(57)【要約】【課題】素子の内部温度の変化を抑制することができ、光出力を駆動電流によって制御することが可能となる半導体レーザの駆動方法を提供する。【解決手段】電子写真システムの感光ドラムに、潜像形成用信号により潜像を形成するためのレーザ光を出射する半導体レーザの駆動方法であって、  前記感光ドラムに、前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する前に、閾値以上の電流値で予め所定の時間だけ予備通電して前記半導体レーザを駆動する予備駆動工程と、  前記予備通電により前記半導体レーザを駆動させた後、該半導体レーザを一定時間消灯させた後に前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する工程と、を有する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真システムの感光ドラムに、潜像形成用信号により潜像を形成するためのレーザ光を出射する半導体レーザの駆動方法であって、
前記感光ドラムに、前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する前に、閾値以上の電流値で予め所定の時間だけ予備通電して前記半導体レーザを駆動する予備駆動工程と、
前記予備通電により前記半導体レーザを駆動させた後、該半導体レーザを一定時間消灯させた後に前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項２】
前記半導体レーザが、垂直共振器型面発光レーザであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの駆動方法。
【請求項３】
前記予備通電での前記電流値が、前記潜像形成用信号を通電するための電流値よりも大きい電流値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザの駆動方法。
【請求項４】
前記予備通電での発熱量をＷ０、半導体レーザにおける素子内部の温度変化の時定数をτ、前記潜像の形成時における平均発熱量をＷ１、前記消灯の時間をｔ１、前記予備通電の時間をｔ０とするとき、
前記予備通電での発熱量が、つぎの式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザの駆動方法。
2011218612.tif 000004
【請求項５】
半導体レーザが１次元または２次元アレイ状に配列された構成を備え、
前記１次元または２次元アレイ状に配列されたそれぞれの半導体レーザを請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体レーザの駆動方法により駆動することを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項６】
前記半導体レーザが、垂直共振器型面発光レーザであることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直共振器型面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ―ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ；以下、これをＶＣＳＥＬと記す。）は、基板に対して垂直方向にレーザ光を出射するレーザである。
このレーザは、高密度に２次元アレイ化が容易であるなどの利点を有しており、これらを高密度に集積したＶＣＳＥＬアレイを電子写真に用いることにより高精細化や高速化が可能である。
ところで、電子写真応用においてはドラム上への潜像形成のための１パルスごとの光量は厳密に制御する必要がある。
そして、目標光量を正確に出射するために、１パルスごとの駆動電流及び駆動時間（パルス幅）を制御することで光量を制御している。
しかしながら、ＶＣＳＥＬは矩形波形の駆動電流を印加しても矩形で安定な光出力が出射されず、光出力の立ち上がりに遅延が生じる場合がある。
【０００３】
このような立ち上がりの遅延を低減するため、特許文献１では画像形成用信号の前に閾値以下のバイアス電流を入れた電流波形を形成し光波形の立ち上がりを改善している。
そして、特許文献１では、この光波形の立ち上がりを改善するため、画像形成用の各パルスの前に所定の時間だけ、閾値以下の電流のバイアスをかけるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１―３１５３８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１では、閾値以下の電流のバイアスをかけることにより、光波形の立ち上がりの改善が図られている。
しかしながら、ＶＣＳＥＬは駆動時の内部温度上昇が大きく、また素子特性が温度に敏感で、温度によって同一の電流を注入しても光出力が変化するため、駆動電流だけで光出力を制御することができないという課題を有している。
これらについて更に説明すると、電子写真応用においては、駆動をしている時間のほかに、ビームが感光ドラム外に位置しているために消灯している時間が存在している。
この消灯時間（数十マイクロ秒以上）はＶＣＳＥＬの温度変化の時定数（数マイクロ秒）と比較して長い。
そのため、前回の潜像形成の駆動が終ってから次の潜像形成開始までの時間にＶＣＳＥＬ内部の温度が低下し、駆動開始と共に内部温度が再び上昇するという現象が起きる。
【０００６】
そして、ＶＣＳＥＬは端面発光型レーザと比較して必要光量（例えば１ｍＷ）を出射している時の内部の温度上昇は大きい。さらに、内部温度による光出力の変化が大きいという特性を有している。
そのため、レーザ光源としてＶＣＳＥＬを用いた場合には、潜像形成の開始時からＶＣＳＥＬ内部の温度が変化し、同じ電流値で駆動したにもかかわらず光出力がパルスごとに異なるという問題が生じる。
また、電子写真においては自動光出力コントロール（ＡＰＣ）は潜像形成用の発光時には行えないため、上記の内部温度変化に起因する光出力変化をＡＰＣによって補正することが出来ない。
つまり、光出力はＶＣＳＥＬを駆動する電流値の制御のみで制御される必要が有り、そのためには一定電流を注入した際の光出力波形は立ち上がり時間が短く、その後、一定値の光出力を維持することが求められる。
そのためには、温度による特性変化が大きいＶＣＳＥＬにおいては、素子の内部温度を一定に保つ必要がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、素子の内部温度の変化を抑制することができ、光出力を駆動電流によって制御することが可能となる半導体レーザの駆動方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体レーザの駆動方法は、電子写真システムの感光ドラムに、潜像形成用信号により潜像を形成するためのレーザ光を出射する半導体レーザの駆動方法であって、
前記感光ドラムに、前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する前に、閾値以上の電流値で予め所定の時間だけ予備通電して前記半導体レーザを駆動する予備駆動工程と、
前記予備通電により前記半導体レーザを駆動させた後、該半導体レーザを一定時間消灯させた後に前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、素子の内部温度の変化を抑制することができ、光出力を駆動電流によって制御することが可能となる半導体レーザの駆動方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における垂直共振器型面発光レーザの駆動方法を説明する図。
【図２】本発明の駆動方法を用いた場合と潜像形成用信号のみを入力した場合の、内部温度および光出力の数値解析結果を示す図。
【図３】実施例１の電子写真装置の構造を示す図。
【図４】実施例１の予備通電の有無でのＶＣＳＥＬの立ち上がり波形の実験結果を示す。
【図５】実施例２の垂直共振器型面発光レーザをアレイ状に高密度に配列した構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態における電子写真システムに搭載された垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の駆動方法について説明する。
本実施形態のＶＣＳＥＬの駆動方法は、ビームがドラム外に位置している時に所定の時間だけ所定の電流で素子を駆動することで素子内部の温度を上昇しておき、潜像形成開始時からの素子の内部温度の変化を抑制するように構成される。
つぎに、図１を用いて本発明のＶＣＳＥＬ駆動方法を説明する。
図１は駆動電流のパターンと感光ドラム１０３に対する位置とを模式的に表しており、図１では図の左から右に向かってビームがスキャンされる。
本実施形態では、潜像形成用信号１０２の通電の前に素子内部の温度を制御するための通電パターン１０１を導入すると共に、通電パターン１０１と潜像形成用信号１０２の通電を開始するまでの間に一定時間消灯させる消灯時間１０５を導入する。
これにより素子内部の温度を最適に制御する。
このように、潜像形成信号１０２による発光を開始する時点での素子内部温度が最適値に制御することにより、その後の温度変動とそれによる出力変動を抑えることができる。
【００１２】
図２にを用いて、本実施例における温度制御用の通電パターン１０１による内部温度の時間変化および光出力の時間変化について説明する。
図２（ａ）は潜像形成用信号と見立てた信号２０３のみを入力した場合であり、図２（ｂ）は潜像形成用信号２０３の通電を開始する前に、素子温度を制御するための通電２０１および消灯時間２０２を設けた場合である。
計算で想定した環境温度は２５℃である。
図２（ａ）では潜像形成用信号２０３の通電開始（１７００ｎｓ位置）から内部温度が徐々に上昇し、それに従い光出力が増加している。
これは、ＶＣＳＥＬの電流−光出力特性の閾値が温度特性をもっており、室温からある温度までは閾値が低下する傾向があるためである。
潜像形成用信号２０３の通電からある時間が経過すると内部温度が一定となり、それに従い、光出力も安定する。
つまり、ＶＣＳＥＬを電子写真に用いた場合には、ドラム端から書き始める際には、上記の説明のように素子の内部温度が室温と同じになっている。
そのため、潜像形成用信号２０３のみで通電を開始すると素子の内部温度が過渡的に変化し、一定電流で駆動してもパルスごとの光量が変わってしまうこととなる。
【００１３】
一方、図２（ｂ）では、潜像を形成するためのレーザ光を出射する前に、閾値以上の電流値で、予め所定の時間だけレーザを駆動する。
このような予備駆動は、具体的には潜像形成用信号２０３の通電開始（１７００ｎｓ）前に、１０００ｎｓの時間だけ６ｍＡで内部温度を制御するための通電２０１（以下、予備通電と記す。）をすることにより行われる。
そして、予備通電２０１と潜像形成通電２０３の間に、７００ｎｓの消灯時間２０２（バイアスのみ通電）を設けている。
この場合、素子の内部温度は予備通電２０１により上昇したあと、消灯時間２０２中に低下する。
そして、潜像形成用信号２０３の通電開始（１７００ｎｓ）時の温度が定常状態の温度（図２（ａ）および（ｂ）で通電開始から十分な以外時間が経過し定常状態となった後の内部温度）とほぼ同一になっている。
そのため、この時点から潜像形成用信号２０３の通電した場合には、素子の温度はほとんど変動しない。その結果、光出力は時間と共に変化せず一定となる。
素子内部の温度は予備通電２０１で上昇後、消灯時間２０２中に降下する。その後、潜像形成用信号２０３の通電による発熱とつりあい一定値に安定する。
つまり、予備通電２０１での温度上昇は潜像形成用の通電２０３での安定値と比較して高いことが好ましい。そのためには、潜像形成用の通電２０３の電流値と比較して高い電流値で予備通電２０１を行う必要がある。
【００１４】
ここで、予備通電２０１で必要な発熱量について説明する。
予備通電２０１で好ましい発熱量Ｗ０は、素子内部の温度変化の時定数をτ、潜像形成時の平均発熱量をＷ１、消灯時間２０２をｔ１、予備通電２０１の時間をｔ０とすると、次の式（１）の関係を満たすことが必要とされる。
2011218612.tif 000003
【００１５】
式（１）に使用されているパラメータのうち、素子固有のパラメータは素子内部の温度変化の時定数τのみである。
この定数を事前に測定しておけば、予備通電２０１の発熱量Ｗ０や消灯時間２０２の長さｔ１等はシステム側で式（１）を満たすように適宜決めることができる。
そして、素子内部の温度変化の時定数τは長期間素子を使用しても変化しにくい定数であるため、信頼性が高い制御方法となっている。
なお、以上では、半導体レーザの中でも特に温度により特性が敏感に変化する垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）について説明したが、本発明はＶＣＳＥＬに限定されるものではない。
ＶＣＳＥＬ以外の構造の半導体レーザの駆動方法であっても、本発明を適用することは可能である。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用した電子写真装置における構成例について、図３を用いて説明する。
図３（ａ）は画像形成装置の平面図であり、図３（ｂ）は同装置の側面図である。
図３において、５００は感光ドラム、５０２は帯電器、５０４は現像器、５０６は転写帯電器、５０８は定着器、５１０は回転多面鏡、５１２はモータである。また、５１４はＶＣＳＥＬ、５１６は反射鏡、５２０はコリメータレンズ及び５２２はｆ−θレンズである。
図３において、モータ５１２は回転多面鏡５１０を回転駆動するものである。
【００１７】
本実施例における回転多面鏡５１０は、６つの反射面を備えている。
ＶＣＳＥＬ５１４は、記録用光源となるものであり、レーザドライバ（図示せず）により画像信号に応じて点灯または消灯するように構成されている。
こうして光変調されたレーザ光は、ＶＣＳＥＬ５１４からコリメータレンズ５２０を介し回転多面鏡５１０に向けて照射される。
回転多面鏡５１０は矢印方向に回転していて、ＶＣＳＥＬ５１４から出力されたレーザ光は、回転多面鏡５１０の回転に伴い、その反射面で連続的に出射角度を変える偏向ビームとして反射される。
この反射光は、ｆ−θレンズ５２２により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡５１６を経て感光ドラム５００に照射され、感光ドラム５００上で主走査方向に走査される。
そして、回転多面鏡５１２が走査する範囲のうち、ドラム５００を走査する手前で、ＶＣＳＥＬ５１４を予備通電し、規定の消灯時間だけ消灯させる。
その結果、上述の理由によりＶＣＳＥＬ５１４の内部温度を最適値に制御することができ、潜像形成用の電流に対して安定した光出力を得ることができ、より高品質な印刷が可能となる。
【００１８】
図４に予備通電の有無でのＶＣＳＥＬの立ち上がり波形の実験結果を示す。
予備通電がない一般的な駆動方法では、はじめは光出力が弱く、その後長い時間をかけて光出力が立ち上がるのがわかる。
安定状態の光出力の１０％から９０％まで立ち上がる時間は８１０ｎｓである。それに対して、予備通電がある場合には立ち上がりから光出力がより安定化しているのがわかる。このＶＣＳＥＬの場合には、６ｍＡの通電を１μｓだけ行い、１μｓの間、消灯させることでより安定した立ち上がりを実現している。
この予備通電の条件では、安定状態の光出力の１０％から９０％まで立ち上がる時間は２３０ｎｓであり、立ち上がり時間は１／４程度まで小さくすることができる。
【００１９】
ここで、消灯時間を設けているのは、予備発光させるときのビームの位置をドラム５００の端から十分離れた位置にするためである。
ドラム５００とビームが近い場合には僅かではあるが、光がドラム５００にあたり、潜像の質が悪化する。
そのため、ドラム５００直前まで予備駆動させるのではなく、十分離れた位置で消灯している。
消灯している間は光は出なくなるものの、内部温度は予備駆動による上昇温度から徐々に温度が下がっており、ＶＣＳＥＬ内部では予備駆動の影響を受けた内部温度変化がおきている。
そして、消灯時間と内部温度の下降速度を合わせることで潜像形成開始後のＶＣＳＥＬの内部温度の変化が抑えられ、安定した光出力を実現できる。
つまり、消灯時間を設けることで、予備駆動の発光によるドラムの感光を防ぐという効果と共に、内部温度を調整する効果ももっている。
【００２０】
［実施例２］
実施例２として、本発明のＶＣＳＥＬを２次元アレイ状に高密度に配列した構成例について、図５を用いて説明する。
図５に示されるように、基板７０２上に素子７０１が３ｘ４に配置されている。本実施例でも、素子ごとに予備通電および消灯時間を設けたあとに潜像形成の発光を開始するという点は実施例１と同一であるため省略する。
アレイ形態で使用する場合には各素子が発光を開始する時間が素子ごとに異なる。
そのため、アレイを駆動する際には式（１）に従い、消灯時間と予備駆動の発熱量を調整する等により予備駆動条件を変える必要がある。
【００２１】
また、アレイにおいては自分自身の発熱の他に、周囲の素子からの熱干渉がある。
そして、他の素子からの熱干渉はその変化の時定数が自分自身の内部温度上昇の時定数とは異なる。
一般的には素子間の熱干渉の時定数の方が１０倍以上長い。
しかし、この時定数は素子のピッチや基板の厚さ等によって変化するため、場合によっては自己発熱による内部温度の上昇の時定数と近づいてくる場合もある。その場合には、アレイとして駆動している際にはチップ自体の発熱の時定数とチップ間の熱干渉の時定数の差を考慮する必要がある。
なお、以上の説明では、２次元アレイ状に配列された構成例について説明したが、１次元アレイ状に配列してもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１０１：通電パターン
１０２：潜像形成用信号
１０３：ドラム
１０５：消灯時間
【図１】
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【図２】
2011218612.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月28日(2011.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真システムの感光ドラムに、潜像形成用信号により潜像を形成するためのレーザ光を出射する半導体レーザの駆動方法であって、
前記感光ドラムに、前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する前に、前記潜像形成用信号を通電するための電流値よりも大きい前記半導体レーザの閾値以上の電流値で、予め所定の時間だけ予備通電して前記半導体レーザを駆動する予備駆動工程と、
前記予備通電により前記半導体レーザを駆動させた後、該半導体レーザを一定時間消灯させた後に前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する工程と、
を有することを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【請求項２】
前記半導体レーザが、垂直共振器型面発光レーザであることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザの駆動方法。
【請求項３】
前記予備通電での発熱量をＷ０、半導体レーザにおける素子内部の温度変化の時定数をτ、前記潜像の形成時における平均発熱量をＷ１、前記消灯の時間をｔ１、前記予備通電の時間をｔ０とするとき、
前記予備通電での発熱量が、つぎの式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザの駆動方法。
2011218612.tif 000010
【請求項４】
半導体レーザが１次元または２次元アレイ状に配列された構成を備え、
前記１次元または２次元アレイ状に配列されたそれぞれの半導体レーザを請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体レーザの駆動方法により駆動することを特徴とする半導体レーザの駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の半導体レーザの駆動方法は、電子写真システムの感光ドラムに、潜像形成用信号により潜像を形成するためのレーザ光を出射する半導体レーザの駆動方法であって、
前記感光ドラムに、前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する前に、前記潜像形成用信号を通電するための電流値よりも大きい前記半導体レーザの閾値以上の電流値で、予め所定の時間だけ予備通電して前記半導体レーザを駆動する予備駆動工程と、
前記予備通電により前記半導体レーザを駆動させた後、該半導体レーザを一定時間消灯させた後に前記潜像形成用信号により前記感光ドラムへの潜像の形成を開始する工程と、
を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
一方、図２（ｂ）では、潜像を形成するためのレーザ光を出射する前に、レーザの閾値以上の電流値で、予め所定の時間だけレーザを駆動する。
このような予備駆動は、具体的には潜像形成用信号２０３の通電開始（１７００ｎｓ）前に、１０００ｎｓの時間だけ６ｍＡで内部温度を制御するための通電２０１（以下、予備通電と記す。）をすることにより行われる。
そして、予備通電２０１と潜像形成通電２０３の間に、７００ｎｓの消灯時間２０２（バイアスのみ通電）を設けている。
この場合、素子の内部温度は予備通電２０１により上昇したあと、消灯時間２０２中に低下する。
そして、潜像形成用信号２０３の通電開始（１７００ｎｓ）時の温度が定常状態の温度（図２（ａ）および（ｂ）で通電開始から十分な以外時間が経過し定常状態となった後の内部温度）とほぼ同一になっている。
そのため、この時点から潜像形成用信号２０３の通電した場合には、素子の温度はほとんど変動しない。その結果、光出力は時間と共に変化せず一定となる。
素子内部の温度は予備通電２０１で上昇後、消灯時間２０２中に降下する。その後、潜像形成用信号２０３の通電による発熱とつりあい一定値に安定する。
つまり、予備通電２０１での温度上昇は潜像形成用の通電２０３での安定値と比較して高いことが好ましい。そのためには、潜像形成用の通電２０３の電流値と比較して高い電流値で予備通電２０１を行う必要がある。