(57)【要約】 【課題】半導体レーザの動作温度変動に対するＰＷＭ特性を安定化することができる半導体レーザ駆動回路を提供する。【解決手段】半導体レーザ駆動回路１は、ＬＤ１＿ＡＰＣモードにおいて、レーザダイオードＬＤ１の出力光量が一定となるように制御し、レーザダイオードＬＤ１の出力光量がＰ０と、電流がＩ０となる。ＬＤ１＿バイアスＡＰＣモードにおいて、レーザダイオードＬＤ１の出力光量が一定となるように制御し、レーザダイオードＬＤ１の出力光量がＰ１と、電流がＩ０−Ｉ１となる。ＯＦＦモードにおいて、レーザダイオードＬＤ１に入力される電流ＩＬＤ１は、ＩＬＤ１＝α・（Ｐ０Ｉ０−Ｐ０Ｉ１−Ｐ１Ｉ０）／（Ｐ０−Ｐ１）で表される電流になる。半導体レーザ駆動回路１は、非画像形成領域において、レーザダイオードＬＤ１に電流ＩＬＤ１をバイアス電流として供給する。【選択図】図１
2007158022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に用いる半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路において、
画像形成時において前記半導体レーザの点灯電流を決定する第１の決定手段と、
画像形成時の消灯時における前記半導体レーザへのバイアス電流を決定する第２の決定手段とを備え、
前記第１の決定手段及び第２の決定手段は前記半導体レーザの閾値電流の変動に対する補正手段を夫々有し、前記第２の決定手段は任意の定数α及び前記半導体レーザの閾値電流値Ｉｔｈに基づいて前記バイアス電流をα×Ｉｔｈに決定することを特徴とする半導体レーザ駆動回路。
【請求項２】
前記任意の定数αは０．６以上１．０未満の値であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動回路。
【請求項３】
前記第１の決定手段は前記半導体レーザの非画像形成領域において、前記半導体レーザが第１の光量を得るための第１の電流値を検出し、該第１の電流値に基づいて前記点灯電流を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ駆動回路。
【請求項４】
前記第２の決定手段は前記半導体レーザの非画像形成領域において、前記半導体レーザが第２の光量を得るための第２の電流値を検出し、前記第１の電流値及び第２の電流値に基づいて前記消灯時のバイアス電流を決定することを特徴とする請求項３記載の半導体レーザ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路に関し、特に、画像形成装置において、半導体レーザを点滅駆動することによって画像形成を行う場合の半導体レーザ駆動電流を制御する半導体レーザ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置等において、画像の露光を行うための発光素子として半導体レーザが用いられているものがある。
【０００３】
図５は、従来の半導体レーザを用いた電子写真方式のプリンタの概略構成を示す図である。
【０００４】
図５に示す用に、従来のプリンタは、回転多面鏡１０１５、回転多面鏡１０１５を回転駆動するレーザスキャナーモータ１０１６、露光用光源であるレーザダイオード１０１７とを備える。レーザダイオード１０１７は、レーザドライバ１０２９からの画像信号に応じて点灯又は消灯し、レーザダイオード１０１７が発光する光変調されたレーザ光は、回転多面鏡１０１５に向けて照射される。
【０００５】
レーザダイオード１０１７が発行したレーザ光は回転多面鏡１０１５の回転に伴い、その反射面で連続的に角度を変えて偏向ビームとして反射される。この反射光は図示しないレンズ群により歪曲収差の補正等を受け、反射鏡１０１８を介して感光ドラム１０１０の主走査方向に走査される。回転多面鏡１０１５の１つの面は１ラインの走査に対応し、回転多面鏡１０１５の回転によりレーザダイオード１０１７が発光したレーザ光は１ラインづつ感光ドラム１０１０の主走査方向に走査される。感光ドラム１０１０は予め帯電器１０１１により帯電されており、レーザ光の走査により順次露光され、静電潜像が形成される。また、感光ドラム１０１０は図５の矢印方向に回転し、形成された静電潜像は現像器１０１２により現像され、現像された可視像は転写帯電器１０１３により不図示の転写紙に転写される。可視像が転写された転写紙は、定着器１０１４に搬送され、定着が行われた後に機外に排出される。
【０００６】
ここで、感光ドラム１０１０の側部における主走査方向の走査開始位置近傍又はこれに相当する位置には、ＢＤセンサ１０１９が配置されている。回転多面鏡１０１５の各反射面において反射されたレーザ光は各々、感光ドラム１０１０上における１ラインの走査に先立ってＢＤセンサ１０１９により検出される。検出されたＢＤ信号は主走査方向の走査開始基準信号としてタイミングコントローラ１０２７に入力される。タイミングコントローラ１０２７は、ＢＤセンサ１０１９の信号を基準として各走査ラインの主走査方向の書き出し開始位置の同期が取られるように、メモリＦＩＦＯ１０２８及びレーザドライバ１０２９のタイミング信号を生成してこれらを制御する。以上の構成により上記プリンタは画像形成を行う。
【０００７】
上述のように、半導体レーザ駆動回路は、電気的画像信号に基づいて、半導体レーザの光パルス信号を生成することにより感光ドラム１０１０上に画像露光を行い、画像形成を行う。
【０００８】
適切に画像形成を行う場合には、画像形成を行うときの半導体レーザの発光量は所望の光量である必要がある。
【０００９】
ここで、半導体レーザの温度が一定ならば、発光量は電流値により決定されるため、点灯時の駆動電流を一定に制御する駆動方式を用いることにより、半導体レーザの発光量を所望の光量に制御することが可能である。
【００１０】
しかしながら、半導体レーザの発光特性は動作温度に大きく依存しており、所望の光量を得るためには、半導体レーザの駆動電流を動作温度の変化に対しても制御する必要がある。
【００１１】
一般的には、間欠的に半導体レーザが所望の光量となる電流値を検知、あるいは算出し、画像の形成時においては、この検知、あるいは算出された電流値に基づいて半導体レーザを駆動することにより適切な画像形成が行われる。例えば、一般的に、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）を呼ばれている制御方法によって画像形成を行っている。具体的には、ポリゴンミラーをモータにより回転駆動し、レーザ光を走査することにより感光ドラム上をラスタスキャンして画像形成を行う方式の場合には、レーザ光が感光ドラム以外の非画像域を走査するタイミングで所望の光量となる点灯電流を検知、あるいは算出する。そして、感光ドラム上の画像域を走査するタイミングにおいては、その検知、あるいは算出された点灯電流によって半導体レーザを駆動することにより、画像形成を行う。
【００１２】
また、半導体レーザには、発光遅延という特有の現象があり、半導体レーザにおける光パルス変調時の周波数特性を向上させるために、画像形成時の半導体レーザ消灯時にはバイアス電流を半導体レーザに供給し、画像形成時の半導体レーザの点灯時には点灯電流を半導体レーザに供給する方法が用いられている。
【００１３】
低速のプリンタや複写機においては、半導体レーザを駆動する周波数は比較的低いため、このバイアス電流はある一定の固定電流である場合が多い。一方、高速の複写機やプリンタにおいては、半導体レーザを駆動する周波数は比較的高くする必要がある。
【００１４】
半導体レーザにおける光パルス変調時の周波数特性向上を効果的に行うためには、バイアス電流をできるだけ閾値電流近傍に設定することが望ましい。
【００１５】
しかしながら、閾値電流は、動作温度の依存性が大きく、半導体レーザの個々の素子によっても異なるため、固定の定電流としてバイアス電流を閾値電流近傍に設定することは、実際の使用上極めて難しい。
【００１６】
従って、半導体レーザにおける光パルス変調時の周波数特性を向上させるためには、上述のＡＰＣと同様に、素子や温度についてのバイアス電流の特性も検知し、この検知した特性に応じてバイアス電流を決定するバイアスＡＰＣを行う必要がある。
【００１７】
バイアスＡＰＣの一例について、図６を用いて説明する。
【００１８】
バイアスＡＰＣにおいては、まず、非画像形成領域において、半導体レーザの光量を一定の光量Ｐ０に制御する一定光量制御を行う。そして、この時の半導体レーザへの電流値Ｉ０を記憶手段により記憶する。次いで、半導体レーザの光量を一定の光量Ｐ１に制御する一定光量制御を行う。そして、この時の半導体レーザへの電流値Ｉ１を記憶手段により記憶する。
【００１９】
ここで、半導体レーザの閾値電流Ｉｔｈは、下記に示す式（１）によって計算される値になる。
【００２０】
Ｉｔｈ＝（Ｐ０Ｉ１−Ｐ１Ｉ０）／（Ｐ０−Ｐ１）・・・（１）
このため、上記式（１）の演算を行う演算回路を設け、バイアス電流を決定することによりバイアスＡＰＣが可能となる。
【００２１】
しかしながら、半導体レーザに閾値電流Ｉｔｈが供給されている状態においては、半導体レーザはレーザ発振をしていないが、ダイオード点灯をしている。このダイオード点灯の光量が少なからずあるため、場合によっては、画像形成時の消灯時にこのダイオード点灯の影響が発生し、感光ドラムがわずかに露光されることによる画質の悪化につながる場合がある。
【００２２】
これに対して、従来の半導体レーザ駆動回路においては、上記半導体レーザのダイオード発光の影響を防ぐために、このダイオード発光の光量が画像に影響を与えない光量になるように、バイアス電流が、閾値電流Ｉｔｈよりも電流値Ｉoffsetだけ低い、下記式（２）によって算出される値（電流値Ｉｐ）となるように制御されている。（例えば、特許文献１参照）。
【００２３】
Ｉｐ＝（Ｐ０Ｉ１−Ｐ１Ｉ０）／（Ｐ０−Ｐ１）−Ｉoffset・・・（２）
【特許文献１】特開平１１−２４５４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、近年、プリンタや複写機等の画像形成装置においては、高速化や高画質化が進んでおり、このため、従来のバイアス電流の制御では不具合が生じてきた。
【００２５】
例えば、高画質機においては光パルスを画像データに合わせるパルス幅変調制御を行う場合が多い。この場合のＰＷＭ信号のパルス幅と光量（出力）との関係ＰＷＭ特性を図７に示す。図７において、横軸は半導体レーザ駆動回路に入力されるＰＷＭ（パルス幅変調）信号のデューティ比を示しており、縦軸は半導体レーザより放出されるレーザ光の光量を示している。図７において、半導体レーザが全点灯の場合、その光量は２０ｍＷとなるように調整されている。また、図７に示すように、パルス幅が０％の場合、バイアス電流を供給するのみではレーザ発光しないため、半導体レーザの光量は略０μＷとなる。パルス幅がある程度まで大きくならないと、半導体レーザ駆動回路の特性や半導体レーザの特性等により、半導体レーザは発光しない。このため、パルス幅が６％程度で半導体レーザはレーザ発光を開始する。バイアス電流の電流量が多いほど半導体レーザがレーザ発光を行う駆動電流の電流量が少ないため、小さいパルス幅のＰＷＭ信号でレーザ発光を開始する。図７に示すように、半導体レーザがレーザ発光を開始すると、パルス幅の増加に応じ光量が増加する。
【００２６】
ここで、半導体レーザがレーザ発光を開始するときのＰＷＭ信号のパルス幅は、バイアス電流の値により異なるため、ＰＷＭ信号のパルス幅に対応する半導体レーザの光量の増加量はバイアス電流の値によって異なる。このため、ＰＷＭ信号のパルス幅に対応する半導体レーザの光量の増加量は、バイアス電流量に応じてオフセットされる特性となる。
【００２７】
パルス幅が１００％に近くなると、半導体レーザ駆動回路の特性や半導体レーザの特性等により、半導体レーザをオフ状態にしにくくなり飽和してしまう。このためパルス幅が９４％程度で半導体レーザは全点灯してしまい、光量が２０ｍＷに飽和する。
【００２８】
次いで、半導体レーザの動作温度とＰＷＭ特性との関係を図７を参照して説明する。図７は、半導体レーザの動作温度を５０℃、３０℃、及び１０℃と変えたときのＰＷＭ特性を示している。
【００２９】
図７に示すように、半導体レーザの動作温度を５０℃、３０℃、及び１０℃と変えたときのＰＷＭ特性は夫々異なる。このように、ＰＷＭ特性は、半導体レーザの動作温度変化に応じて変動する。つまり、バイアス電流Ｉｐを、Ｉｐ＝（Ｐ０Ｉ１−Ｐ１Ｉ０）／（Ｐ０−Ｐ１）−Ｉoffset（式（２））によって算出される値に制御しても、半導体レーザのＰＷＭ特性が動作温度に対し変化し、同じデューティ比の画像データに対して半導体レーザの光量が異なる場合がある。このため、従来の半導体レーザ駆動回路は、安定した画像形成を行う事が困難となっていた。
【００３０】
本発明の目的は、半導体レーザの動作温度変動に対するＰＷＭ特性を安定化することができる半導体レーザ駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために、請求項１記載の半導体レーザ駆動回路は、画像形成装置に用いる半導体レーザを駆動する半導体レーザ駆動回路において、画像形成時において前記半導体レーザの点灯電流を決定する第１の決定手段と、画像形成時の消灯時における前記半導体レーザへのバイアス電流を決定する第２の決定手段とを備え、前記第１の決定手段及び第２の決定手段は前記半導体レーザの閾値電流の変動に対する補正手段を夫々有し、前記第２の決定手段は任意の定数α及び前記半導体レーザの閾値電流値Ｉｔｈに基づいて前記バイアス電流をα×Ｉｔｈに決定することを特徴とする。
【００３２】
請求項２記載の半導体レーザ駆動回路は、請求項１記載の半導体レーザ駆動回路において、前記任意の定数αは０．６以上１．０未満の値であることを特徴とする。
【００３３】
請求項３記載の半導体レーザ駆動回路は、請求項１又は２記載の半導体レーザ駆動回路において、前記第１の決定手段は前記半導体レーザの非画像形成領域において、前記半導体レーザが第１の光量を得るための第１の電流値を検出し、該第１の電流値に基づいて前記点灯電流を決定することを特徴とする。
【００３４】
請求項４記載の半導体レーザ駆動回路は、請求項３記載の半導体レーザ駆動回路において、前記第２の決定手段は前記半導体レーザの非画像形成領域において、前記半導体レーザが第２の光量を得るための第２の電流値を検出し、前記第１の電流値及び第２の電流値に基づいて前記消灯時のバイアス電流を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１記載の半導体レーザ駆動回路によれば、画像形成時において半導体レーザの点灯電流を決定する第１の決定手段、及び画像形成時の消灯時における半導体レーザへのバイアス電流を決定する第２の決定手段の補正手段が、半導体レーザの閾値電流の変動に対して点灯電流及びバイアス電流を夫々補正する。また、第２の決定手段が、任意の定数α及び半導体レーザの閾値電流値に基づいてバイアス電流をα×Ｉｔｈに決定する。このように、半導体レーザのバイアス電流をα×Ｉｔｈとして閾値電流Ｉｔｈのα倍とし、この定数αを半導体レーザの動作温度に対してもバイアス電流が安定する定数として、バイアス電流を決定する。このため、半導体レーザの動作温度変動に対してＰＷＭ特性を安定化させることができる。これにより、高速の画像形成装置において、画像を高画質化することができ、且つ画像形成を高安定化することができる。
【００３６】
請求項２記載の半導体レーザ駆動回路によれば、任意の定数αは０．６以上１．０未満の値である。このように、定数αは、半導体レーザの動作温度に対してもバイアス電流がより安定する定数である。従って、半導体レーザの動作温度変動に対してＰＷＭ特性をより安定化させることができる。
【００３７】
請求項３記載の半導体レーザ駆動回路によれば、第１の決定手段が半導体レーザの非画像形成領域において、半導体レーザが第１の光量を得るための第１の電流値を検出し、該第１の電流値に基づいて点灯電流を決定する。このため、高速の画像形成装置において、画像をより高画質化することができ、且つ画像形成をより高安定化することができる。
【００３８】
請求項４記載の半導体レーザの駆動回路によれば、第２の決定手段が半導体レーザの非画像形成領域において、半導体レーザが第２の光量を得るための第２の電流値を検出し、第１の電流値及び第２の電流値に基づいて消灯時のバイアス電流を決定する。このため、高速の画像形成装置において、画像をさらに高画質化することができ、且つ画像形成をさらに高安定化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図である。
【００４１】
図１に示すように、本実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路１は、発光素子２と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４と、エラーアンプ１２，１６，２２，２６と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とを備える。半導体レーザ駆動回路１は、画像形成装置に搭載される。
【００４２】
発光素子２は、パッケージ内に設けられた半導体レーザであるレーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２と、レーザダイオードの発光量をモニタするためのフォトダイオードＰＤ１とから構成されている。発光素子２において、レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２のカソード端子とフォトダイオードＰＤ１のアノード端子とが共通端子となり接地されている。フォトダイオードＰＤ１のカソード端子は、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を介してエラーアンプ１２及び２２のプラス入力端子に夫々接続されていると共に、スイッチＳＷ３及びＳＷ４を介してエラーアンプ１６及び２６のマイナス入力端子に夫々接続されている。
【００４３】
エラーアンプ１２及び２２のプラス入力端子は、夫々、抵抗Ｒ１及びＲ２を介して電源Ｖｃｃに接続されており、エラーアンプ１６及び２６のマイナス入力端子は、夫々、抵抗Ｒ３及びＲ４を介して電源Ｖｃｃに接続されている。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４のいずれかがＯＮしてエラーアンプ１２，２２，１６，２６のいずれかに信号が入力されるときに、フォトダイオードＰＤ１に直流バイアスが印加されるように構成されている。エラーアンプ１２及び２２のマイナス入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆ１及びＶｒｅｆ２が夫々印加されており、エラーアンプ１６及び２６のプラス入力端子には、基準電圧Ｖｒｅｆ３及びＶｒｅｆ４が夫々印加されている。
【００４４】
また、図１に示すように、半導体レーザ駆動回路１は、サンプル／ホールド回路１１，１５，２１，２５と、電圧電流変換回路１０，１４，２０，２４と、ファンクション回路１３，２３と、スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２とを備える。
【００４５】
エラーアンプ１２及び２２の出力端子は、サンプル／ホールド回路１１及び２１の入力端子に夫々接続されている。サンプル／ホールド回路１１及び２１の出力端子は電圧電流変換回路１０及び２０の入力端子に夫々接続されており、サンプル／ホールド回路１１及び２１の出力電圧は、夫々、電圧電流変換回路１０，２０から出力される電流の電流制御電圧となる。また、サンプル／ホールド回路１１及び２１の出力端子はファンクション回路１３及び２３の入力端子に夫々接続されている。
【００４６】
電圧電流変換回路１０及び２０の出力端子は、レーザダイオードＬＤ１及びＬＤ２のアノードに夫々接続されていると共に、スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２のコレクタに夫々接続されている。スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２のエミッタは、電圧電流変換回路１４及び２４の入力端子に夫々接続されている。スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２のベースには、不図示の画像コントローラからビデオ信号（画像データ）が入力される。
【００４７】
エラーアンプ１６及び２６の出力端子は、サンプル／ホールド回路１５及び２５の入力端子に夫々接続されている。サンプル／ホールド回路１５及び２５の出力端子はファンクション回路１３及び２３の入力端子に夫々接続されている。ファンクション回路１３及び２３の出力端子は電圧電流変換回路１４及び２４に夫々接続されており、ファンクション回路１３及び２３の出力電圧は、夫々、電圧電流変換回路１４及び２４から出力される電流の電流制御電圧となる。
【００４８】
次いで、上述の構成を有する半導体レーザ駆動回路１の動作について図１〜３を参照して説明する。図２は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の電流Ｉと発光量Ｌとの関係を示す図であり、図３は、半導体レーザ駆動回路１の動作を表すシーケンス図である。
【００４９】
図３に示すように、半導体レーザ駆動回路１の動作モードは、まず、ＬＤ１＿ＡＰＣモードになる。このとき、スイッチＳＷ１はＯＮ状態に、スイッチＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４はＯＦＦ状態に設定される。サンプル／ホールド回路１１はエラーアンプ１２の出力電圧をサンプリングしてこれを出力するサンプルモードに設定される。一方、サンプル／ホールド回路１５，２１，２５は、その出力電圧を、サンプルモードにおいて夫々サンプリングされたエラーアンプ１６，２２，２６の出力電圧に保持するホールドモードに設定される。トランジスタＴｒ１はＯＦＦ状態に、トランジスタＴｒ２はＯＮ状態に設定される。上述のように、各構成要素は、不図示のコントローラが信号を送信することにより制御される。
【００５０】
上述の状態において、上記不図示のコントローラの制御に応じてレーザダイオードＬＤ１が点灯すると、その光がモニタ光としてフォトダイオードＰＤ１に入射し、フォトダイオードＰＤ１に起電流Ｉｍｏｎが生じる。この起電流Ｉｍｏｎは抵抗Ｒ１を流れる。抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１とすると、Ｒ１×Ｉｍｏｎの電圧が抵抗Ｒ１間に生じ、エラーアンプ１２のプラス入力端子の入力電圧が低下する。エラーアンプ１２のプラス入力端子の入力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になるとエラーアンプ１２の出力は低下し、電圧電流変換回路１０への制御入力（電流制御電圧）は低下する。電圧電流変換回路１０への制御入力が低下すると出力電流も低下し、レーザダイオードＬＤ１への入力電流が低下する。このため、レーザダイオードＬＤ１の発光量が低下する。
【００５１】
レーザダイオードＬＤ１の発光量が低下すると、フォトダイオードＰＤ１の起電流Ｉｍｏｎが低下し、エラーアンプ１２のプラス入力端子の入力電圧が上昇する。エラーアンプ１２のプラス入力端子の入力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になるとエラーアンプ１２の出力は上昇し、電圧電流変換回路１０の制御入力が上昇する。電圧電流変換回路１０の制御入力が上昇すると出力電流も上昇し、レーザダイオードＬＤ１の入力電流が上昇する。このため、レーザダイオードＬＤ１の発光量が上昇する。
【００５２】
上述のように、半導体レーザ駆動回路１において、エラーアンプ１２等は、負帰還回路を構成している。このため、レーザダイオードＬＤ１は、ＬＤ１＿ＡＰＣモードにおいて、フォトダイオードＰＤ１の起電流による電圧がＲ１×Ｉｍｏｎ＝Ｖｒｅｆ１となるように、その発光量が制御される。抵抗Ｒ１の抵抗値Ｒ１及び基準電圧Ｖｒｅｆ１は固定値であるためフォトダイオードＰＤ１の起電流Ｉｍｏｎは一定となるように制御される。フォトダイオードＰＤ１の起電流ＩｍｏｎはレーザダイオードＬＤ１の出力光量（発光量）と比例しているため、レーザダイオードＬＤ１の出力光量は一定となるように制御される。フォトダイオードＰＤ１の起電流Ｉｍｏｎが一定となったときのレーザダイオードＬＤ１の出力光量をＰ０（第１の光量）とすると、レーザダイオードＬＤ１に流れる電流はＩ０（第１の電流値）となる（図２参照）。
【００５３】
次いで、図３に示すように、半導体レーザ駆動回路１の動作モードは、ＬＤ１＿バイアスＡＰＣモードになる。このとき、スイッチＳＷ３はＯＮ状態に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ４はＯＦＦ状態に設定される。サンプル／ホールド回路１１，２１，２５はホールドモードに、サンプル／ホールド回路１５はサンプルモードに設定される。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２はＯＮ状態に設定される。上述ように、各構成要素は、不図示のコントローラが信号を送信することにより制御される。
【００５４】
上述の状態において、サンプル／ホールド回路１１はホールドモードになっており、ＬＤ１＿ＡＰＣモードでサンプルした電圧をホールド（保持）しているため、電圧電流変換回路１０はＬＤ１＿ＡＰＣモードと同じ電流Ｉ０を供給する。レーザダイオードＬＤ１が点灯すると、モニタ光がフォトダイオードＰＤ１に入射し、起電流Ｉｍｏｎが生じる。この起電流Ｉｍｏｎは抵抗Ｒ３を流れる。抵抗Ｒ３の抵抗値をＲ３とすると、Ｒ３×Ｉｍｏｎの電圧が抵抗Ｒ３間に生じ、エラーアンプ１６のマイナス入力端子の入力電圧が低下する。エラーアンプ１６のマイナス入力端子の入力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３以下になるとエラーアンプ１６の出力は上昇し、電圧電流変換回路１４への制御入力は上昇する。電圧電流変換回路１４の制御入力が上昇すると出力電流も上昇し、レーザダイオードＬＤ１に供給される電流はＩ０より少なくなる。これにより、レーザダイオードＬＤ１の発光量が低下する。
【００５５】
レーザダイオードＬＤ１の発光量が低下すると、フォトダイオードＰＤ１の起電流Ｉｍｏｎが低下し、抵抗Ｒ３間の電圧が低下して、エラーアンプ１６のマイナス入力端子の入力電圧が上昇する。エラーアンプ１６のマイナス入力端子の入力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３以上になるとエラーアンプ１６の出力は低下し、電圧電流変換回路１４への制御入力は低下する。電圧電流変換回路１４への制御入力が低下すると出力電流も低下し、レーザダイオードＬＤ１への入力電流が上昇する。このため、レーザダイオードＬＤ１の発光量が上昇する。
【００５６】
上述のように、半導体レーザ駆動回路１において、エラーアンプ１６等は、負帰還回路を構成している。このため、レーザダイオードＬＤ１は、ＬＤ１＿バイアスＡＰＣモードにおいて、フォトダイオードＰＤ１の起電流による電圧がＲ３×Ｉｍｏｎ＝Ｖｒｅｆ３となるように、その発光量が制御される。抵抗Ｒ３の抵抗値Ｒ３及び基準電圧Ｖｒｅｆ３は固定値であるためフォトダイオードＰＤ１の起電流Ｉｍｏｎは一定となるように制御される。フォトダイオードＰＤ１の起電流ＩｍｏｎはレーザダイオードＬＤ１の出力光量と比例しているため、レーザダイオードＬＤ１の出力光量は一定となるように制御される。フォトダイオードＰＤ１の起電流Ｉｍｏｎが一定となったときのレーザダイオードＬＤ１の出力光量をＰ１（第２の光量）とすると、レーザダイオードＬＤ１に流れる電流はＩ０−Ｉ１（第２の電流値）となる（図２参照）。
【００５７】
次いで、図３に示すように、半導体レーザ駆動回路１の動作モードは、ＬＤ２＿ＡＰＣモード、そして、ＬＤ２＿バイアスＡＰＣモードとなる。ＬＤ２＿ＡＰＣモード及びＬＤ２＿バイアスＡＰＣモードは、上記、ＬＤ１＿ＡＰＣモード及びＬＤ１＿バイアスＡＰＣモードの動作と同様であるため、説明は省略する。
【００５８】
次いで、図３に示すように、半導体レーザ駆動回路１の動作モードは、ＯＦＦモードになる。このとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４はＯＦＦ状態に設定される。サンプル／ホールド回路１１，１５，２１，２５はホールドモードに、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２はＯＮ状態に夫々設定される。上述のように、各構成要素は、不図示のコントローラが信号を送信することにより制御される。
【００５９】
上述の状態におけるレーザダイオードＬＤ１の動作を説明する。サンプル／ホールド回路１１はホールドモードとなっており、ＬＤ１＿ＡＰＣモードにおいてサンプルリングした電圧をホールドしている。このため、電圧電流変換回路１０はＬＤ１＿ＡＰＣモードと同じ電流Ｉ０を供給する。
【００６０】
サンプル／ホールド回路１５はホールドモードとなっており、ＬＤ１＿バイアスＡＰＣモードにおいてサンプルリングした電圧をホールドしている。このため、ファンクション回路１３にはサンプル／ホールド回路１１，１５の出力が入力される。サンプル／ホールド回路１１の出力は電流Ｉ０を決定する電圧であり、サンプル／ホールド回路１５の出力は電流Ｉ１を決定する電圧である。
【００６１】
ファンクション回路１３は、入力される電圧を用いて演算を行う。具体的には、ファンクション回路１３は、電圧電流変換回路１４が下記式（３）で表される電流Ｉｆを出力するような制御電圧を電圧電流変換回路１４に入力する。
【００６２】
Ｉｆ＝（１−α）・Ｉ０−αＰ０Ｉ１／（Ｐ０−Ｐ１）・・・（３）
ここで係数αは予め決められた値の定数であり、Ｐ０，Ｐ１も予め決められた光量であるため、このファンクション回路１３は単純な加減算回路で構成される。係数αは、０．６以上１．０未満の任意の値である。トランジスタＴｒ１はＯＮ状態であるため、レーザダイオードＬＤ１に入力される電流ＩＬＤ１は、
ＩＬＤ１＝α・（Ｐ０Ｉ０−Ｐ０Ｉ１−Ｐ１Ｉ０）／（Ｐ０−Ｐ１）・・・（４）
で表される電流、即ち、
ＩＬＤ１＝α×Ｉｔｈ・・・（５）
が入力されることになる。尚、レーザダイオードＬＤ１のＩｔｈは閾値電流である。ＯＦＦモードにおいて、レーザダイオードＬＤ２は、レーザダイオードＬＤ１と同様に動作するので、説明は省略する。
【００６３】
次いで、図３に示すように、半導体レーザ駆動回路１の動作モードは、ＤＡＴＡモードになる。このとき、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４はＯＦＦ状態に、サンプル／ホールド回路１１，１５，２１，２５はホールドモードに、不図示のコントローラからの信号より夫々設定される。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、不図示のコントローラから画像信号（ＤＡＴＡ）が入力される。
【００６４】
上述の状態において、不図示のコントローラからの画像信号によりトランジスタＴｒ１がＯＮ状態になる場合は、上記ＯＦＦモードと同様にレーザダイオードＬＤ１にはα×Ｉｔｈの電流ＩＬＤ１がバイアス電流として供給され、画像形成領域においてレーザダイオードＬＤ１は消灯する。また、不図示のコントローラからの画像信号によりトランジスタＴｒ１がＯＦＦ状態になる場合は、レーザダイオードＬＤ１には点灯電流として電流Ｉ０が供給され、ＬＤ＿ＡＰＣモードと同様にＰ０の光量でレーザダイオードＬＤ１は画像形成領域において点灯する。また、不図示のコントローラからの画像信号によりトランジスタＴｒ２がＯＮ状態又はＯＦＦ状態になる場合には、レーザダイオードＬＤ２は、レーザダイオードＬＤ１と同様に動作する。
【００６５】
半導体レーザ駆動回路１は、非画像形成領域において、上記ＬＤ１＿ＡＰＣモード〜ＤＡＴＡモードを実行する。また、半導体レーザ駆動回路１は、画像形成領域において、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に電流ＩＬＤ１（バイアス電流）を供給してレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を消灯するか、電流Ｉ０（点灯電流）を供給してＰ０の光量でレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２を点灯する。このように、半導体レーザ駆動回路１は、非画像形成領域と画像形成領域が繰り返される毎に、ＬＤ１＿ＡＰＣモード〜ＤＡＴＡモードの動作と、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の電流ＩＬＤ１での消灯又は光量Ｐ０での発光とを夫々繰り返し行う。
【００６６】
ここで、画像形成領域とは、画像を形成すべくレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光するレーザ光が照射される領域であり、例えば、感光ドラムにおけるレーザ光の走査領域である。また、非画像形成領域とは、上記画像形成領域以外のレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光するレーザ光が照射される領域であり、例えば、レーザ光の走査領域の内感光ドラム外の領域である。
【００６７】
以上の動作により、半導体レーザ駆動回路１は、画像形成動作時のレーザダイオードの消灯時にレーザダイオードに供給するバイアス電流として、レーザダイオードの動作温度変動による閾値電流Ｉｔｈの変動に拘らず、常に、閾値電流Ｉｔｈの一定の割合のバイアス電流、つまりα×Ｉｔｈで表されるバイアス電流を供給することが可能になる。
【００６８】
上述のように、半導体レーザ駆動回路１は、非画像形成領域となる毎にＡＰＣモード及びバイアスＡＰＣモードによってレーザダイオードの閾値電流Ｉｔｈを算出している。このため、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の動作温度変動に応じた正確な閾値電流を検出することができる。加えて、画像形成動作時において、レーザダイオードの消灯中に供給するバイアス電流を、検出した閾値電流に対して常に一定の割合の値に、即ちα×Ｉｔｈにすることができる。従って、半導体レーザ駆動回路１は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の動作温度変動に対して安定したレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のＰＷＭ特性を得ることができる。
【００６９】
ここで、数式（５）において、バイアス電流ＩＬＤ１＝Ｉｔｈ−Ｉoffsetとすると、Ｉoffset＝（Ｉ−α）・Ｉｔｈとおくことができる。半導体レーザ駆動回路１は、従来とは異なり、Ｉoffsetを非画像形成領域となる毎にＡＰＣモード、バイアスＡＰＣモード、及びＯＦＦモードによって最適値に設定することができ、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の動作温度変動に対して安定したレーザダイオードのＬＤ１，ＬＤ２ＰＷＭ特性を得ることができる。
【００７０】
次いで、半導体レーザ駆動回路１におけるレーザダイオードのＬＤ１，ＬＤ２のＰＷＭ特性について説明する。
【００７１】
図４は、半導体レーザ駆動回路１におけるレーザダイオードのＬＤ１，ＬＤ２のＰＷＭ特性を示す図である。図４において、横軸はレーザダイオードのＬＤ１，ＬＤ２に入力されるＰＷＭ信号のデューティ比を示している。縦軸はレーザダイオードのＬＤ１，ＬＤ２から放出されるレーザ光の光量（出力）を示している。半導体レーザ駆動回路１において、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は、全点灯時においてその発光量が２０ｍＷになるように調整されている。また、図４は、レーザダイオードの動作温度を１０℃、３０℃、及び５０℃に変えた場合の各ＰＷＭ特性を示している。
【００７２】
レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に供給するバイアス電流が閾値電流Ｉｔｈの場合は、ディーティ比が０％でもこの閾値電流に対応する光量のレーザ光をレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２が発生する。バイアス電流を閾値電流Ｉｔｈより下げていくにつれてＰＷＭ特性は、図４に示すように傾き一定のまま下方にオフセットされる。
【００７３】
図４に示すように、半導体レーザ駆動回路１におけるレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のＰＷＭ特性を示す線は、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の動作温度が１０℃、３０℃、及び５０℃と異なっている場合においても略一致している。このように、半導体レーザ駆動回路１において、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２は、ＰＷＭ特性が動作温度変化に対し安定していることがわかる。
【００７４】
つまり、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２に供給するバイアス電流を、数式（４）で決められる数値（ＩＬＤ１＝α・（Ｐ０・Ｉ０−Ｐ０・Ｉ１−Ｐ１・Ｉ０）／（Ｐ０−Ｐ１）＝α・Ｉｔｈ）に制御した場合、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２のＰＷＭ特性が動作温度に対し安定する。このため、同じデューティ比の画像データに対してレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光量が略同じになり、同じデューティ比の画像データに対するレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の発光量の再現性が良好になる。従って、画像形成装置において、安定した画像形成を行うことが可能となる。
【００７５】
また、係数αを０．６以上１．０未満としたのは、係数αを小さくすると、レーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２の立ち上がりが遅くなりＰＷＭ制御を行った時のダイナミックレンジが狭まる問題があり、係数αが１．０であればレーザダイオードＬＤ１，ＬＤ２が、ダイオード点灯をしてしまい、画像形成時のレーザダイオードの消灯時に、このダイオード点灯の影響による画質の悪化につながる場合があるからである。このように、係数αは０．６以上１．０未満の値が実用的であるからである。
【００７６】
上述のように、本実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路１は、レーザダイオードの動作温度変動に対するＰＷＭ特性を安定化することができる。これにより、安定した画像形成を行うことができる。従って、高速の画像形成装置において、画像を高画質化することができ、且つ画像形成を高安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路図である。
【図２】本実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路におけるレーザダイオードの電流と発光量との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路の動作を表すシーケンス図である。
【図４】本実施の形態に係る半導体レーザ駆動回路におけるレーザダイオードのＰＷＭ特性を示す図である。
【図５】従来の半導体レーザを用いた電子写真方式のプリンタの概略構成を示す図である。
【図６】従来の半導体レーザ駆動回路において実行されるバイアスＡＰＣの動作の説明に用いる半導体レーザの電流と発光量との関係を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザ駆動回路における半導体レーザの動作温度毎のＰＷＭ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  半導体レーザ駆動回路
２  発光素子
１０，１４，２０，２４  電圧電流変換回路
１１，１５，２１，２５  サンプル／ホールド回路
１２，１６，２２，２６  エラーアンプ
１３，２３  ファンクション回路
【図１】
2007158022.tif 000003
【図２】
2007158022.tif 000004
【図３】
2007158022.tif 000005
【図４】
2007158022.tif 000006
【図５】
2007158022.tif 000007
【図６】
2007158022.tif 000008
【図７】
2007158022.tif 000009