JPH10135558A

JPH10135558A - 半導体発光素子の光量制御方法および装置

Info

Publication number: JPH10135558A
Application number: JP30554396A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 昌法加藤; Takeshi Fujii; 武藤井
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1996-11-01
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 1998-05-22
Anticipated expiration: 2016-11-01
Also published as: JP3628128B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画像データに基づいてオン・オフ制御される
光ビームを射出する半導体発光素子の光量制御方法にお
いて、半導体発光素子の光量が自己発熱により変化する
のを補正して、高精度な光量制御を可能にし、特に光ビ
ーム走査装置に適用した場合に画質の向上を可能にす
る。【解決手段】所定の画像データの画像記録に先行して
この画像データに近接する一定範囲内の画像データのオ
ン・オフ時間比を求め、このオン・オフ時間比に基づい
て所定の画像データを記録するための駆動電流に付加す
るバイアス電流を制御して、光ビームの光量を略一定に
制御する。

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、半導体レーザな
どの半導体発光素子が出力する光ビームの光量がそのオ
ン・オフ時間比により変動するのを防止する半導体発光
素子の光量制御方法と、この方法の実施に直接使用する
光量制御装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザや発光ダイオードなどの半
導体発光素子では、駆動電流がしきい値電流を超えるか
否かにより光ビームがオン・オフする。例えば半導体レ
ーザでは、このしきい値電流以下では光は自然光であ
り、これを超えると誘導放出光が発振されてレーザビー
ムが射出される。

【０００３】また半導体レーザではその光変換効率が温
度に非常に敏感であり、駆動電流が固定の場合には出力
ビームの光量の温度依存性が大きい。そのため駆動電流
のうち発光に寄与しない成分が熱に変って半導体レーザ
の温度が上昇し（自己発熱）、出力ビームの光量が低下
する現象（ドループ現象）がみられる。

【０００４】このため半導体レーザをオン・オフ制御す
る駆動電流を、画像データに基づいてオン・オフ変化す
るパルス電流と、一定電流のバイアス電流（固定バイア
ス電流）とを加算することにより形成している。すなわ
ちバイアス電流を付加することにより、光量低下を防ぐ
ものである。

【０００５】図２は、この半導体レーザを駆動する電流
（駆動電流）を形成するパルス電流Ｉ_Pおよびバイアス
電流Ｉ_Bの波形と、出力光量Ｐとの関係を説明する図で
ある。この図２において、画像データが１１１１…とな
って連続して画素の書込みを指示する場合には（図２の
上段左側の（Ａ）参照）、パルス電流Ｉ_Pはこの画像デ
ータが１の間連続してＨレベルとなる。そしてこれに一
定のバイアス電流Ｉ_Bを付加した駆動電流Ｉ_D（＝Ｉ_P＋
Ｉ_B）で半導体レーザを駆動していた。

【０００６】同様に画像データが画素ごとに交互に１と
０とに変化する場合には（図２の下段左側の（Ｂ）参
照）、パルス電流Ｉ_Pもこれに対応してＨレベルとＬレ
ベルとに交互に変化する。この場合もバイアス電流Ｉ_B
は一定であって、画像データが連続して１となる場合
（同図（Ａ））のバイアス電流Ｉ_Bと同じ電流値として
いた。

【０００７】

【従来技術の問題点】しかし半導体レーザは前記したよ
うに温度依存性が大きいため、例えば連続する駆動電流
Ｉ_D＝Ｉ_P＋Ｉ_Bを半導体レーザに供給する場合（図２の
（Ａ））には、出力光量Ｐは時間経過と共に大きく減少
する。同様に駆動電流Ｉ_D＝Ｉ_P＋Ｉ_Bがパルス状に断続
する場合（図２の（Ｂ））には、出力光量Ｐは各駆動電
流Ｉ_Dのパルスの時間幅内で時間と共に減少する。

【０００８】このように出力光量が駆動電流Ｉ_Dにより
変化すると、記録画像の画質が劣化するという問題が生
じる。例えばこのような半導体レーザを使って走査光学
系により走査する光ビーム走査装置では、長い連続する
黒線となる走査ラインを書き込む場合に、走査ラインの
走査始点側で濃くなり、終点側で淡くなる。

【０００９】そこでこのように走査ラインの終点側で走
査ラインが淡くなるのを防ぐため、駆動電流Ｉ_Dに付加
するバイアス電流Ｉ_Bを十分大きく設定することが考え
られる。しかしこの場合には画像を書き込むパルス電流
Ｉ_Pがオフの時すなわち白を書込む時にもこの大きなバ
イアス電流が半導体レーザに供給されることになる。こ
のため半導体レーザは出力光量Ｐが０になるべき時にも
僅かな光量の光ビームを出力し続けることになり、白と
なるべき画像領域が淡く着色することになる。

【００１０】

【発明の目的】この発明はこのような事情に鑑みなされ
たものであり、半導体レーザなどの半導体発光素子の光
量が自己発熱により変化するのを補正して、高精度な光
量制御を可能にし、特に光ビーム走査装置に適用した場
合には画質を向上させることができる半導体発光素子の
光量制御方法を提供することを第１の目的とする。また
この方法の実施に直接使用する光量制御装置を提供する
ことを第２の目的とする。

【００１１】

【発明の構成】この発明によればこの第１の目的は、画
像データに基づいてオン・オフ制御される光ビームを射
出する半導体発光素子の光量制御方法において、所定の
画像データの画像記録に先行してこの画像データに近接
する一定範囲内の画像データのオン・オフ時間比を求
め、このオン・オフ時間比に基づいて前記所定の画像デ
ータを記録するための駆動電流に付加するバイアス電流
を制御して、光ビームの光量を略一定に制御することを
特徴とする半導体発光素子の光量制御方法により達成さ
れる。

【００１２】ここにバイアス電流は、一定の固定バイア
ス電流Ｉ_BFと、オン・オフ時間比に依存して変化する付
加バイアス電流Ｉ_BAとの和で形成できる。光ビーム走査
装置に適用する場合には、一走査ラインのオン・オフ時
間比をこの走査ラインの画像記録より先行して求めてお
き、この走査ラインの画像出力時にはこの求めたオン・
オフ時間比によりバイアス電流Ｉ_Bを決めることができ
る。

【００１３】オン・オフ時間比は、所定の画像データに
近接した一定画像領域やこの所定画像データを含む一走
査ラインに対して求める代わりに、もっと狭い範囲、例
えば走査ライン上で所定の画像データを含む一定範囲ご
とに求め、この一定範囲内の画像記録時にこの求めたオ
ン・オフ時間比を用いてもよい。

【００１４】オン・オフ時間比は、画像データを一走査
ラインごとにラインメモリに読込む際に求めることがで
きる。しかし例えば１ページ分などの所定量の画像デー
タをページメモリに読込む際（あるいは読込んだ後）
に、画像データの領域ごとに対応したオン・オフ時間比
を予め求めてメモリに記憶しておいてもよい。この場合
にはこのメモリに入れたデータを画像出力時に順次読出
しながらバイアス電流を決めればよい。

【００１５】本発明の第２の目的は、画像データに基づ
いてオン・オフ制御される光ビームを射出する半導体発
光素子の光量制御装置において、前記半導体発光素子の
オン・オフ時間比による光量変化を補正するために半導
体発光素子の駆動電流に付加する付加バイアス電流を記
憶するメモリと、一定範囲の画像データから画像データ
のオン・オフ時間比を求めるデューティ比検出部と、求
めたオン・オフ時間比に対応する付加バイアス電流を前
記メモリのデータを用いて求める付加バイアス電流発生
部と、前記一定範囲の画像データに基づいて前記半導体
発光素子をオン・オフさせるためのパルス電流を出力す
るパルス変調部と、このパルス電流に前記付加バイアス
電流を含むバイアス電流を付加して半導体発光素子の駆
動電流を出力する加算部とを備えることを特徴とする半
導体発光素子の光量制御装置により達成される。

【００１６】ここに半導体発光素子は、半導体レーザ
や、発光ダイオードなどの半導体の発光現象を利用した
素子が使用できる。光ビーム走査装置に適用する場合に
は、走査ラインの先頭側で光ビームの光量を光検出器で
検出し、その結果をパルス変調部にフィードバックさせ
てパルス電流の出力電流レベルを決める光量制御手段が
考え得る。

【００１７】

【実施態様】図１はこの発明の一実施態様を説明する
図、図２はそのバイアス電流Ｉ_Bを形成するパルス電流
Ｉ_Pおよびバイアス電流Ｉ_Bと出力光量Ｐとの関係を従来
技術と比較して説明する図である。また図３は動作説明
図である。

【００１８】図１に示す実施態様は、本発明を光ビーム
走査装置に適用したものであり、画像を記録するもので
ある。この図１において符号１０は半導体レーザであ
り、温度制御部１２を有する。この温度制御部１２は、
例えば温度制御用ペルチェ素子で形成され、環境温度が
変化してもレーザーの温度を一定に制御する。すなわち
半導体レーザ１０の駆動電流Ｉ_Dにより発生する熱をペ
ルチェ素子により吸熱し、温度変化を抑制するものであ
る。

【００１９】１４はコリメート光学系であり、半導体レ
ーザ１０が射出するレーザビームを平行ビームとする。
この平行なレーザビームは回転多面鏡（ポリゴナルミラ
ー）１６およびｆθレンズ１８からなる走査光学系によ
り、感光体２０に導かれる。感光体２０はドラム２２に
保持され、レーザビームは回転多面鏡１６の回転に伴っ
て感光体２０上を走査する。２４はこの時のレーザビー
ムの走査軌跡である走査ラインである。

【００２０】走査ライン２４の先頭側すなわち走査開始
側には、光検出器としてのフォトセンサ２６が設けら
れ、レーザビームの光量Ｐを検出する。この光量Ｐを示
す信号はパルス電流制御部２８に導かれ、後記するよう
に光量制御装置にフィードバックされる。すなわちこの
パルス電流制御部２８では、光量の設定値Ｐ₀と検出し
た光量Ｐとの差ΔＰ（＝Ｐ₀−Ｐ）を求め、光量制御装
置ではこの差ΔＰを０にするように光量を制御するもの
である。

【００２１】この光量制御装置は、外部の画像装置（図
示せず）から送られて来る画像データを走査ライン２４
の一本分の画像データごとにラインメモリ３０に取込
む。そしてこの読込んだ画像データをパラレル→シリア
ル変換部（Ｐ／Ｓ変換部）３２でシリアル信号の形式に
変換する。このシリアル信号は走査ライン２４の走査に
同期して画素ごとに変化する２値信号である。

【００２２】すなわち図２に示すように画像データが１
ならＨレベルの信号を出力し、画像データが０ならＬレ
ベルの信号を出力する。なおこのＨ、Ｌのレベルは逆に
設定してもよい。この２値信号はパルス変調部３４に入
力され、ここから半導体レーザ１０を駆動するためのパ
ルス電流Ｉ_Pが出力される。

【００２３】このパルス電流Ｉ_Pは、画像データが１の
時に半導体レーザ１０が黒を記録するために必要とする
電流値となり、画像データが０の時に半導体レーザ１０
が白を記録するために電流が０となる。なお黒を記録す
る時の電流値は図２の（Ｃ）、（Ｄ）に示すように前記
従来技術で説明したパルス電流Ｉ_P（図２の（Ａ）、
（Ｂ）よりも僅かに小さい。このように電流差ΔＩ_Pを
設けたのは、後記する付加バイアス電流Ｉ_BAが付加され
ることを配慮したものである。

【００２４】なおこのパルス変調部３４では、前記パル
ス電流制御部２８から送られて来る光量差ΔＰ＝Ｐ₀−
Ｐに基づいてパルス電流Ｉ_PのＨレベルの電流値を制御
している。これは前記したように半導体レーザ１０のレ
ーザビーム光量Ｐが走査ライン２４の先頭側で一定光量
Ｐ₀となるようにして走査ラインごとの濃度が不揃いに
なるのを防ぐものである。

【００２５】このようにしてパルス変調部３４で作られ
出力されるパルス電流Ｉ_Pには、加算部３６においてバ
イアス電流Ｉ_Bが加算され、両者の和Ｉ_P＋Ｉ_Bが半導体
レーザ１０の駆動電流Ｉ_Dとなる。この発明ではこのバ
イアス電流Ｉ_Bを固定バイアス電流Ｉ_BFと付加バイアス
電流Ｉ_BAとの和により形成し、付加バイアス電流Ｉ_BAを
画像データのオン・オフ時間比（以下デューティ比とい
う）に依存させるものである。

【００２６】この付加バイアス電流Ｉ_BAを形成するため
の付加バイアス電流制御部３８は次のように構成され
る。まず使用する半導体レーザ１０に特有な光量の温度
依存性を示すデータがメモリとしてのルックアップテー
ブル（ＬＵＴ）４０に記憶される。このデータは、デュ
ーティ比に対する光量の減少量を示すものであってもよ
いが、ここでは光量の減少量を補って光量を一定に保つ
ために必要なバイアス電流、すなわち付加バイアス電流
Ｉ_BAを示すものである。

【００２７】このようなデータを予めＬＵＴ４０に読込
ませた後、画像データを読込む。すなわち前記ラインメ
モリ３０に一走査ライン分の画像データを読込むが、こ
の際にバイアス電流制御部３８もこの同じ画像データを
逐次読込む。４２はデューティ比検出部であり、この読
込んだ一走査ライン分の画像データのデューティ比Ｄを
求める。ここでは画像データのオン時間（Ｔ_ON）とオフ
時間（Ｔ_OFF）を用いて、Ｔ_ON／（Ｔ_ON＋Ｔ_OFF）をデュ
ーティ比Ｄとする。

【００２８】４４は付加バイアス電流発生部であり、求
めたデューティ比Ｄに対応する付加バイアス電流Ｉ_BAを
ＬＵＴ４０のデータを用いて求める。この求めた付加バ
イアス電流Ｉ_BAは、デューティ比Ｄが大きい時（図２の
（Ｃ）参照）には大きい。またデューティ比Ｄが小さい
時（図２の（Ｄ）参照）には小さい。

【００２９】このように作られた付加バイアス電流Ｉ_BA
は、固定バイアス電流発生部４６が発生する一定の固定
バイアス電流Ｉ_BFと加算部４８で加算され、この和（Ｉ
_BA＋Ｉ_BF）が新しいバイアス電流Ｉ_Bとなる。このバイ
アス電流Ｉ_Bは前記したように加算部３６でパルス電流
Ｉ_Pと加算されて、この和（Ｉ_P＋Ｉ_B）が駆動電流Ｉ_Dと
なる。

【００３０】このようにデューティ比Ｄにより変化する
付加バイアス電流Ｉ_BAを用いて、ラインメモリ３０に記
憶した画像データを出力し感光体２０に記録する。すな
わち図３に示すように、ｎ番目の走査ラインの画像デー
タをラインメモリ３０に一時記憶して次の（ｎ＋１）番
目の走査ラインのデューティ比Ｄを求めている間にｎ番
目の走査ラインの画像記録を行う。この結果、出力光量
Ｐの減少は図２の（Ｃ）、（Ｄ）に示すように小さくな
る。

【００３１】以上の実施態様では一走査ライン分の画像
データをラインメモリ３０に読込む間に、この同じ走査
ラインで用いるデューティ比および付加バイアス電流Ｉ
_BAを求めていた。しかし他の画像データを用いてデュー
ティ比Ｄや付加バイアス電流Ｉ_BAを求めてもよい。

【００３２】図４は他の方法を示す概念図である。ここ
では一走査ライン分の画像データの一部をデューティ比
検出範囲Ａ₁、Ａ₂…とし、この検出範囲Ａ₁、Ａ₂…内の
画像データから求めたデューティ比を用いて、この検出
範囲Ａ₁、Ａ₂…の一部Ｂ₁、Ｂ₂…の画像データに用いる
付加バイアス電流Ｉ_BAを決定する。この方法によれば走
査ラインの狭い範囲ごとにデューティ比が変化してもこ
れらの狭い範囲ごとに最適な付加バイアス電流を求める
から一層画質が向上する。

【００３３】デューティ比を求める範囲は他の方法で決
めてもよい。例えば画像のある領域に対してデューティ
比を求め、この領域の画像出力時にこのデューティ比を
用いて付加バイアス電流を決めてもよい。例えば写真調
の濃度領域と文字などの２値濃度領域とを含む画像に対
しては、各領域ごとにデューティ比や付加バイアス電流
を求めるのがよい。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明は以上のように、所定の
画像データに近接する一定範囲内の画像データのデュー
ティ比を求め、このデューティ比に基づきバイアス電流
を制御して発光素子の自己発熱による光量変化を補正
し、半導体発光素子の光量を略一定に保つものであるか
ら、高精度な光量制御が可能になる。このため光ビーム
走査装置に適用して画像を記録する場合には、画質が向
上する。

【００３５】ここにバイアス電流は一定不変の固定バイ
アス電流と、デューティ比により変化する付加バイアス
電流との和で形成することができる（請求項２）。デュ
ーティ比は走査ラインごとに求め、この走査ラインを画
像出力する時にこのデューティ比から求めたバイアス電
流を用いるように構成することができる（請求項３）。

【００３６】デューティ比は同一走査ライン内の一部範
囲の画像データから求めることができ、この求めたデュ
ーティ比から得たバイアス電流をこの一部範囲内の一部
の画像データを出力するために用いることができる（請
求項４）。

【００３７】デューティ比およびバイアス電流は、一走
査ラインの画像データをラインメモリに読込んでいる間
に求め、この走査ラインを画像出力している間に次の走
査ラインのデューティ比およびバイアス電流を求めるよ
うに動作させることができる（請求項５）。また一定量
の画像データ、例えば１ページ分の画像データをページ
メモリに読込む際に、各走査ラインごとにデューティ比
あるいはバイアス電流を求めてメモリに記憶しておくこ
とも可能である。この場合には画像出力する時に走査ラ
インごとに、用いるデューティ比あるいはバイアス電流
をメモリから読出して用いることになるが、これにより
画像出力速度を上げることができる（請求項６）。

【００３８】請求項７の発明によれば、この方法の実施
に直接使用する光量制御装置が得られる。この場合半導
体発光素子は半導体レーザとすることができるが（請求
項８）、他の素子例えば発光ダイオードなどであっても
よい。この装置を光ビーム走査装置に適用した場合には
画質を向上させることができる（請求項９）。この装置
は一走査ラインごとの画像データを記憶するラインメモ
リを備え、このラインメモリに画像データを読込む間に
この走査ラインに用いるバイアス電流を求めるようにす
るのがよい（請求項１０）。

【００３９】走査ラインの走査開始側すなわち走査の先
頭側に光ビームの光量を検出する光検出器を設け、求め
た光量が一定値になるように光量をフィードバック制御
するのがよい（請求項１１）。この場合には走査ライン
ごとの先頭側の光量を一定に管理できるから走査ライン
ごとの濃淡の変動が少くなり、高品質な画像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の概念を示す図

【図２】そのバイアス電流と出力光量の関係を示す図

【図３】その動作説明図

【図４】他の実施態様の動作説明図

【符号の説明】

１０半導体発光素子としての半導体レーザ１６走査光学系の一部である回転多面鏡２０感光体２６光検出器としてのフォトセンサ３０ラインメモリ３４パルス変調部３６加算部３８バイアス電流制御部４０付加バイアス電流を記憶するメモリとしてのルッ
クアップテーブル（ＬＵＴ）４２デューティ比検出部４４付加バイアス電流発生部４６固定バイアス電流発生部４８加算部Ｉ_D 駆動電流Ｉ_P パルス電流Ｉ_B バイアス電流Ｉ_BA 付加バイアス電流Ｉ_BF 固定バイアス電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データに基づいてオン・オフ制御さ
れる光ビームを射出する半導体発光素子の光量制御方法
において、所定の画像データの画像記録に先行してこの
画像データに接近する一定範囲内の画像データのオン・
オフ時間比を求め、このオン・オフ時間比に基づいて前
記所定の画像データを記録するための駆動電流に付加す
るバイアス電流を制御して、光ビームの光量を略一定に
制御することを特徴とする半導体発光素子の光量制御方
法。
【請求項２】バイアス電流は一定の固定バイアス電流
と、オン・オフ時間比により変化する付加バイアス電流
との和からなる請求項１の半導体発光素子の光量制御方
法。
【請求項３】光ビームを走査して画像の記録を行う光
ビーム走査装置に適用され、画像データのオン・オフ時
間比を求める一定範囲を所定画像データを含む走査ライ
ンとし、走査ラインごとの画像データのオン・オフ時間
比を各走査ラインの画像記録に先行して求め、走査ライ
ンの画像記録中はこの走査ラインに対して求めたオン・
オフ時間比により決まるバイアス電流を用いる請求項１
または２の半導体発光素子の光量制御方法。
【請求項４】光ビームを走査させて画像の記録を行う
光ビーム走査装置に適用され、同一走査ライン上で所定
の画像データの前後一定範囲にある画像データのオン・
オフ時間比に基づいて、前記所定の画像データを出力す
るためのバイアス電流を求める請求項１または２の半導
体発光素子の光量制御方法。
【請求項５】一つの走査ラインの画像データをライン
メモリに記憶しながら、この画像データからこの走査ラ
インに対するバイアス電流を求め、この求めたバイアス
電流を用いて前記ラインセンサに記憶した画像データに
対する駆動電流を出力する動作を１走査ラインごとに繰
り返す請求項３の半導体発光素子の光量制御方法。
【請求項６】読込んだ所定量の画像データに対して使
用するバイアス電流を予め求めてメモリに記憶してお
き、記録する画像データに対するバイアス電流をメモリ
から読出して用いる請求項１〜４のいずれかの半導体発
光素子の光量制御方法。
【請求項７】画像データに基づいてオン・オフ制御さ
れる光ビームを射出する半導体発光素子の光量制御装置
において、前記半導体発光素子のオン・オフ時間比によ
る光量変化を補正するために半導体発光素子の駆動電流
に付加する付加バイアス電流を記憶するメモリと、一定
範囲の画像データから画像データのオン・オフ時間比を
求めるデューティ比検出部と、求めたオン・オフ時間比
に対応する付加バイアス電流を前記メモリのデータを用
いて求める付加バイアス電流発生部と、前記一定範囲の
画像データに基づいて前記半導体発光素子をオン・オフ
させるためのパルス電流を出力するパルス変調部と、こ
のパルス電流に前記付加バイアス電流を含むバイアス電
流を付加して半導体発光素子の駆動電流を出力する加算
部とを備えることを特徴とする半導体発光素子の光量制
御装置。
【請求項８】半導体発光素子は半導体レーザである請
求項７の半導体発光素子の光量制御装置。
【請求項９】光ビームを走査して画像の記録を行う光
ビーム走査装置に適用される請求項６または７の半導体
発光素子の光量制御装置。
【請求項１０】一走査ライン分の画像データを記憶す
るラインメモリを備え、前記デューティー比検出部はこ
のラインメモリに読込む画像データを用いてオン・オフ
時間比を求め、前記パルス変調部はこのラインメモリに
記憶された画像データを用いてパルス電流を出力する請
求項９の半導体発光素子の光量制御装置。
【請求項１１】半導体発光素子が出力する光ビームの
光量を走査ラインの先頭付近で検出する光検出器と、検
出した光量を一定にするようにパルス変調部が出力する
パルス電流を制御するパルス電流制御部とを備える請求
項９または１０の半導体発光素子の光量制御装置。