(57)【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メモリ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７または８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。
【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ＩＰおよびバイアス電流ＩＢ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ＩＰ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ＩＢを付加した駆動電流ＩＤ（＝ＩＰ＋ＩＢ）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ＩＰ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＤ＝ＩＰ＋ＩＢ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ＩＤ＝ＩＰ＋ＩＢ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ＩＤ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ＩＤ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ＩＤに付加するバイアス電流ＩＢ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ＩＰ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ＩＢＦ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ＩＢＡ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ＩＢ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ＩＢを形成するパルス電流ＩＰおよびバイアス電流ＩＢ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ＩＤ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ＩＰが出力される。
【００２３】
このパルス電流ＩＰ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ＩＰ（図２の（Ａ）、（Ｂ）よりも僅かに小さい。このように電流差ΔＩＰを設けたのは、後記する付加バイアス電流ＩＢＡ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ＩＰ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ＩＰには、加算部３６においてバイアス電流ＩＢが加算され、両者の和ＩＰ＋ＩＢが半導体レーザ１０の駆動電流ＩＤとなる。この発明ではこのバイアス電流ＩＢを固定バイアス電流ＩＢＦと付加バイアス電流ＩＢＡとの和により形成し、付加バイアス電流ＩＢＡ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ＩＢＡ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ＩＢＡ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（ＴＯＮ）とオフ時間（ＴＯＦＦ）を用いて、ＴＯＮ／（ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ）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ＩＢＡ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ＩＢＡ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ＩＢＡ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ＩＢＦと加算部４８で加算され、この和（ＩＢＡ＋ＩＢＦ）が新しいバイアス電流ＩＢとなる。このバイアス電流ＩＢは前記したように加算部３６でパルス電流ＩＰと加算されて、この和（ＩＰ＋ＩＢ）が駆動電流ＩＤ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ＩＢＡ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ＩＢＡ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ＩＢＡ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ＩＢＡ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
ＩＤ    駆動電流
ＩＰ    パルス電流
ＩＢ    バイアス電流
ＩＢＡ  付加バイアス電流
ＩＢＦ  固定バイアス電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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