JPH11348344A - 電子写真装置の半導体レーザ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザの熱的発光光量の変動を抑え、
１ドット単位で半導体レーザの発光光量を多段階に変調
することができる半導体レーザ制御装置を提供する。 【解決手段】 半導体レーザを第１発光光量目標値で発
光させるために、ＡＰＣ回路にて制御を行う第１制御モ
ードと、第２発光光量目標値で発光させるために、ＡＰ
Ｃ回路にて制御を行う第２制御モードと、第１発光光量
目標値から第２発光光量目標値までの範囲を分割し、分
割した多段階の発光光量で画像データにしたがって半導
体レーザを発光させる印字モードと、各モードを１走査
中に行うように制御するモード切換回路とを有する半導
体レーザ制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザの発
光光量を制御する電子写真装置の半導体レーザ制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザを用いた電子写真装
置の用途としては、文字や線画を印字するものとして使
用されていた。そのため、濃度や線幅を一定に保つた
め、半導体レーザを一定の発光光量で感光体上を走査露
光し、安定した印字を行っていた。

【０００３】しかし、半導体レーザは、周囲温度の変化
や半導体レーザ自体の発光による温度上昇により、半導
体レーザの電流と光量の特性が変動してしまい、その結
果、同じ駆動電流でも環境により、発光光量が変化して
しまう。この光量変動を抑制するため、半導体レーザに
内蔵されている発光光量測定用のフォトディテクタを用
い、ある駆動電流値で半導体レーザを発光させ、そのと
きの半導体レーザの発光光量を前記フォトディテクタに
より測定し、予め設定してある発光光量目標値と比較
し、その結果を前記駆動電流値にフィードバッグするこ
とにより、常に安定した発光光量で半導体レーザを発光
させていた。この制御方法を一般にＡＰＣ制御という。

【０００４】しかし、近年、半導体レーザを用いた電子
写真記録装置の用途として、文字や線画だけでなく画像
を印字するものとして使用されるようになり、より高画
質な画像で印字することが強く求められている。そのた
めには、半導体レーザを一定の発光光量で感光体上を走
査露光するのではなく、１ドット単位で半導体レーザの
発光光量を多段階に変調する必要が出てきた。しかし、
半導体レーザは、前述したように周囲温度の変化や半導
体レーザ自体の発光による温度上昇により、半導体レー
ザの電流と光量の特性が変動してしまうため、上記ＡＰ
Ｃ制御を行う必要がある。その方法とは、画像データに
従い半導体レーザを発光させ、そのときの半導体レーザ
の発光光量をフォトディテクタにより１ドット毎に測定
し、その結果を駆動電流にフィードバッグすることによ
り、半導体レーザの発光光量が環境に関わらず、画像デ
ータに従った発光光量値となるようにＡＰＣ制御を行っ
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のＡＰＣ制御
方法は、任意の１発光光量値を安定させるには有効な手
段である。しかし、１ドット毎にＡＰＣ制御を行うこと
は、印字中に駆動電流を制御することになり、半導体レ
ーザの発光光量が不安定になってしまう恐れがある。そ
のため、 ＡＰＣ制御を行うことにより、逆に不安定な
画像になってしまう。

【０００６】また、高速の電子写真装置においては、画
像信号が高速であるため、１ドット毎に半導体レーザの
発光光量をフォトディテクタにより測定し、その結果を
駆動電流にフィードバッグすることは非常に困難であ
る。

【０００７】本発明の目的は、半導体レーザの熱的発光
光量の変動を抑え、１ドット単位で半導体レーザの発光
光量を多段階に変調することができる半導体レーザ制御
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、感光体と、感
光体上を帯電する帯電器と、帯電された感光体上を走査
露光する半導体レーザを用いた露光光学部と、半導体レ
ーザの発光光量を制御する半導体レーザ制御装置と、走
査露光した画像領域を現像する現像機と、現像された画
像を被記録物に転写する転写器とを有する記録装置の半
導体レーザ制御装置において、前記半導体レーザの発光
光量が予め設定した第１発光光量目標値になるように第
１レーザ駆動電流を制御する第１制御モードと、半導体
レーザの発光光量が第１発光光量目標値よりも強い予め
設定した第２発光光量目標値になるように第２レーザ駆
動電流を制御する第２制御モードと、第１レーザ駆動電
流値から第２レーザ駆動電流値までの範囲を少なくとも
２つに分割し、その分割した電流値で半導体レーザを発
光させる印字モードとを有することで、熱的な発光光量
の変動や半導体レーザの特性の劣化による変動を抑える
ことができ高画質な印刷結果を得ることができる。

【０００９】また、本発明の他の特徴は、前記第１制御
モードと前記第２制御モードは印字領域外で行い、印字
モードにて感光体上を走査露光し、全てのモードを１走
査中に行うことで、１ドット毎の光量調整を行わないの
で高速な制御ができる。

【００１０】また、本発明の他の特徴は、前記印字モー
ドは、Ｄ／Ａコンバータを用い、外部からの少なくとも
１ビットの画像信号により、第１レーザ駆動電流値から
第２レーザ駆動電流値までの範囲を分割し、その分割し
た電流値で半導体レーザを多段階に発光させることにあ
る。

【００１１】上記手段を用いることにより、半導体レー
ザの熱的発光光量の変動や特性劣化を抑え、１ドット単
位で発光光量を多段階に変調することによって、高速な
電子写真装置において高画質な画像を得ることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例に係る半導体レ
ーザ制御装置を図を用いて説明する。

【００１３】まず最初に、本発明の一実施例に係る電子
写真装置の構成及び動作原理について、図２を用いて説
明する。

【００１４】図２に示すように、電子写真装置は感光体
２０１の周囲に順に帯電器２０２、半導体レーザ制御装
置を備えた露光光学部２０３、現像機２０４、転写器２
０５、クリーナ２０６、イレーザ２０７が配置された構
成となっている。

【００１５】帯電器２０２で感光体２０１上を一様帯電
し、露光光学部２０３で画像データ２０９に基づき、感
光体２０１上を走査露光する。次に現像機２０４により
帯電したトナーを画像領域に現像し、その後、転写器２
０５でトナーを用紙２１０上に転写する。クリーナ２０
６で感光体２０１上に残留したトナーを除去し、イレー
ザ２０７で一様除電し、始めの帯電に戻る。一方、用紙
２１０上に転写されたトナーは定着器２０８によって用
紙２１０上に固着される。以上が本発明の一実施例に係
る記録装置の構成及び動作原理の説明である。

【００１６】次に、本発明の一実施例に係る露光光学部
２０３の構成及び動作原理について、図３を用いて説明
する。

【００１７】図３に示すように、露光光学部２０３は半
導体レーザ制御装置３０１、半導体レーザ３０２、回転
多面鏡３０３、ビーム検知器３０４で構成されている。

【００１８】半導体レーザ制御装置３０１は、画像デー
タ２０９に基づき半導体レーザ３０２に適当な駆動電流
ＩＬを流す。半導体レーザ３０２は駆動電流ＩＬに基づ
き発光し、レーザビームは回転多面鏡３０３によって偏
向され、感光体２０１上を走査露光する。この時、書き
出し位置をそろえるために書き出し直前のレーザビーム
をビーム検知器３０４に導き、書き出し位置検出信号Ｂ
ＤＴを得ている。また、半導体レーザ３０２に内蔵され
ている発光光量測定用のフォトディテクターより、発光
光量に比例した電流ＩＰが半導体レーザ制御装置３０１
に流れる。以上が露光光学部２０３の構成及び動作原理
の説明である。

【００１９】次に、半導体レーザ制御装置３０１の構成
及び動作原理について、図１を用いて説明する。図１に
示すように、半導体レーザ制御装置３０１はモード切換
回路１０１、アナログスイッチ１０２、ＡＰＣ回路１０
３、１０４、差動増幅器１０５、Ｄ／Ａコンバータ１０
６、ドライバＩＣ１０７、１０８、バッファアンプ１０
９で構成されている。図３のビーム検知器３０４によっ
て得られた書き出し位置検出信号ＢＤＴは、モード切換
回路１０１に入力される。ここでＲＥＦはＤ／Ａコンバ
ータ入力電圧である。

【００２０】ここで、モード切換回路の構成及び動作原
理について、図４を用いて説明する。

【００２１】書き出し位置検出信号ＢＤＴは、２つのタ
イマ４０１、４０２のトリガ端子Ｔに入力される。ここ
で、タイマ４０１、４０２とは、通常高周波のクロック
をカウンタで計数し、設定された数値になると、信号を
発するもの（プログラマブルタイマ）で簡単に構成され
るものである。タイマ４０１、４０２は、それぞれ書き
出し位置検出信号ＢＤＴに同期して、図５に示すような
パルスＰａ、Ｐｂを出力する。それらの幅はそれぞれＴ
ａ、Ｔｂになるように、予め外部素子により設定されて
いる。

【００２２】書き出し書き出し位置検出信号ＢＤＴから
印字モードとなり記録が開始され、書き出し位置検出信
号ＢＤＴから時間Ｔａ経過すると、レーザビームは感光
体２０１上の記録を終了し、第１制御モードとなる。次
に、書き出し位置検出信号ＢＤＴから時間Ｔｂ経過する
と、第２制御モードとなり、そして、再び次のラインの
書き出し位置検出信号ＢＤＴが来る。タイマ４０１、４
０２の出力パルスＰａ、Ｐｂは、図４に示すような論理
回路を通してモード切換信号Ｍ０、Ｍ１、アナログスイ
ッチコントロール信号Ｓ０、Ｓ１となり、図５に示すよ
うなタイミングでそれぞれ図１のアナログスイッチ１０
２、ドライバＩＣ１０７、１０８に入力される。信号Ｓ
０、Ｓ１は、図１のアナログスイッチ１０２をコントロ
ールする信号である。信号Ｓ０は半導体レーザ３０２の
ＰＤ出力をＡＰＣ回路１０３、１０４のどちらと接続す
るかをコントロールする信号であり、Ｓ０が論理１であ
れば、ＡＰＣ回路１０３と接続し、論理０であれば、Ａ
ＰＣ回路１０４と接続する。つまり、 ＡＰＣ回路１０
３は第１制御モード用のＡＰＣ回路であり、 ＡＰＣ回
路１０４は第２制御モード用のＡＰＣ回路である。ま
た、信号Ｓ１はアナログスイッチ１０３の動作をコント
ロールする信号であり、 Ｓ１が論理１であれば、アナ
ログスイッチ１０３は信号Ｓ０に従い動作し、 論理０
であれば、ＡＰＣ回路部１０３、１０４のどちらとも接
続しない状態になる。

【００２３】次に、ドライバＩＣ１０７の構成及び動作
原理について、図６を用いて説明する。

【００２４】ドライバＩＣ１０７は、内部にスイッチと
電流源を持ち、ドライバ切換信号ＣＶＤ１によってスイ
ッチを開閉する。切換信号ＣＶＤ１が論理１であれば、
スイッチを閉じ、出力電流ＩＬ１は駆動電流制御信号Ｉ
ＬＣ１の電圧値に応じた電流を出力し、切換信号ＣＶＤ
１が論理０であれば、スイッチを開き、出力電流ＩＬ１
は０となる。また、ドライバＩＣ１０８も同様の構成で
ある。

【００２５】次に、半導体レーザ制御装置３０１の各モ
ードについての一連の動作を図８のフローチャートを用
いて順に説明する。

【００２６】まず始めに、ＳＴＥＰ１として第１制御モ
ード、第２制御モードにおける発光光量目標値Ｐ１、Ｐ
２を予め設定する。これは、多段階に変調する発光光量
の範囲を決めることであり、最小発光光量をＰ１、最大
発光光量をＰ２として設定する。

【００２７】次に、ＳＴＥＰ２の第１制御モードについ
て説明する。

【００２８】第１制御モード時、モード切換回路１０１
の出力信号Ｍ０が論理１となり、ドライバＩＣ１０７の
制御信号ＣＶＤ１に入力される。制御信号ＣＶＤ１が論
理１になると、駆動電流制御信号ＩＬＣ１の電圧値に応
じた電流値ＩＬ１が半導体レーザ３０２に流れ、半導体
レーザ３０２は発光する。発光光量はフォトディテクタ
ＰＤによって測定され、発光光量に比例した電流ＩＰが
アナログスイッチ１０２に流れる。このとき、図５に示
したようにアナログスイッチのコントロール信号Ｓ０、
Ｓ１は共に論理１であるため、アナログスイッチ１０２
はＡＰＣ回路１０３と接続される。 ＡＰＣ回路１０３
は、予め設定されている第１制御モードの発光光量目標
値Ｐ１と実際の発光光量値を比較し、発光光量値が目標
値に比べて小さい場合は駆動電流制御信号ＩＬＣ１を増
加させるように制御する。その結果、駆動電流ＩＬ１が
増加し、半導体レーザ３０２の発光光量値が上がる。ま
た、発光光量値が目標値に比べて大きい場合は駆動電流
制御信号ＩＬＣ１を減少させるように制御する。その結
果、駆動電流ＩＬ１が減少し、半導体レーザ３０２の発
光光量値が下がる。

【００２９】このような上記ＡＰＣ制御を行うことによ
り、発光光量が安定し、第１制御モードが終わる頃に
は、半導体レーザ３０２の発光光量は第１制御モードの
発光光量目標値Ｐ１と等しくなる。また、このときの駆
動電流制御信号ＩＬＣ１の電圧値は、次の第１制御モー
ドまで保持される。

【００３０】次に、ＳＴＥＰ３の第２制御モードについ
て説明する。

【００３１】第２制御モード時、モード切換信号１０１
の出力信号Ｍ１が論理１となり、ドライバＩＣ１０８の
切換信号ＣＶＤ２に入力される。切換信号ＣＶＤ２が論
理１になると、駆動電流制御信号ＩＬＣ２の電圧値に応
じた電流値ＩＬ２が半導体レーザ３０２に流れ、半導体
レーザ３０２は発光する。発光光量はフォトディテクタ
ＰＤによって測定され、発光光量に比例した電流ＩＰが
アナログスイッチ１０２に流れる。このとき、図５に示
したようにアナログスイッチのコントロール信号Ｓ０は
論理０、Ｓ１は論理１であるため、アナログスイッチ１
０２はＡＰＣ回路１０４と接続される。 ＡＰＣ回路１
０４は、予め設定されている第２制御モードの発光光量
目標値Ｐ２と実際の発光光量値を比較し、第１制御モー
ドと同様のＡＰＣ制御を行う。

【００３２】この結果、発光光量が安定し、第２制御モ
ードが終わる頃には、半導体レーザ３０２の発光光量は
第２制御モードの発光光量目標値Ｐ２と等しくなる。ま
た、このときの駆動電流制御信号ＩＬＣ２は、次の第２
制御モードまで保持される。

【００３３】このころ、ＳＴＥＰ４としてレーザビーム
がビーム検知器３０４をよぎるので、安定した書き出し
位置検出信号ＢＤＴが得られる。

【００３４】次に、ＳＴＥＰ５の印字モードについて説
明する。

【００３５】第１制御モード、第２制御モードにより保
持されている駆動電流制御信号ＩＬＣ１、ＩＬＣ２を差
動増幅器１０５に入力する。この差動増幅器１０５は入
力された２つの電圧値の差を出力するものである。差動
増幅器１０５から出力された差電圧をＤ／Ａコンバータ
１０６の基準電圧端子に入力する。 ここで、Ｄ／Ａコ
ンバータ１０６は基準電圧端子に入力された電圧値を数
ビットのデジタル信号に従い、分割して出力するもので
ある。本実施例では、差電圧ＶＲＥＦを８ビットの画像
データ２０９に従い、分割して出力電圧を駆動電流制御
信号ＩＬＣとして、バッファアンプ１０９に入力する。
バッファアンプ１０９は駆動電流制御信号ＩＬＣの電圧
値に応じた電流値ＩＬを半導体レーザ３０２に流す。

【００３６】図７に、半導体レーザ３０２の駆動電流
（画像データ２０９）と発光光量の関係を示す。８ビッ
トの画像データ２０９が（０）であれば、駆動電流ＩＬ
はＩＬ１と等しくなり、半導体レーザ３０２の発光光量
Ｐは第１制御モードの発光光量目標値Ｐ１と等しくな
る。また、８ビットの画像データ２０９が（２５５）で
あれば、駆動電流ＩＬはＩＬ２と等しくなり、半導体レ
ーザ３０２の発光光量Ｐは第２制御モードの発光光量目
標値Ｐ２と等しくなる。このように、８ビットの画像デ
ータ２０９を（０）から（２５５）の区間で１ドット毎
に変調することにより、半導体レーザ３０２の発光光量
を１ドット単位で２５６段階に変調することができる。

【００３７】また、第１制御モードの発光光量目標値Ｐ
１、第２制御モードの発光光量値Ｐ２はＡＰＣ制御によ
り、常に一定に保たれている。そのため、その区間を８
ビットの画像データ２０９によって２５６分割すること
により、半導体レーザ３０２の電流と光量の特性が変化
した場合でも安定した多段階光量制御を行うことができ
る。このような１走査の印字のための２５６階調の露光
走査を実行し、露光終了後、ＳＴＥＰ２の第１制御モー
ド１になるまで待ち、その後、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ
５までを繰り返し、印字を行う。

【００３８】ＢＤＴ検出後にＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ３の
調整モードを行った後にＳＴＥＰ５の印字を行っても良
い。

【００３９】本実施例では、単ビームについて述べた
が、複数ビームの場合も同様の効果が得られることは言
うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、半導体レーザの熱的発
光光量の変動を抑え、１ドット単位で多段階に発光光量
を変調することにより、高画質な画像を得ることができ
る。

【００４１】また、光量制御を印字中に行わずに印字領
域外で行うので印刷した画像が安定する。また全てのモ
ードを１走査中に行うことにより半導体レーザの温度急
上昇などの急激な特性変化に対応できるので、高速印刷
の電子写真装置において、高画質な画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である半導体レーザ制御装
置の構成図である。

【図２】 本発明の一実施例である電子写真装置の模式
図である。

【図３】 半導体レーザ制御装置を備えた露光光学部の
模式図である。

【図４】 モード切換回路の構成図である。

【図５】 半導体レーザ制御装置の各モードのタイミン
グを示す図である。

【図６】 ドライバＩＣの構成図である。

【図７】 レーザ駆動電流（画像データ）とレーザ発光
光量との関係を示す図である。

【図８】 半導体レーザ制御処理のフローチャート図で
ある。

【符号の説明】

１０１・・・モード切換回路、１０２・・・アナログスイッ
チ、１０３、１０４・・・ＡＰＣ回路部、１０５・・・差動増
幅器、１０６・・・Ｄ／Ａコンバータ、１０７、１０８・・・
ドライバＩＣ、１０９・・・バッファアンプ、２０１・・・感
光体、２０２・・・帯電器、２０３・・・露光光学部、２０４
・・・現像機、２０５・・・転写器、２０６・・・クリーナー、
２０７・・・イレーザ、２０８・・・定着器、２０９・・・画像
データ、２１０・・・用紙、３０１・・・半導体レーザ制御装
置、３０２・・・半導体レーザ、３０３・・・回転多面鏡、３
０４・・・レーザビーム検知器、４０１、４０２・・・タイ
マ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 健至 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 松本 博好 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光体と、感光体上を帯電する帯電器
   と、帯電された感光体上を走査露光する半導体レーザを
   用いた露光光学部と、半導体レーザの発光光量を制御す
   る半導体レーザ制御装置と、走査露光した画像領域を現
   像する現像機と、現像された画像を被記録物に転写する
   転写器とを有する電子写真装置の半導体レーザ制御装置
   において、前記半導体レーザの発光光量が予め設定した
   第１発光光量目標値になるように第１レーザ駆動電流を
   制御する第１制御モードと、半導体レーザの発光光量が
   第１発光光量目標値よりも強い予め設定した第２発光光
   量目標値になるように第２レーザ駆動電流を制御する第
   ２制御モードと、第１レーザ駆動電流値から第２レーザ
   駆動電流値までの範囲を少なくとも２つに分割し、その
   分割した電流値で半導体レーザを発光させる印字モード
   とを有することを特徴とする半導体レーザ制御装置。
2. 【請求項２】 前記第１制御モードと前記第２制御モー
   ドは印字領域外で行い、印字モードにて感光体上を走査
   露光し、全てのモードを１走査中に行うことを特徴とす
   る請求項１記載の半導体レーザ制御装置。
3. 【請求項３】 前記印字モードは、Ｄ／Ａコンバータを
   用い、外部からの少なくとも１ビットの画像信号によ
   り、第１レーザ駆動電流値から第２レーザ駆動電流値ま
   での範囲を分割し、その分割した電流値で半導体レーザ
   を多段階に発光させることを特徴とする請求項１乃至２
   記載の半導体レーザ制御装置。