(57)【要約】【課題】印刷品質を向上することのできる印刷装置を提供する。【解決手段】工場出荷時に調整されるレーザ出力とレーザ出力のモニタ電流によりレーザユニットの特性を把握し、希望するレーザ出力設定を連続的に切り替えることを可能として、希望するレーザ出力での制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザを感光体に照射することにより感光体上に潜像を作成する印刷装置において、前記半導体レーザのスロープ効率を考慮したパワーコントロールを行うことを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
請求項１記載の印刷装置において、前記パワーコントロールは、レーザ発光強度を検出するフォトダイオードまたはフォトトランジスタの特性、およびレーザダイオードとフォトダイオードまたはフォトトランジスタ間の伝達係数の個体差によってレーザ発光強度が同じでもフォトダイオードまたはフォトトランジスタのモニタ電流が異なってくることを補正してレーザ出力を制御することを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザを感光体に照射することにより感光体上に潜像を作成する印刷装置において、印刷装置の制御部が予め設定された値でのレーザの特性を測定し、その測定されたレーザの特性を使ってレーザのパワーコントロールを行うことを特徴とする印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５はレーザビームプリンタ等の電子写真装置に使われる半導体レーザユニットの構造を示す断面図である。この図において、１６は半導体レーザ（レーザダイオード）、１７はこの半導体レーザ１６を支持しているベース金属板、１８は電気的絶縁材、１９は半導体レーザ１６からの発散性光束を平行光束に変換するコリメータレンズ、２０はビーム整形用のアパーチャ、２１はプリンタ回路基板（ＰＣＢ）を各々示し、これらは一体的なユニットとして組立てられて半導体レーザユニット２２を構成している。
【０００３】
図６は、この半導体レーザユニット２２をレーザプリンタ等の画像形成装置に装着してフイードバック制御ループを形成した状態のブロック図である。
【０００４】
この図において、２６は半導体レーザ１６の発光出力をモニタするためのフォトダイオードで、そのモニタ電流をモニタ出力増幅器２３に入力する。
【０００５】
比較器２８と駆動回路２９はレーザユニット以外の外部ボードに設けられており、比較器２８はモニタ出力増幅器２３の出力電圧Ｖｍと基準電圧発生回路２５が出力する内部基準電圧Ｖｒとを比較し、両電圧が一致するように、半導体レーザ１６に駆動電流を流して発光させる駆動回路２９を制御する。
【０００６】
前記モニタ出力増幅器２３は図７に示すように、オペアンプ３１とその帰還回路を形成する利得調整用可変抵抗器３２によって構成されている。
【０００７】
また、基準電圧発生回路２５は図８に示すように、電源電圧Ｖｃｃが供給される電源端子とアース間に直列に接続した抵抗３３とツェナダイオード３４とによって構成され、そのツェナダイオード３４のツェナ電圧を内部基準電圧Ｖｒとして出力する。
【０００８】
このように、半導体レーザユニット２２に一体的に、利得調整可能な出力増幅器２３及び基準電圧発生回路２５を備えており、予め個々の半導体レーザユニット毎に、モニタ出力増幅器２３の出力電圧Ｖｍが、半導体レーザ１６の出力パワーが感光体上で所期の値（標準設定パワー）となった時に、内部基準電圧Ｖｒと一致するようにその利得を調整すると共に、基準電圧発生回路２５を設定しておく。それによって、半導体レーザユニット交換の際に現場で調整をする必要がない。
【０００９】
この半導体レーザユニット２２の製造段階では、個々の半導体レーザユニット２２について次のような調整が行なわれる。図６において半導体レーザ１６から出射したレーザ光の一部はモニタ用フォトダイオード２６にも入射され、そのモニタ電流がモニタ出力増幅器２３に入力される。
【００１０】
ここで、同じく半導体レーザ１６から出射されたレーザ光を感光体上で受光するように配置したパワーメータ３５で測定して、その測定値を確認しつつ、所定の標準設定パワーが得られるようにモニタ出力増幅器２３の利得調整用可変抵抗３２を調整する。その標準設定パワーが得られたときのモニタ出力増幅器２３の出力電圧Ｖｍに相当する電圧（同じ電圧）を内部基準電圧Ｖｒとして発生するように基準電圧発生回路２５を設定する。例えば、図８に示すツェナダイオード３４のツェナ電圧を選択しておく。
【００１１】
このように、調整された半導体レーザユニット２２を使用し、製品出荷後の保守作業でレーザユニット２２を交換する場合でもパワーメータ３５を用いることなく、レーザプリンタ本体側に設けられている図２の比較器２８と駆動回路２９にこの半導体レーザユニット２２を接続することで、モニタ出力増幅器２３の出力電圧Ｖｍは基準電圧発生回路２５から発生される基準電圧Ｖｒと比較器２８で比較され、これらの差を零にするように選択された電流が駆動回路２９から半導体レーザ１６に流されて、モニタ出力増幅器２３の出力電圧Ｖｍが内部基準電圧Ｖｒと一致するように、半導体レーザ１６の出力が制御され、標準設定パワーが得られる。
【００１２】
この種の技術に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
【００１３】
【特許文献１】特許第２８３９８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
背景技術に示すレーザ制御方法は、レーザ出力制御の基準値はレーザ出力を予めレーザ出力メータを使用して設定した固定値である。そのため実使用状況により、例えば印刷濃度を出荷時に調整した値より濃くしたい場合にレーザ強度を強くしたいとき、レーザ出力を合わせるためにレーザ光が当たる位置にレーザ出力メータを設置して調整を行うことが必要であり、製品出荷後の稼動状態にレーザ出力の変更を行うことは困難であった。
【００１５】
例えば、レーザ出力制御の基準値となる基準電圧を複数搭載して切り替えることによってレーザ出力の切り替えは可能であるが、予め搭載している基準電圧値に対応した設定のみであり、用紙の種類や使用用途に対応するには不十分なものとなっていた。そのためオペレータがレーザ出力の変更は行うことができず、印刷濃度やコントラストの調整を行う場合は現像バイアスの電圧や感光体を感光させるチャージャ電圧を変えていた。現像バイアスの電圧やチャージャ電圧を変えた場合、印刷全体が薄くなってしまったりカブリが発生したりすることが多く、高品質の印刷は困難であった。
【００１６】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、優れた印刷品質を有する印刷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため本発明の第１の手段は、半導体レーザを感光体に照射することにより感光体上に潜像を作成する印刷装置において、前記半導体レーザのスロープ効率を考慮したパワーコントロールを行うことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記パワーコントロールは、レーザ発光強度を検出するフォトダイオードまたはフォトトランジスタの特性、およびレーザダイオードとフォトダイオードまたはフォトトランジスタ間の伝達係数の個体差によってレーザ発光強度が同じでもフォトダイオードまたはフォトトランジスタのモニタ電流が異なってくることを補正してレーザ出力を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のレーザ出力制御は、工場出荷時に調整されるレーザ出力とレーザ出力のモニタ電流の関係を記憶し、レーザユニットの特性を把握することによって希望するレーザ出力時に出力されるモニタ電流を算出し、算出されたモニタ電流を出力するレーザ出力で制御することにより任意のレーザ出力での制御を行い、印刷品質を向上することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明では、工場出荷時に調整されるレーザ出力とレーザ出力のモニタ電流によりレーザユニットの特性を把握し、希望するレーザ出力設定を連続的に切り替えることを可能として、希望するレーザ出力での制御が可能となる。
【００２１】
前記レーザ出力とレーザ出力のモニタ電流の関係を記憶して、レーザユニットの特性を把握することによって希望するレーザ出力時に出力されるモニタ電流を算出し、算出されたモニタ電流を出力するレーザ出力で制御することを簡単な回路で実現した。
【００２２】
本発明における実施例を図１ないし図４を用いて説明する。図１は本発明におけるレーザ出力制御の概略フローチャート、図２はレーザ出力制御のブロック図、図３はレーザ電流とレーザ出力の特性図、図４はレーザ出力とモニタ電流の特性図である。
【００２３】
本発明では、まずレーザユニットの特定のレーザ出力時のモニタ電流を制御部に記録しておく。図１ではこの特定のレーザ出力時のモニタ電流を使ったパワー調整方法を説明する。レーザユニットの起動時に特定のレーザ出力時のモニタ電流から伝達関数の算出を行う（Ｓｔｅｐ１）。次に算出した伝達関数と実際に使用したいレーザ出力の値から実際に使用する条件でのモニタ電流の算出を行う（Ｓｔｅｐ２）。次にモニタ電流の算出で算出したモニタ電流の値と実際のモニタ電流が一致するようにレーザ出力調整を行う（Ｓｔｅｐ３）。
【００２４】
モニタ電流がモニタ電流の算出の値と一致するということは、実際に使用したいレーザ出力になっているということである。またレーザビームを使用した印刷装置では印刷中にレーザ出力のパワー調整を定期的に行うが、実際に使用するレーザ出力の設定を変えない場合は、一度算出したモニタ電流を記録しておくことによりパワーの伝達関数の算出やモニタ電流の算出の処理は省略することができる。
【００２５】
図３は、レーザダイオード１４の電流とレーザ出力との関係を示す特性図である。この図に示すようにレーザは閾値電流を超えると出力が上昇し、閾値以上ではレーザ電流とレーザ出力はほぼリニアな関係を示すが閾値電流および電流とレーザ出力の関係を示すスロープ効率はレーザの個体差があり一定ではない。
【００２６】
図４は、レーザ出力とモニタ電流との関係を示す特性図である。この図に示すように、レーザが３０ｍＷの出力時にはモニタ電流は最大で６ｍＡ、最小で４ｍＡとなる。レーザの個体の特性によりこのレーザ出力とモニタ電流の関係も一定ではないが比例関係となる。
【００２７】
図２に示す本発明の代表的なブロック図を用いて本発明のレーザ出力の切り替えの説明を行う。本発明はレーザ出力任意設定値９とレーザ特性記憶部１０とレーザ発光回路１１と演算回路１２とレーザ強度設定回路１３からなる制御部５、およびレーザドライバ７とレーザ８からなるレーザユニット６で構成され、レーザ８はレーザダイオード１４とレーザの発光強度をモニタするフォトダイオード１５から構成される。図２ではレーザ８はレーザダイオード１４とフォトダイオード１５を有する形としているが、レーザダイオード１４とフォトダイオード１５は別体式でも本発明の実施は可能である。
【００２８】
図３に示すように、レーザダイオード１４は電流が一定の閾値電流に達するまで発光しないが、閾値電流を超えるとレーザ出力と電流はほぼ比例関係となり、このときの電流とレーザ出力の比がスロープ効率となる。但し、レーザダイオード１４は個体差によって前記の閾値電流とスロープ効率が異なっているため、電流の値を一定としてもレーザダイオード１４が異なるとレーザ出力が異なってくる。そのため電流でフイードバックを行ってもレーザダイオード１４の出力を一定に保つことはできず、正確なレーザ出力の制御を行うためにフォトダイオード１５でレーザ光を電流に変換する。フォトダイオード１５はレーザ出力を電流に変換する。図４に示すようにフォトダイオード１５はレーザ出力とモニタ電流は線形の関係にありレーザユニット６の固有の値となる。
【００２９】
そのため図４で示す特性では、レーザ出力３０ｍＷの値はモニタ電流は最大６ｍＡ、最小４ｍＡとなる。したがってレーザユニット６の個体ごとの特性（モニタ電流Ｉ／レーザ出力Ｐ）が個々のレーザユニット６の重要なパラメータとなる。
【００３０】
次に、制御部５の説明を行う。制御部５内のレーザ出力任意設定値９は実際に使用するオペレータなどが設定できる値であり、印刷装置のオペレータパネル（図示せず）より設定、もしくは印刷装置自身が温度や湿度などの環境条件を検出し設定する値である。レーザ特性記憶部１０は前記のレーザユニット６のパラメータ（モニタ電流Ｉ／レーザ出力Ｐ）を記憶する部分でありＮＶ−ＳＲＡＭ等の記憶素子が使用される。演算回路１２はレーザ出力任意設定値９に設定された値とレーザ特性記憶部１０の値を演算する部位であり、（モニタ電流Ｉ／レーザ出力Ｐ）×（レーザ出力任意設定値）からレーザダイオード１４のレーザ出力任意設定値９でのフォトダイオード１５のモニタ電流を算出する。算出はデジタルデータで行われるためＤ／Ａ変換回路１３でアナログ変換され、レーザ出力任意設定値９でレーザ１４が発光した場合のフォトダイオード１５のモニタ電流をレーザドライバ７に出力する。
【００３１】
レーザドライバ７は前述の算出されたフォトダイオード１５のモニタ電流と実際のフォトダイオード１５の出力が一致するように、レーザダイオード１４を駆動するレーザドライバである。レーザダイオード１４のレーザ出力はＤ／Ａ変換回路１３によって決定されるが、レーザのＯＮ／ＯＦＦはレーザ駆動信号発生回路１１からの信号で行う。
【００３２】
本発明では、レーザ７の特性を制御部５が持っているため希望するパワーをレーザ出力任意設定値９に設定するだけで、レーザ出力メータ等の器具を使わず調整が可能である。また、Ｄ／Ａ変換回路１３の分解能力で決まる分解能でレーザ出力を切り替えることができる。たとえばＤ／Ａ変換回路１３が１０ビットのＤ／Ａ変換器であれば１０２４段階のレーザ出力調整が可能である。
【００３３】
したがって印刷装置が写真などのイメージを印刷する場合などの階調性を良くしたい場合はレーザ出力を弱く調整し、バーコードなど明瞭なコントラストが必要な場合はレーザ出力を強くするといった微細な調整が可能となる。レーザ出力任意設定値９をオペレータパネルにインジケータのバーもしくはパーセント表示の数字で表示することを行えばオペレータ自身が使用する目的に合わせて設定することが可能であり多目的な印刷で高品質な印刷を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
レーザビームプリンタや複写機などの電子写真方式印刷装置のレーザ強度を容易に調整出来ることにより高品質な印刷が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明におけるレーザ出力調整を示すフローチャートである。
【図２】本発明のレーザ制御の代表的なブロック図である。
【図３】レーザダイオードの電流とレーザ出力との関係を示す特性図である。
【図４】レーザ出力とモニタ電流との関係を示す特性図である。
【図５】半導体レーザユニットの断面図である。
【図６】従来のレーザ制御の代表的ブロック図である。
【図７】モニタ出力増幅器の回路図である。
【図８】基準電圧発生回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
５…制御部、６…レーザユニット、７…レーザドライバ、８…レーザ、９…レーザ出力任意設定値、１０…レーザ特性記憶部、１１…レーザ発光回路、１２…演算回路、１３…Ｄ／Ａ変換回路、１４…レーザダイオード、１５…フォトダイオード、１６…半導体レーザ、１７…ベース金属板、１８…電気的絶縁材、１９…コリメータレンズ、２０…アパーチャ、２１…プリンタ回路基板、２２…レーザユニット、２３…モニタ出力増幅器、２５…基準電圧発生回路、２６…フォトダイオード、２８…比較器、２９…駆動回路、３１…オペアンプ、３２…利得調整用可変抵抗器、３３…抵抗、３４…ツェナダイオード、３５…パワーメータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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