(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザの発光量を電流検知する光検出素子と、
前記光検出素子の出力を電流から電圧に変換する電流／電圧変換手段と、
基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、
前記電流／電圧手段の変換結果であるモニタ電圧と前記基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記電圧比較手段の比較結果に応じて、前記半導体レーザの発光量を制御するレーザ駆動手段と、
パルス幅変調信号を出力するパルス幅変調信号出力手段と、
前記パルス幅変調信号出力手段から入力されたパルス幅変調信号の電圧振幅を、安定化回路から入力された電圧により一定の電圧振幅にして、変換後パルス幅変調信号として出力するバッファ回路と、
前記バッファ回路から出力された前記変換後パルス幅変調信号を平滑しアナログ電圧として出力する平滑手段とを備え、
前記基準電圧供給手段は、前記平滑手段により出力された出力電圧を前記基準電圧として供給することを特徴とするレーザ制御装置。
【請求項２】
電子写真方式の感光体に潜像を形成するための半導体レーザと、
前記半導体レーザの発光量を電流検知する光検出素子と、
前記光検出素子の出力を電流から電圧に変換する電流／電圧変換手段と、
基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、
前記電流／電圧手段の変換結果であるモニタ電圧と前記基準電圧とを比較する電圧比較手段と、
前記電圧比較手段の比較結果に応じて、前記半導体レーザの発光量を制御するレーザ駆動手段とを備える画像形成装置であって、
パルス幅変調信号を出力する画像形成装置本体のパルス幅変調信号出力手段と、
前記パルス幅変調信号出力手段から入力されたパルス幅変調信号の電圧振幅を、安定化回路から入力された電圧により一定の電圧振幅にして、変換後パルス幅変調信号として出力するバッファ回路と、
前記バッファ回路から出力された前記変換後パルス幅変調信号を平滑しアナログ電圧として出力する平滑手段とを備え、
前記基準電圧供給手段は、前記平滑手段により出力された出力電圧を前記基準電圧として供給することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報の書き込み用光源等に使用される半導体レーザの発光量を制御するレーザ制御装置、及びこのレーザ制御装置を搭載した電子写真式レーザプリンタや複写機、レーザファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、電子写真式レーザプリンタの制御系の一般的な構成を示すブロック図である。
【０００３】
半導体レーザ３０１より前方に出射されたレーザビームは、コリメータレンズ３０２によりコリメートされて、回転多面鏡からなる偏光器３０３で偏向され、ｆθレンズ３０４を通して感光体ドラム３０５に照射される。感光体ドラム３０５は、その表面が先に帯電器で一様に帯電されており、結像スポットが回転多面鏡３０３の回転で感光体ドラム３０５の軸方向に反復して走査されるのに合わせて感光体ドラム３０５が回転し、これによって、感光体ドラム３０５上の画面形成領域前面が走査される。
【０００４】
光検出器３０６は、レーザビームの走査路上で且つ画像形成領域外の一点に設けられ、回転多面鏡３０３で偏向されたレーザビームを１走査毎に検出してＢＤ信号を発生する。画像形成装置の信号処理回路３０７は、画像信号を半導体レーザ制御回路３０８に印加するが、そのタイミングを光検出器３０６からのＢＤ信号に基づいて制御する。
【０００５】
半導体レーザ制御回路３０８は、信号処理回路３０７からの画像信号により半導体レーザ３０１をオン／オフ変調して感光体ドラム３０５上に静電潜像を形成させ、この静電潜像は現像器で現像されて転写器で紙等に転写される。
【０００６】
また、半導体レーザ３０１から後方に出射されるレーザビームは、光検出器３０９に入射してその発光量が検出され、制御回路３１０が光検出器３０９の出力信号に応じて半導体レーザ制御回路３０８を制御して半導体レーザ３０１の出力光量を目標値に調整し、半導体レーザ３０１の各発光素子の駆動電流をそれぞれ外部信号により各発光素子の出力光量が一定になるように調整して保持する。
【０００７】
図７は、図６に示したレーザ制御装置３００の詳細な構成を示す回路図であり、本例のレーザ制御装置３００は、従来のレーザ制御の中でサンプルホールドによるＡＰＣ（オート・パワー・コントロール）制御を行う系で構成されている。
【０００８】
図中の２１１は半導体レーザ３０１駆動制御するためのレーザ駆動部、２０２は抵抗であり、半導体レーザ３０１に供給される電流を制限するために設けられている。２１２は半導体レーザ３０１の発光光量を制御するＡＰＣ制御部であり、２０３はレーザのＡＰＣ発光時に蓄える電荷が決定されるサンプルホールドコンデンサである。３１０はＰＤ（フォトダイオード）モニタ部であり、フォトダイオード３０９に流れる電流を抵抗２０６で電流／電圧変換した値として検出する。２１７はバンドギャップであり、ＡＰＣ発光時におけるフォトダイオード３０９のモニタ電流を電圧変換するに際し基準電圧などを供給する。
【０００９】
このような構成をしているレーザ制御装置３００において、ＰＤモニタ部３１０は、半導体レーザ３０１の発光量に応じてフォトダイオード３０９に流れる電流を抵抗２０６にて電圧に変換する。この変換された値が、ＡＰＣ制御部２１２内の比較器４０５の入力端子に入力される。また、比較器４０５の入力端子はバンドギャップ２１７とも接続され、ＰＤモニタ部３１０の出力電圧とバンドギャップ２１７から供給される基準電圧との比較を行う。
【００１０】
そして、比較器４０５の出力は、フィードバックループをもつ電圧制御器４０７の入力端子に接続され、レーザ駆動回路２１１へ入力する電圧を制御する。この制御された電圧に応じて、レーザ駆動回路２１１が半導体レーザ３０１を発光させることで、発光量の制御を行う。
【００１１】
この制御系においては、レーザ光量を短時間で設定してＡＰＣ制御をライン間で行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のレーザ制御装置の構成のように、ＡＰＣ制御時にフォトダイオード３０９のモニタ電流を電圧変換した値と、バンドギャップ２１７からの基準電圧のフィードバックループによりレーザ光量調整が行われる系において、設定光量を変化させようとするには、基準電圧の設定を変えることが考えられる。これを実現する構成としては、例えば、基準電圧を設定している回路上に抵抗を並列接続し、各抵抗をスイッチでオン／オフするような回路などが挙げられる。しかしながら、このような構成にすると回路規模が増大し、且つ高価な構成となってしまう。
【００１３】
また、レーザ光量を可変制御する方法として、モニタ電流の電流電圧変換値をアナログデジタル変換し、この変換した電圧出力と所定の基準電圧とを比較する方式（特開平１０−３３５７３２号公報）が提案されているが、この方法では、自由な光量設定が可能であるが、光量を安定させるまでに時間がかかる。そのため、現在のプリントスピードにおいて、ライン間でＡＰＣ制御を行うことができず、紙間でのＡＰＣ制御となってしまう、といった問題がある。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点に鑑み、回路規模の増大を招くことなく、低コストで安定的にレーザの設定光量を可変制御することができるレーサー制御装置を提供することを目的とする。また、このレーザ制御装置を搭載して、プリント時に最適なレーザ光量を設定することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ駆動装置は、半導体レーザの発光量を電流検知する光検出素子と、前記光検出素子の出力を電流から電圧に変換する電流／電圧変換手段と、基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、前記電流／電圧手段の変換結果であるモニタ電圧と前記基準電圧とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段の比較結果に応じて、前記半導体レーザの発光量を制御するレーザ駆動手段と、パルス幅変調信号を出力するパルス幅変調信号出力手段と、前記パルス幅変調信号出力手段から入力されたパルス幅変調信号の電圧振幅を、安定化回路から入力された電圧により一定の電圧振幅にして、変換後パルス幅変調信号として出力するバッファ回路と、前記バッファ回路から出力された前記変換後パルス幅変調信号を平滑しアナログ電圧として出力する平滑手段とを備え、前記基準電圧供給手段は、前記平滑手段により出力された出力電圧を前記基準電圧として供給することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、電子写真方式の感光体に潜像を形成するための半導体レーザと、前記半導体レーザの発光量を電流検知する光検出素子と、前記光検出素子の出力を電流から電圧に変換する電流／電圧変換手段と、基準電圧を供給する基準電圧供給手段と、前記電流／電圧手段の変換結果であるモニタ電圧と前記基準電圧とを比較する電圧比較手段と、前記電圧比較手段の比較結果に応じて、前記半導体レーザの発光量を制御するレーザ駆動手段とを備える画像形成装置であって、パルス幅変調信号を出力する画像形成装置本体のパルス幅変調信号出力手段と、前記パルス幅変調信号出力手段から入力されたパルス幅変調信号の電圧振幅を、安定化回路から入力された電圧により一定の電圧振幅にして、変換後パルス幅変調信号として出力するバッファ回路と、前記バッファ回路から出力された前記変換後パルス幅変調信号を平滑しアナログ電圧として出力する平滑手段とを備え、前記基準電圧供給手段は、前記平滑手段により出力された出力電圧を前記基準電圧として供給することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
本実施形態のレーザ制御装置５００は、図６に示した電子写真式レーザプリンタの構成において、レーザ制御装置３００に代えて用いられるものとする。
【００２２】
図１において、入力端子１０１には、スキャナーユニットの外部（プリンタ本体のＣＰＵ）からレーザ光量設定基準電圧Ｖｆを設定するためのＰＷＭ信号が入力される。このＰＷＭ信号は、例えば３．６Ｖ程度の振幅電圧で入力される。
【００２３】
そして、このＰＷＭ信号は、パルスから直流電圧に変換するために、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１で組まれた平滑回路１０３に入力される。この平滑回路１０３でＰＷＭ信号は直流電圧に平滑され、出力がレーザドライバ１０４内部の光量設定アンプ１０５の入力端子Ｖ１に印加される。この入力端子Ｖ１に印加された電圧値がレーザ光量基準電圧Ｖｆとして設定される。
【００２４】
次に、レーザ光量の設定動作について説明する。
【００２５】
半導体レーザ部１０７の内部には、半導体レーザＬＤと、この半導体レーザＬＤの発光量をモニタするための光検出素子（フォトダイオード）ＰＤとが配置されている。この光検出素子ＰＤを用いて、レーザ光量を設定するＡＰＣ（オート・パワー・コントロール）制御を行う。このＡＰＣ制御は、以下の通りである。
【００２６】
光検出素子ＰＤは、半導体レーザＬＤの発光量を電流に変換する。そのときの電流をＩ１とする。また、光検出素子ＰＤは、可変抵抗器ＶＲ２と光量設定アンプ１０５の入力端子Ｖ２に接続されている。ここで、光量設定アンプ１０５の入力端子Ｖ２の発光量モニタ電圧Ｖｍは、Ｉ１とＶＲ２の設定値により決定され、Ｖｍ＝Ｉ１・ＶＲ２となる。
【００２７】
そして、光量設定アンプ１０５では、レーザ光量設定基準電圧Ｖｆと発光量モニタ電圧Ｖｍの比較を行い、その比較演算結果として出力電圧Ｖ３を出力する。光量設定アンプ１０５の出力端子は、半導体レーザ部１０７の駆動回路１０６に接続されている。駆動回路１０６は、光量設定アンプ１０５の出力電圧Ｖ３に応じて、半導体レーザＬＤの光量設定を行い安定的にレーザを発光させる。
【００２８】
本実施形態は、以上のようにＡＰＣ制御を行う上で基準となるレーザ光量基準電圧Ｖｆの設定値を可変にすることで、レーザ光量を可変制御することができる。これにより、上記レーザ制御装置を搭載した例えば電子写真式レーザプリンタは、プリント時に最適なレーザ光量を設定することが可能になる。
【００２９】
なお、プリンタ本体の電源バラツキによりＰＷＭ信号の振幅がばらつくことがあるので、精度が要求される場合には、プリンタ組み立て時及びスキャナーユニット交換時に電圧のユニット調整を行うことが望ましい。
【００３０】
［第２実施形態］
第２実施形態は、上記第１実施形態の構成においてＰＷＭ信号の振幅電圧の安定化を図るようにしたものである。
【００３１】
図２は、本発明の第２実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
本実施形態では、上記第１実施形態と同様の光量設定を行う系において、ＰＷＭ信号の電圧振幅を安定化させるために、安定化回路１１１とバッファ回路１０２とをスキャナーユニット１１０内に設ける。そして、ＰＷＭ信号は、バッファ回路１０２に入力され、安定化回路１１１の出力電圧に応じた電圧レベルに変換されて出力される。
【００３３】
次に、バッファ回路１０２での動作について説明する。
【００３４】
例えば、安定化回路１１１の出力電圧を４Ｖとして、入力されるＰＷＭ信号の振幅バラツキが３．０Ｖ〜３．６Ｖの間でバラツキが生じたとすると、図３に示すようにバッファ回路１０２を通過した後は電圧振幅が４Ｖ一定となる。これによって、レーザ光量設定基準電圧Ｖｆを安定化することができる。
【００３５】
本実施形態では、スキャナーユニット１１０内に安定化回路１１１とバッファ回路１０２を設けることで、プリンタの組み立て時及びスキャナー交換時のユニット調整を行う必要がなくなる。
【００３６】
［第３実施形態］
上記第１及び第２実施形態では、ＰＷＭ信号の平滑した電圧値を光量設定アンプ１０５の光量設定基準電圧Ｖｆとすることで、ＰＷＭのパルス幅に応じて基準電圧Ｖｆを設定してレーザ光量を可変制御するようにしたが、本実施形態では、光量設定基準電圧Ｖｆを可変にするのではなく、光検出素子ＰＤによってレーザ光量を電流検知した値に対して、ＰＷＭ信号に応じた電流を加算することでレーザ光量を可変制御するものである。
【００３７】
図４は、本発明の第３実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３８】
入力端子１０１に入力されたＰＷＭ信号は、上記第１実施形態と同様に平滑回路１０３に供給される。この平滑回路１０３の出力側は、定電流回路２０１の入力側に接続されている。定電流回路２０１は、平滑回路１０３の出力電圧値に応じた電流を流す回路構成となっている。すなわち、定電流回路２０１は、オペアンプＯＰ１、ＮＰＮトランジスタＴｒ１、ＰＮＰトランジスタＴｒ２、ＰＮＰトランジスタＴｒ３、ＰＮＰトランジスタＴｒ４、及び可変抵抗ＶＲ１で構成される。
【００３９】
次に、本実施形態の動作を説明する。
【００４０】
まず、平滑回路１０３の電圧出力がオペアンプＯＰ１の正極入力端子に入力されるとトランジスタＴｒ１がオンする。次にトランジスタＴｒ４がオンした後に、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオンとなる。その結果、トランジスタＴｒ１には電流Ｉ２が流れる。そして、オペアンプＯＰ１では、フィードバック制御を行っており、Ｉ２×ＶＲ１の値がＰＷＭ信号の入力電圧になるまでＩ２の電流を可変にする。さらに、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４は、カレント・ミラー回路構成となっており、トランジスタＴｒ３のコレクタ電流Ｉ３はＩ３＝Ｉ２となるように設定される。
【００４１】
発光量モニタ電圧Ｖｍは、光検出素子ＰＤの検知電流Ｉ１とトランジスタＴｒ３のコレクタ電流Ｉ３と可変抵抗器ＶＲ２により決定され、Ｖｍ＝（Ｉ１＋Ｉ３）×ＶＲ２となる。
【００４２】
そして、光量設定アンプ１０５では、レーザ光量設定基準電圧Ｖｆと発光量モニタ電圧Ｖｍの比較を行い、駆動回路１０６は、光量設定アンプ１０５により算出された出力電圧値Ｖ３に応じて、半導体レーザ部１０７の光量設定を行い安定的にレーザを発光させる。
【００４３】
このように本実施形態では、半導体レーザＬＤの発光量を光検出素子ＰＤによって検出した電流値に対して、ＰＷＭ信号に応じた電流を重畳することで、発光量モニタ電圧Ｖｍを変更可能にし、これによってレーザ光量を可変制御することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、プリンタ本体の電源バラツキによりＰＷＭ信号の振幅がばらつくことがあるので、精度が要求される場合には、プリンタ組み立て時及びスキャナーユニット交換時に電圧のユニット調整を行うことが望ましい。
【００４５】
［第４実施形態］
第４実施形態は、上記第３実施形態の構成においてＰＷＭ信号の振幅電圧の安定化を図るようにしたものである。
【００４６】
図５は、本発明の第４実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図であり、図４と共通の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
本実施形態では、上記第３実施形態と同様の光量設定を行う系において、ＰＷＭ信号の電圧振幅を安定化させるために、安定化回路１１１とバッファ回路１０２とをスキャナーユニット１１０内に設ける。そして、上記第２実施形態で説明したと同様に、安定化回路の電圧を４Ｖとして、入力されるＰＷＭ信号の振幅バラツキが３．０Ｖ〜３．６Ｖの間でバラツキが生じたとすると、バッファ回路１０２の通過した後は電圧振幅が４Ｖ一定となる。これにより、トランジスタＴｒ１のコレクタ電流Ｉ２を安定化させるので、ミラー回路構成よりトランジスタＴｒ３のコレクタ電流Ｉ３を安定化する。
【００４８】
このようにして、発光量モニタ電圧ＶｍもＰＷＭ信号の振幅バラツキに依存せず安定して可変にすることができる。
【００４９】
本実施形態では、スキャナーユニット１１０内に安定化回路１１１とバッファ回路１０２を設けることで、プリンタの組み立て時及びスキャナー交換時のユニット調整を行う必要がなくなる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のレーザ制御装置によれば、回路規模の増大を招くことなく、低コストで安定的にレーザの設定光量の可変制御を行うことが可能になる。
【００５１】
本発明の画像形成装置によれば、画像形成時に最適なレーザ光量を設定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ＰＷＭ信号の振幅電圧の安定化動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るレーザ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】電子写真式レーザプリンタの制御系の一般的な構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示したレーザ制御装置３００の詳細な構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０２  バッファ回路
１０３  平滑回路
１０４  レーザドライバ
１０５  光量設定アンプ
１０６  駆動回路
１０７  半導体レーザ部
１１１  安定化回路
２０１  定電流回路
５００  レーザ制御装置
Ｖｍ  発光量モニタ電圧
Ｖｆ  レーザ光量基準電圧
ＬＤ  半導体レーザ
ＰＤ  光検出素子（フォトダイオード）
【図１】
0004125032.tif 000002
【図２】
0004125032.tif 000003
【図３】
0004125032.tif 000004
【図４】
0004125032.tif 000005
【図５】
0004125032.tif 000006
【図６】
0004125032.tif 000007
【図７】
0004125032.tif 000008