収していた。しかし、高速に帰還をか
ける本実施例の場合には、可変抵抗器を用いることによ
り、回路が発振する場合があるため、可変絞り25をフ
ォトダイオード26の受光部とビームスプリッタ18と
の間に配置することにより、フォトダイオード26への
入射光を規格化している。ここで規格化という言葉は、
感光ドラム表面のビーム強度とフォトダイオード26の
受光部のビーム強度とが所定の比率となるようにする、
という意味で用いている。
【0020】図2は、規格化手段である可変絞り25の
斜視図である。光走査装置のユニットフレーム底面40
に形成された円形の突起部40Pに、開口25Hが形成
された円筒形の台座部25Bが回動自在にはめ込まれて
いる。台座部25Bの側面には、台座部25Bが突起4
0Pにはまり込んだ状態で、フレーム底面40に当接す
る鍔部25Fが形成されており、台座部25Bの上面に
は互いに平行で所定量離れた一対の遮光部25Sが立設
されている。フォトダイオード26へ向かうビームL2
の光軸が一対の遮光部25Sの間の空隙部25Vを通る
ようになっている。鍔部25Fには、可変絞り25の回
動軸を中心とした円弧状の長孔25Gが形成されてお
り、固定用のビス125が長孔25Gに挿通され、フレ
ーム底面40に螺合している。
【0021】フォトダイオード26の受光部に於ける光
量の調整は、この可変絞り25を回動することにより行
う。光量調整は、例えば、所定の基準電圧Vrefに対
し、感光ドラム表面で受光されるビームの強度がその基
準電圧Vrefに対応した値となるように、可変絞り25
を回動してフォトダイオード26の受光量を調整するこ
とにより行う。調整はビス125を緩めた状態で、長孔
25Gをビス125に沿わせつつ、可変絞り25を突起
部40Pを中心に回動して行う。光量調整が終わると
(すなわちフォトダイオード26に入射するビームの規
格化が完了すると)、ビス125を締め付けて、鍔部2
5Fをフレーム底面40に固定する。
【0022】以上の構成により、レーザダイオード16
がレーザビームを出力している間に、Vref−Vpdに応
じてホールドコンデンサ45の充放電が繰り返され、最
終的にはVpdが、差動アンプ43の正端子側に入力され
る基準電圧Vrefと一致するような強度のレーザビーム
がレーザダイオード16から出力されて、安定する。即
ち、基準電圧Vrefに基づいてレーザダイオード16か
ら出力されるレーザビームの強度が自動制御されること
になる。
【0023】上記のように構成された回路において、基
準電圧Vrefを変化させると、それに追従してレーザビ
ームの強度が変更される(常に帰還がかかっているた
め)。従って、基準電圧Vrefを画像データに基づいて
変化させることにより、レーザビームの強度変調を行う
ことができる。
【0024】図3は、レーザダイオード16の電流−出
力特性を示すグラフである。一般にレーザダイオード1
6は閾値電流Ithより小さい電流ではその出力が安定せ
ず、閾値電流Ith以上の電流が流れた場合に、安定して
レーザビーム16を出力する。従って、階調を有するデ
ータに応じてレーザビームの強度を制御する場合には、
レーザダイオード16に流れる電流は閾値電流Ithより
大きく、安定してレーザ発振する部分Lにおいて駆動制
御する必要がある。なお、本発明にかかる光走査装置1
においては、常時フィードバック制御を行いつつ強度変
調しているため、安定発振部分においてレーザビームの
電流−強度特性が直線的でなくても、正確な階調出力が
得られる。
【0025】図1において、基準電圧Vrefを0とする
と、ホールドコンデンサ45の電位が0となり、レーザ
ダイオードに流れる電流も0、従ってビームの強度も0
となる。この状態から、ある強度のレーザビームを出力
させる場合を考える。この時、出力させようとするレー
ザビームの強度がどのような値であっても、基準電圧V
refは、レーザダイオード16にIth以上の電流が流れ
るような値でなければならない。また、データの階調に
応じた強度のビームを出力するためには、レーザダイオ
ード16に流す電流を、レーザダイオードが安定して発
振する区間(図3の安定発振区間L)内で制御する必要
がある。このため、ホールドコンデンサ45の電位が0
の状態からある強度のビームを出力させるためには、レ
ーザダイオード16に流れる電流を、一旦Ithを越えた
値にまで増加させる必要が生ずる。ホールドコンデンサ
45の電位が0になると、次のデータに応じてホールド
コンデンサ45を充電する際、レーザダイオード16に
流れる電流がIthとなるまでの時間は実質的にはロス時
間となる。すなわち、レーザビームの強度が0でない場
合には、必ずホールドコンデンサ45はある電位までは
充電されている必要があり、レーザビームの強度が0の
場合に限って、ホールドコンデンサ45の電位が0とな
るように制御すると、印字データが白を示す毎にホール
ドコンデンサ45を0電位とすことになり、回路の動作
スピードが低下する。
【0026】そこで、本実施例の光走査装置1において
は、印字データが白の場合にも、完全にレーザビームの
強度を0とするのではなく、感光ドラムが感光しない程
度のパワー、すなわち白が印字できる程度に小さいパワ
ー(Pmin)をオフセット値として定めておき、動作速
度の低下を防いでいる。即ち、ホールドコンデンサ45
の電位は、最低でもレーザビームのパワーがPminとな
るような値をとるようにしている。そして、印字データ
が白(D0〜D9が全て0)で、かつ、レーザビーム1
6のパワーがPminとなる場合の基準電圧Vrefが、白レ
ベル設定用D/Aコンバータ13の出力電圧と等しい値
となっている。なお、この白レベル設定用D/Aコンバ
ータ13は、CPU33からのデジタルデータをD/A
変換して出力するようになっている。これは、印字濃度
全体のシフトや、カラー印字する際に色成分別に強度を
シフトさせることができるようにするためである。この
値は、可変抵抗器等を利用して変化させるようにするこ
とも可能である。また、予め白レベルに対応する値が分
かっており、特に白レベルを変更する必要性がなけれ
ば、固定値にしても良い。
【0027】強度変調用D/Aコンバータ15は乗算型
のD/Aコンバータであり、前述のD0〜D9の10ビ
ットのデータとして入力される1024階調の描画デー
タ(すなわちビームの変調用データ)と、黒レベル設定
用D/Aコンバータ14からの出力値との乗算結果を、
強度変調用電圧として出力する。従って、強度変調用D
/Aコンバータ15に、D0〜D9の各ビットが全て1
となっているデータが入力された時が、最大パワーのビ
ームが出力される時であり、この時の値が図3のPmax
となるような値が黒レベル設定用D/Aコンバータ14
から出力される。即ち、黒レベル設定用D/Aコンバー
タ14の出力値と1024の積に白レベル設定用D/A
コンバータ13の出力値を加算した値を基準電圧Vref
としたときに、レーザダイオードの出力ビームの強度が
Pmaxとなる。
【0028】黒レベル設定用D/Aコンバータ14は、
CPU33から送られる黒レベル設定データをD/A1
4変換して電圧値を出力する構成となっている。例え
ば、白レベルの設定を変更した場合に、同時に黒レベル
がシフトすることを防ぐために、黒レベルの設定を変更
することができる。なお、黒レベルの設定は可変抵抗器
等を用いて変化させる構成としても良い。また、黒レベ
ルを変更する必要がなければ、白レベルの場合と同様、
固定値としても差し支えない。
【0029】以上のように構成された光走査装置に、デ
ータD0〜D9が入力された場合の動作を説明する。デ
ータD0〜D9は、強度変調用D/Aコンバータ15に
入力される。強度変調用D/Aコンバータ15から出力
される電圧値は、データD0〜D9で表される値を十進
数のnとすると(階調=n/1024)、 電圧値= n/1024 × (Pmax − Pmin) で表される。従って、加算器47の出力電圧Vrefは、 Vref = Pmin + { n/1024 × (Pmax −
Pmin)} となる。n=0ならVref=Pminであり、n=1024
ならVref=Pmaxである。上記のようにデータD0〜D
9に応じて基準電圧Vrefが加算器47から出力される
と、データD0〜D9により示される階調に応じた強度
のレーザビームが出力されることになる。
【0030】描画する全てのドットに対して上述の処理
が行われる。即ち、各描画ドットに対してレーザダイオ
ードをフィードバック制御するため、階調に対するレー
ザビームの強度設定が確実に行われる。言い換えれば、
階調に関して高い解像度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるレーザビームプリンタの構成を
示すブロック図である。
【図2】光走査装置の、可変絞りの斜視図である。
【図3】レーザダイオードの電流−強度特性を示すグラ
フである。
【符号の説明】
13 白レベル設定用D/Aコンバータ 14 黒レベル設定用D/Aコンバータ 15 強度変調用D/Aコンバータ 47 加算器 16 レーザダイオード 26 フォトダイオード 18 ビームスプリッタ 25 可変絞り

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の被走査面をレーザビームで走査露光
    するものであって、 レーザビームを射出するレーザダイオードと、 前記レーザダイオードから射出された前記レーザビーム
    の一部を受光するフォトダイオードと、 前記フォトダイオードの出力電流に基づいてレーザダイ
    オードから出力される前記レーザビームの強度を調整す
    る帰還制御手段と、 前記レーザダイオードと前記フォトダイオードとの間に
    配置され、前記フォトダイオードの受光部に入射する前
    記一部のレーザビームの光強度を調整する入射光強度調
    整手段とを設けたことを特徴とする、光走査装置。
  2. 【請求項2】前記入射光強度調整手段は、前記フォトダ
    イオードに入射する前記レーザビームの一部の光路中に
    配置された可変絞りであることを特徴とする、請求項1
    に記載の光走査装置。
  3. 【請求項3】前記光走査装置は前記レーザダイオードか
    ら射出された光を、前記被走査面と前記フォトダイオー
    ドとにそれぞれ向かうビームに分割する、ビーム分割手
    段を有することを特徴とする、請求項1または2に記載
    の光走査装置。
  4. 【請求項4】前記被走査面は感光体であり、前記レーザ
    ビームを強度変調して前記感光体表面を走査露光する事
    により、前記感光体表面に潜像を形成することを特徴と
    する、請求項1から4のいずれかに記載の光走査装置。
  5. 【請求項5】前記帰還制御手段は、前記フォトダイオー
    ドに流れる電流を電圧値に変換する手段を有し、前記電
    圧値と基準電圧値を比較することにより、前記レーザダ
    イオードから出力される前記レーザビームの強度を調整
    することを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記
    載の光走査装置。
  6. 【請求項6】前記基準値を描画データに基づいて増減す
    る事により、前記レーザビームを強度変調することを特
    徴とする、請求項5に記載の光走査装置。
  7. 【請求項7】感光体表面をレーザダイオードから射出さ
    れるレーザビームにより走査露光する光走査装置におい
    て、 常に前記レーザダイオードをフィードバック制御しなが
    ら強度変調することを特徴とする、光走査装置における
    レーザビーム変調方法。
  8. 【請求項8】感光体表面をレーザダイオードから射出さ
    れるレーザビームで走査露光するものであって、前記レ
    ーザダイオードから射出された前記レーザビームの一部
    を受光するフォトダイオードと、前記フォトダイオード
    の出力電流と参照値を比較して、比較結果に基づいてレ
    ーザダイオードの出力を調整するフィードバック制御手
    段とを有する光走査装置において、 前記参照値を描画データに基づいて変化させることによ
    り前記レーザビームを強度変調することを特徴とする、
    光走査装置におけるレーザビーム変調方法。
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