(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに応じて変調された供給電流を生成し、該供給電流により、走査光学系を介して走査対象面に走査される、供給電流に応じた光量のレーザ光を発する半導体レーザを駆動するレーザ駆動装置において、
このレーザ駆動装置は、前記半導体レーザの光量を制御する、第１ステップと第２ステップとからなる自動光量制御動作と、前記走査光学系に起因する光量変動を補正するオープンループ制御動作とを行なうものであって、
前記第1ステップ、前記第２ステップ、および前記オープンループ制御動作においてそれぞれ第１の設定値、第２の設定値、および画像データが入力される第１の入力端子と、利得制御値が入力される第１の制御端子と、前記第１の入力端子から入力された値が前記第１の制御端子から入力された利得制御値に応じた利得で変換されてなる、前記供給電流の一部を成す変調電流を出力する第１の出力端子とを有する変調電流源と、
前記第１ステップおよび前記第２ステップの双方において前記第１の設定値と同一の設定値が入力される第２の入力端子と、前記第１の制御端子に入力される利得制御値と同一の利得制御値が入力される第２の制御端子と、前記第２の入力端子から入力された値が前記第２の制御端子から入力された利得制御値に応じた利得で変換されてなる第１のモニタ値を出力する第２の出力端子とを有し、前記自動光量制御動作で作用する第１のモニタ回路と、
前記変調電流源の利得の基準となる利得設定値に、前記半導体レーザから発せられるレーザ光の、走査に伴って変化する前記走査対象面に対する入射角に応じた補正値を乗算することにより、前記利得制御値を生成して前記変調電流源に伝える、前記オープンループ制御動作で作用する利得補正回路と、
電流制御値が入力され、入力された電流制御値に応じた、前記変調電流と加算されることにより前記供給電流を生成する閾値電流を生成する閾値電流源と、
前記閾値電流源に入力される電流制御値と同一の電流制御値が入力され、入力された電流制御値に応じた第２のモニタ値を生成する、前記自動光量制御動作で作用する第２のモニタ回路と、
前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値とが加算されてなる第３のモニタ値の、前記第１ステップから前記第２ステップへの切り替え時点の値をホールドする第１のサンプルホールド回路と、
前記半導体レーザの発光光量がモニタされてなる発光光量モニタ信号が入力される第３の入力端子と、前記第１ステップおよび前記第２ステップにおいてそれぞれ第１の基準値および第２の基準値が入力される第４の入力端子とを有し、前記自動光量制御動作で作用する第１の演算増幅器と、
前記第１のサンプルホールド回路によりホールドされる前の前記第３のモニタ値が入力される第５の入力端子と、前記第１のサンプルホールド回路によりホールドされた後の前記第３のモニタ値が入力される第６の入力端子とを有し、前記第２ステップで作用する第２の演算増幅器と、
前記第１ステップでは、前記第１の演算増幅器の出力信号が入力されるとともに前記第２ステップでは前記第２の演算増幅器の出力信号が入力され、前記利得補正回路を介して前記変調電流源および前記第１のモニタ回路に利得制御値を供給する、前記第１ステップおよび前記第２ステップでは入力をそのまま出力するとともに前記第２ステップから前記オープンループ制御動作への切り替え時点の該第２の演算増幅器の出力値をホールドする第２のサンプルホールド回路と、
前記第２ステップで前記第１の演算増幅器の出力信号が入力され、前記閾値電流源および前記第２のモニタ回路に電流制御値を供給する、前記第２ステップでは入力をそのまま出力するとともに、前記第２ステップから前記オープンループ制御動作への切り替え時点の該第１の演算増幅器の出力値をホールドし、次の第２ステップ開始時点までホールドを継続する第３のサンプルホールド回路とを備えたことを特徴とするレーザ駆動装置。
【請求項２】
前記第１のモニタ回路は、前記第２の入力端子から、前記第１の入力端子から入力される値と同一の値が入力されるとともに、前記第２の制御端子から、前記第１の制御端子から入力される利得制御値と同一の利得制御値が入力された場合に、前記第２の出力端子から、前記第１の出力端子から出力される変調電流と比べ所定の比例定数で比例する第１のモニタ値を出力するものであり、
前記第２のモニタ回路は、前記閾値電流源に入力される電流制御値と同一の電流制御値が入力され、該閾値電流源から出力される閾値電流と比べ前記比例定数と同一の比例定数で比例する第２のモニタ値を出力するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項３】
前記閾値電流源は、互いに同一の電流制御値が入力されて該電流制御値に応じた閾値電流を分担して生成する直流電流源と第２の変調電流源とからなり、該第２の変調電流源は、前記オープンループ制御動作時には、画像データの値がゼロか否かにより、それぞれ出力電流が遮断され、あるいは出力電流が前記直流電流源からの出力電流に加算されるものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【請求項４】
前記利得補正回路と前記変調電流源との間に介在し、前記オープンループ制御動作時に作用するローパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、走査光学系を介して走査対象面に走査されるレーザ光の、走査光学系に起因する光量変動を補正するレーザ光量補正方法を取り入れたレーザ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光走査光学系に起因する走査対象面上（感光体面上）のレーザ光量変動やレーザゼログラフィーでの出力された画像濃度むらを補正する方法として、レーザ光の光路上に、光量分布を補正するＮＤフィルタを配置する第１の従来技術（特開昭５３−８７７４７号公報）、光量分布を表す関数に基づく補正電流を駆動電流に重畳し電気的に補正を行う第２の従来技術（特公平２−５１１８８号公報）、Ｄ／Ａ変換器の利得を光量制御の基準値で制御する第３の従来技術（特開平１−１８２８１９号公報）、Ｄ／Ａ変換器の利得を制御する代わりにＤ／Ａ変換器の出力をマニュアルで調整する第４の従来技術（特公平５−１５３３９号公報）、最大光量と最小光量を最大駆動電流と最小駆動電流とに関係付け、その間を直線で補正する第５の従来技術（特開平１−３０２３６７号公報）などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のＮＤフィルタを用いる第１の従来技術ではＮＤフィルタ自体のコストも高く、しかも光量分布は光学系の設計により変わるためその度にＮＤフィルタを作り直さなければならないという問題がある。また、従来提案されている電気的な補正方法においても、以下に説明するように様々な問題がある。
【０００４】
図３７は、前述の第２の従来技術を示す回路図である。関数信号発生器３３１で発生させた、走査位置に応じた関数値と、基準信号回路３３２からの基準値を加算器３３３で加算して加算値を得、この加算値をレーザを駆動する電流の基準値としている。
この方式は、加算器３３３を用いて基準値に関数値を加算していることから、温湿度等の環境変化や経時変化等によりレーザの特性が変化するとその都度関数を設定しなおさなければならないという問題があり、レーザの特性変化に対応できない。
【０００５】
また、ここでは、レーザ３３４に流れる電流を検出して比較器３３５に導いているが、問題なのはレーザ３３４から発せられるレーザ光の光量であってレーザ３３４を流れる電流ではなく、レーザ３３４の特性変化による、レーザ３３４を流れる電流に対するレーザ光の光量の変動を補正することができない。
図３８は、前述の第３の従来技術を示した回路図である。基準電圧発生器３４１で得られた基準電圧Ｖref と光検出器３４２で検出されたレーザ３４３の発光光量をあらわす電圧値を比較器３４４で比較し、その比較結果をアップダウンカウンタ３４８に伝えることにより、アップダウンカウンタ３４８で、基準電圧Ｖref に応じたレーザ発光光量となるカウント値を得、そのカウント値をＤ／Ａ変換器３４６でアナログ信号に変換して演算器３４７に伝えている。一方、ディジタル値設定回路３５３では、画像走査クロック発生器３４９により得られた走査位置をあらわす信号に応じたディジタル値を出力し、そのディジタル値がＤ／Ａ変換器３５０でアナログ信号に変換されて演算器３４７に入力されている。演算器３４７は、２つのＤ／Ａ変換器３４６，３５０から伝えられた２つのアナログ信号に所定の演算を施して半導体レーザ駆動回路３５１に伝えている。ここで、Ｄ／Ａ変換器３５０は、ゲイン調整部３５２により、基準電圧Ｖref に基づくゲイン調整を受けている。すなわち、ここでは、ディジタル値設定回路３４８で走査位置ごとの補正係数を発生させ、その補正係数を自動光量制御での基準電圧Ｖref に応じて変化する係数を乗じることで走査対象面上の光量変動を抑えようとしている。
【０００６】
しかし、ここには、半導体レーザに供給する電流のうちどの電流部分を補正すればよいのかという点については記載されておらず、レーザの特性変化の都度、ゲイン調整部３５２による、Ｄ／Ａ変換器３５０のゲイン調整の仕方を変更する必要を生じ、図３７を参照して説明した従来例と同様、レーザの特性変化に対応できないという問題がある。
【０００７】
前述の第４の従来技術では、図３８に示すゲイン調整部３５２に代えて、Ｄ／Ａ変換器３５０の出力をマニュアルでゲイン調整する増幅器が備えられており、この場合は、マニュアルで調整することから、当然に、レーザの特性変化のたびにマニュアルで調整し直すことになる。
さらに、特公平４−７５０７０２号公報には、バイアス電流を制御することによりレーザ光の発光光量を制御する技術が示されているが、この技術も同様に、レーザの特性変化に対応できないという問題がある。
【０００８】
前述の第５の従来技術は最大光量と最小光量を最大駆動電流と最小駆動電流とに関係付け、その間を直線で補正するものであるため、第２、第３の従来技術での問題は解決されている。しかしレーザゼログラフィーに適用した場合、環境温度、湿度あるいは感光体の劣化により最大光量と最小光量を調整する必要が生じるが、最大、最小光量に対する基準電圧が固定であり、調整に際し最大光量と最小光量とを比例関係を保持しつつ制御しないとレーザ光量は正しく補正されなくなることに対する考慮がなされていない。この第５の従来技術は、補正係数回路の補正値と実際のレーザ光量の変化量との関係とが二つの基準値Ｖｐ，Ｖｂで光量制御して始めて確定するという方式である。この結果従来パルス幅変調のように一定光量でオン，オフ制御する際には自動光量制御が１回で済んだのが第５の従来技術の場合２回行わなくてはならない。レーザゼログラフィーにおいては自動光量制御が２回になって光量制御のために要する時間が長くなると画像信号で変調できる有効時間が減少するため同一の描画速度を確保しようとするとクロック周波数を上げたりレーザの走査距離を長くするなどの対策が必要となりコストアップにつながる。更に、次に述べる強度変調を併用すると各レベル毎に２回の光量制御が必要となる。デジタル回路ではもともとソフトウエア的に光量制御を行っている結果光量制御に要する時間が長く、アナログでの自動光量制御のように毎スキャン（各主走査）の先頭で短時間に光量制御しようとするとページ毎にしか光量制御ができない。このため高い階調再現性を要求されるレーザゼログラフィーにおいて短時間でのデジタル制御の自動光量制御が難しかったが、自動光量制御が２回必要になるとさらに困難となる。その他第５の従来技術を例えば特開昭６３−１８４７７３号公報のように複数の電流源で強度変調動作を行う際の補正方法として適用した場合、外挿点閾値電流が考慮されてないことから、強度変調のレベルによりレーザ光量の補正率が変化するという問題を生じる。
【０００９】
特開平４−２６３５６６号公報は、第５の従来技術の問題点である自動光量制御が２回必要なことへの対応、および複数の電流源を用いた強度変調への対応を示している。この公報に開示された技術では、レーザの閾値電流よりもやや大きなレーザ発振領域内の電流を用い、これに重畳して補正係数を乗算した電流で所望の光量を発光させると共に、外挿点閾値電流よりも大きな電流を設定していることに起因して生じる誤差を別の電流源で相殺している。この公報に開示された技術の場合、回路が複雑になるということ以外に、レーザ発振閾値電流を越える電流が常時印加されているためレーザゼログラフィーに適応した場合に全体に像がかぶってしまうという問題点があること、この公報中に加算回路の電流値が満足すべき条件が示されているがその中でη・Ｋ（ηは、発光効率、Ｋは画像データを電流に変換する利得）は算出方法が示されていないため単純に求めようとすると第５の従来技術と同様２点のレーザ光量とレーザ駆動電流とから求める必要があるなどの問題点を有する。したがって結果的には第５の従来技術での問題点は取り除かれていないことになる。さらに、この特開平４−２６３５６６号公報に開示された技術は、回転ロール状の走査対象物の回転ムラに起因する等価的な光量変動（濃度変動）を補正しようというものであり、ここで問題としている走査光学系に起因する光量変動や感光体の面内のばらつきを補正しようというものではない。また、特開平５−１９５９９号公報にも、回転ロール状の走査対象物の回転ムラに起因する等価的な光量変動（濃度変動）を補正する技術が開示されている。
【００１０】
特開平９−１９７３１６号公報ではバイアス電流を閾値電流よりも低い値に設定しておりレーザゼログラフィーにおいて像がかぶるという問題は生じない。この公報に記載されているように基準光量Ｐthに対応する電流指示値Ｉpth は、レーザ発振を開始する閾値よりやや大きい値となっており外挿点による閾値電流ではないため補正誤差を含むことになる。この手法は特開平４−２６３５６６号公報の技術とは異なり外挿点による閾値とのずれを補正するための回路を含まないため出力レベルに応じて補正量が異なる。Ｉpth を決める際に微小光量にすることができればこのずれも小さくすることができるが、レーザの背面光を受光するＰＩＮフォトダイオードの接続方法によっては受光器の出力がシンク電流の場合これを一旦ソース電流に変換し、一端を接地した抵抗で電流電圧変換する必要があり、このシンクソース変換を行うのに使用されるカレントミラー回路を用いた場合微小光量で受光電流が小さいとカレントミラー回路の入力インピーダンスが増大し周波数特性が大幅に低下する。この結果自動光量制御の時間が大幅に伸びたり、最悪の場合制御の方法により発振現象を引き起こす。また微小光量ではレーザの発振モードが画像変調のモードと異なっていたり自然発光が含まれてくるためレーザ発振の駆動電流対レーザ光出力の直線領域ではなくなるという問題点もある。さらに半導体レーザは温度で閾値が変動するため安定に使用できるレーザ光量の最小値は最大定格光量の数％から１０％程度である。したがってたとえば最大定格の１０％でＩpth を設定し、補正係数の算出を最大光量で行った後実際の印字条件で光量を最大定格の５０％，３０％と設定したとすると、光量誤差は設定８０％に対し補正値は８２．２％，８５．２％となる。さらに強度変調を行ない、強度変調を行ない、強度設定値を１／３に設定したとすると、設定８０％に対し９１．１％，１００％となり、最悪では８０％→１００％と２０％の誤差を生じる（後述する図６，図７、およびそれらの図の説明を参照）。もし真の２５６階調の再現性を得ようとするなら約０．４％の精度が要求されるため補正係数の算出を行った付近の光量での使用にかぎられる結果、自動光量制御の基準光量をレーザゼログラフィの出力濃度に合わせて調整することが事実上できなくなる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、主走査光学系を介して走査対象面に走査されるレーザ光の、走査光学系に起因する光量変動を正確に補正することのできるレーザ駆動装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像データに応じて変調された供給電流を生成し、その供給電流により、走査光学系を介して走査対象面に走査される、供給電流に応じた光量のレーザ光を発する半導体レーザを駆動するレーザ駆動装置において、所定の利得制御値と画像データが入力され、画像データが利得制御値に応じた利得で変換されるとともに画像データに応じて変調されてなる、上記供給電流の一部を成す変調電流を出力する変調電流源（９１）と、変調電流源の利得の基準となる利得設定値に、半導体レーザから発せられるレーザ光の、走査に伴って変化する走査対象面に対する入射角に応じた補正係数を乗算することにより、上記利得制御値を生成して変調電流源（９１）に伝える利得補正手段（９８）と、上記変調電流とともに上記供給電流を成す、電流制御値に応じた閾値電流を生成する閾値電流源（９２＿１，９２＿２）と、所定設定値が上記利得制御値に応じた利得で変換されてなる第１のモニタ値と、上記電流制御値に応じた第２のモニタ値とが加算されてなるモニタ値を生成するモニタ値生成手段（９３）と、半導体レーザ（１００）の発光光量がモニタされてなる発光光量モニタ信号と所定の第１の基準値とを入力し、半導体レーザが第１の基準値に対応した発光光量で発光するように上記電流制御値を生成する電流制御値生成手段（９４）と、  モニタ値生成手段（９３）で生成されてなるモニタ値と所定の第２の基準値とを入力し、モニタ値生成手段（９３）により第２の基準値に対応したモニタ値が生成されるように利得設定値を生成する利得設定値生成手段（９５）と、入力がそのまま出力されるスルー状態と入力がサンプルホールドされてなる値が出力されるホールド状態との切り替えが自在であって、電流制御値生成手段（９４）により生成された電流制御値を、スルー状態においてはそのまま、ホールド状態においてはホールドしてバイアス電流源およびモニタ値生成回路に供給する第１のサンプルホールド手段（９６）と、入力がそのまま出力されるスルー状態と入力がサンプルホールドされてなる値が出力されるホールド状態との切り替えが自在であって、利得設定値生成手段（９５）により生成された利得設定値を、スルー状態においてはそのまま、ホールド状態においてはホールドして利得補正手段（９８）回路およびモニタ値生成手段（９３）に供給する第２のサンプルホールド手段（９７）とを備え、上記第１および第２のサンプルホールド手段（９６，９７）双方をスルー状態にし利得補正手段（９８）において固定された補正値を用いて上記利得設定値および上記電流制御値を調整する第１のモードと、上記第１および第２のサンプルホールド手段（９６，９７）双方をホールド状態にし、利得補正手段（９８）において入射角に応じた補正値を用いて上記利得制御値を生成し、駆動電流源において、画像データが利得制御値に応じた利得で変換されるとともに画像データに応じて変調された駆動電流を出力する第２のモードとを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明では、上記第１のモードにおいて、第１および第２のサンプルホールド手段（９６，９７）をスルー状態にしておいて、電流制御値生成手段（９４）および利得設定値生成手段（９５）を作用させ、閾値電流を外挿点閾値に設定するとともに閾値電流を越える変調電流部分を補正するための基準となる利得設定値を得る。このように、この第５の発明ではアナログ演算により外挿点閾値や利得設定値を高速に求めることができる。その後第２のモードに切り替えると、オープンループ制御に移り、閾値電流が固定され、利得設定値には利得補正手段（９８）により補正値が乗算されて、閾値電流を越える変調電流部分が精度よく補正されるので、上述した本発明のレーザ駆動装置と同じ作用を成し、走査対象面に対する入射角に応じた出力光変動を精度よく補正することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明のレーザ駆動装置の第１実施形態の構成図、図２はその第１実施形態の説明図であり、半導体レーザに供給される供給電流に対するその半導体レーザの出力光量特性を示す図である。
【００２７】
尚、この図１に示す第１実施形態、および後述する、レーザ駆動装置の各実施形態の説明にあたっては、画像データに応じて変調された供給電流を生成してその供給電流により半導体レーザを駆動し、走査光学系を介して走査対象面に走査することにより最終的に画像を形成するシステムにレーザ駆動装置を使用することを前提にして説明する。
【００２８】
この図１に示す実施形態には、直流電流源１１、変調電流源１２、および、もう１つの変調電流１３が備えられており、それぞれ直流電流Ｉb 、変調電流Ｉs1、および、もう１つの変調電流Ｉs2を出力する。これら３つの電流Ｉb ，Ｉs1，Ｉs2は合流して、半導体レーザ１００に供給される供給電流となる。本実施形態では、このように電流Ｉb ，Ｉs1，Ｉs2を合流させる手段（配線）１０が、本発明にいう加算手段に相当する。半導体レーザ１００に供給電流が供給されると、半導体レーザ１００はその供給電流に応じて発光し、その発光光の一部がフォトダイオード１０１で受光され、フォトダイオード１０１に受光光量に応じた電流が流れ、その電流が抵抗１５により受光光量に応じた電圧値（受光値）に変換される。受光値は、閾値・発光効率算出部１６に入力される。閾値・発光効率算出部１６では、入力された受光値に基づいて、閾値と発光効率ηが求められる。ここで閾値とは、図２に示す半導体レーザの供給電流対出力光量特性におけるレーザ発光領域の、供給電流に対する出力光量の特性が直線であらわされる部分を、出力光量ゼロを示す横軸まで外挿したときのその外挿された直線とその横軸との交点Ｐをいい、発光効率とは、その直線の傾きηに対応している。以下、特に断らない限り、閾値とは外挿点閾値を指すものとする。
【００２９】
これら閾値や発光効率の求め方の例については後述する実施形態の説明に譲り、ここでは、それら閾値や発光効率が求められたものとして説明を先に進める。閾値・発光効率算出部１６は、求められた閾値に基づいて電流制御値を生成して直流電流源１１および変調電流源１２に伝える。直流電流源１１および変調電流源１２は同一の電流制御値に対したとえば４：１の電流値の電流Ｉb ，Ｉs1を出力するように構成されており、閾値・発光効率算出部１６では、それら２つの電流源１１，１２からの２つの電流Ｉb ，Ｉs1の合計が図２に示す閾値電流Ｉthとなるように調整された電流制御値が出力される。変調電流源１２には、変調電流源１３とともに画像データが入力されているが、この画像データに関する作用については後述する。
【００３０】
閾値・発光効率算出部１６では、求められた発光効率に基づいて利得設定値が生成され、乗算器１７に入力される。閾値・発光効率算出部１６からは、この利得設定値が、仮に、乗算器１７を素通りして変調電流源１３に入力されたとき、この変調電流源１３の利得を図２に示す直線の傾きηに適合した利得に調整する値となるような利得設定値が出力される。
【００３１】
乗算器１７には、補正係数発生部１８からの補正係数も入力され、乗算器１７では、利得設定値に補正係数が乗算されて利得制御値が求められる。変調電流源１３は、この利得制御値によりその利得が制御される。
補正係数発生部１８には、半導体レーザ１００から発せられたレーザ光がここには図示しない走査光学系を介して所定の走査対象面を走査する際の走査位置それぞれに対応した補正係数が例えばテーブルの形式で格納されており、実際の走査にあたり、この補正係数発生部１８には、走査位置に同期した同期信号が入力されて、その走査位置に対応した補正係数が乗算器１７に順次入力される。乗算器１７では、閾値・発光効率算出部１６から入力された利得設定値に順次に入力された補正係数が順次に乗算され、各補正係数によって順次に変更された利得制御値が出力され、これにより、変調電流源１３では、走査位置に応じてその利得が順次に調整されることになる。
【００３２】
この変調電流源１３には、同期信号に同期して画像データが順次に入力され、入力された画像データは、同期して入力された利得制御値に応じた利得で変換されるともに、その画像データに応じて変調（強度変調、あるいはパルス幅変調）された変調電流Ｉs2が出力される。
また、画像データは、もう１つの変調電流源１２にも入力される。変調電流源１２は、画像データのデータ値がゼロであるか１以上の値であるかの２値データとみなし、変調電流Ｉs2をオン（画像データのデータ値が１以上）、オフ（画像データのデータ値がゼロ）する。
【００３３】
したがって、図２に示すように、画像データのデータ値がゼロ（画像データが入力されていないタイミングを含む）のときは、半導体レーザ１００には直流電流源１１からの直流電流Ｉb のみが供給され、データ値が１以上の画像データが入力されると、図２に示す直流電流Ｉb に、２つの変調電流源１２，１３からの変調電流Ｉs1，Ｉs2が加算されて供給される。ここで、直流電流Ｉb ＝（４／５）・Ｉthであり、変調電流Ｉs1は、Ｉs1＝（１／５）・Ｉthであり、変調電流Ｉs2は、強度変調の場合は、画像データが利得制御値に応じた利得で変換された電流値であり、かつ画像データのデータ値に応じた電流値となる。
【００３４】
ここで画像データが入力されていない（あるいはデータ値が０）のときに、半導体レーザ１００に閾値電流Ｉthではなくそれよりも小さいバイアス電流Ｉb を供給しておく理由は、閾値電流Ｉthを供給したときに半導体レーザ１００から発せられる僅かな光が走査対象面に照射されることによる悪影響を除去するためであり、閾値電流Ｉthの全体をオン、オフしないのは、オフの時点でも半導体レーザ１００にある程度の電流を流しておくことにより、オフからオンに変化する際の高速応答性を確保するためである。
【００３５】
また、変調電流Ｉs1は、画像データのデータ値によらず閾値電流Ｉthの一定の割合である同一の電流値の変調電流をオン、オフし、強度変調の場合に、閾値電流Ｉthを越える変調電流Ｉs2のみデータ値により変化させることで、データ値と発光パワーが正確に比例することになる。
また、図１に示す閾値・発光効率算出部１６では閾値と発光効率を求め、それらに基づいて電流制御値および利得設定値を求めているため、補正係数発生部１８に格納しておく補正係数は半導体レーザ１００の特性の変動とは無関係であり、補正係数発生部１８には、半導体レーザ１００から一定光量のレーザ光が発せられた場合における、走査対象面に照射されるレーザ光の各入射角に対応した変動を補正するための補正係数を格納しておけばよい。
【００３６】
ここで、閾値・発光効率算出部１６では、半導体レーザ１００から発せられたレーザ光が所定の走査対象面から外れた位置にあるときに、各走査毎、あるいは１ページ分の走査の開始前あるいは終了後等、画像形成に支障のないタイミングで閾値、および発光効率が算出されて電流制御値および利得設定値が求められ、その後、それらの電流制御値および利得設定値は、次の外挿点閾値および発光効率算出のタイミングまで保持される。
【００３７】
図３は、本発明のレーザ駆動装置の第２実施形態の構成図、図４は、その第２実施形態の説明図である。図１，図２を参照して説明した第１実施形態との相違点について説明する。
この図３に示す変調電流源１３は、そこに入力される４ビットの画像データの各ビットにそれぞれが対応する４つの変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３により構成されている。これら４つの変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３は、乗算器１７から出力された利得制御値に応じて共に利得が制御される。
【００３８】
４つの変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３は、それら各変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３に入力される画像データの各ビットＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３がいずれもオンのとき、各変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３からは互いに異なる電流値の電流が出力される。すなわち、ここに示す例では、変調電流源１３＿０から出力される電流Ｉs2_0の電流値を‘１’としたとき、各変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３は、それぞれ、電流値２，４，８の各電流Ｉs2_1，Ｉs2_2，Ｉs2_3を出力する構成となっている。
【００３９】
ここでは、画像データの各ビットＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３により、それら４つの変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３が、同時に複数の選択を許容して選択され、その選択された変調電流源から電流が出力される。したがって、それらの変調電流源１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３を総合した変調電流源１３からは、図４に示すように変調電流Ｉs2＝Ｄ０・Ｉs2_0＋Ｄ１・Ｉs2_1＋Ｄ２・Ｉs2_2＋Ｄ３・Ｉs2_3（但し、Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、画像データの対応するビットがオンのとき‘１’、オフのとき‘０’をあらわす）が出力される。また、もう１つの変調電流源１２には、画像データの各ビットＤ０，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３がオアゲート１９を介して入力されており、それら４ビットのうちのいずれか１ビットでもオンのときに、変調電流源１２から一定の電流の変調電源Ｉs1が出力される。これにより、この図３に示すレーザ駆動装置では、半導体レーザ１００から画像データに応じて強度変調されたレーザ光が発せられる。ここで、第１実施形態で説明したとおり、画像データに応じて強度変調されるのは、正確に閾値電流Ｉth以上の変調電流Ｉs2であり、正確な画像情報を担持したレーザ光が発せられる。
【００４０】
以上は、基本的な実施形態の説明であり、更に詳細な実施形態の説明に移る前に、従来技術との比較について説明する。
図５は、従来技術との比較説明用の、半導体レーザの出力光量特性を示す図である。
前述した従来技術は、半導体レーザの発振閾値を正確には考慮していなかったため、いずれも強度変調レーザ駆動回路には適用できない問題点を有していた。レーザ発振閾値を一応考慮した方法も提案されている。このうち特開平９−１９７３１６号公報ではレーザ発光させて決めた閾値よりも上の電流に対して補正する方法をとっている。ところが直線状にのるレーザ発振開始点は外挿点から離れている。さらに半導体レーザ個々に特性がばらつくこと、経時変化があることなどがあるため実際にはさらに外挿点から離して設定する必要がある。しかし正確に設定するためには、図５に示す、レーザ発振開始点よりも低い自然発光領域内の外挿点近傍に閾値を設定するのが望ましい。なお要求する精度が許せば外挿点近傍を広いレンジで捉えることも可能である。
【００４１】
図６は、外挿点閾値Ｉthからずれた閾値Ｉth’を設定したときの理論上の誤差の説明図、図７は、その理論式から導かれる、補正係数８０％での光量指示値に対する補正値を示すグラフである。
先ず、理論上の誤差をあらわす式を導出する。
図６において各記号の定期は以下のとおりである。
【００４２】
ｒａｔｉｏ＝閾値設定誤差（例：０．１なら外挿点閾値Ｉth以上の変調電流Ｉswmax の１０％に閾値電流を設定するということ、０ならＩth’＝Ｉth
ｃｏｍｐ＝補正値（光量でみた補正量、例：０．８なら最大光量の８０％）
Ｈ：補正係数（電流で見た補正量、ＩthとＩth’が異なるため補正値とは一致せず）
Ｉswmax ＝外挿による閾値電流（レーザ発振させて設定した仮の閾値）
ｃｏｍ＝光量設定値（最大光量に対する設定割合、例：０．５ならＩswmax での光量の半分）
Ｉswcom ＝動作変調電流（Ｉth’以上の電流のこと）
自動光量制御での基本式は、
0003840794.tif 000002
となる。ここで最大光量の補正値倍の光量を得るのに必要な電流の補正係数を算出する。
【００４３】
補正係数をかけた変調電流は、
Ｉd ＝Ｉth＋ｒａｔｉｏ・Ｉswmax ＋Ｈ・（１−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax ……（２）
一方最大光量に対し補正値倍の光量を得るのに必要な供給電流は、
Ｉth＋ｃｏｍｐ・Ｉswmax       ……（３）
したがって（２）＝（３）とおいて、
Ｉth＋ｃｏｍｐ・Ｉswmax
＝Ｉth＋ｒａｔｉｏ・Ｉswmax ＋Ｈ・（１−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax
Ｈ・（１−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax ＝（ｃｏｍｐ−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax
したがって、最高光量の補正値倍の光量を得るのに必要な補正係数は、
Ｈ＝（ｃｏｍｐ−ｒａｔｉｏ）／（１−ｒａｔｉｏ）    ……（４）
（４）式を基本式（１）に代入して、最大光量の補正値倍の光量を得るための供給電流は、
Ｉd ＝Ｉth＋ｒａｔｉｏ・Ｉswmax ＋（ｃｏｍｐ−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax ……（５）
次に光量を最大光量から光量供給値（ｃｏｍ）倍にした場合に上で求めた補正係数Ｈをそのまま与えた場合の供給電流を算出する。
【００４４】
まず補正前の、最大光量の光量設定値倍の光量を得る供給電流を算出すると、
Ｉd ＝Ｉth＋ｃｏｍ・Ｉswmax               ……（６）
補正を行なう際はＩth’以上の電流に対し補正係数Ｈが乗算されるためＩth’以上の電流Ｉswcom を求めなければならない。供給電流ＩはＩth’とＩswcom の合計電流であるから、
Ｉ＝Ｉth＋Ｉswcom ＝Ｉth＋ｒａｔｉｏ・Ｉswmax ＋Ｉswcom ……（７）
ここで（６）＝（７）とおいて、
Ｉswcom ＝（ｃｏｍ−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax       ……（８）
が求まる。
【００４５】
（８）式を（７）式に代入して、
Ｉ＝Ｉth＋ｒａｔｉｏ・Ｉswmax ＋（ｃｏｍ−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax       ……（９）
補正係数ＨをＩth’以上の電流に乗算したときの供給電流は、
Ｉ＝Ｉth＋ｒａｔｉｏ・Ｉswmax ＋Ｈ（ｃｏｍ−ｒａｔｉｏ）・Ｉswmax
ここに最大光量時に求めた補正係数Ｈの式（４）を代入して、
0003840794.tif 000003
このうち光量に比例するのはＩthを差し引いた電流であるから、
0003840794.tif 000004
また光量指示値ｃｏｍを達成するための理想的な供給電流は、
Ｉ＝Ｉth＋ｃｏｍ・Ｉswmax           ……（１２）
であるから式（１１）と同様に光量に比例する電流を抜き出すためＩthを差し引いて、
Ｐ理想  ∝  ｃｏｍ・Ｉswmax                 ……（１３）
ここで、実際の補正値は、Ｐ補正後／Ｐ理想、すなわち式（１１）／式（１３）より、最大光量を光量設定値倍した光量に対し最大光量で求めた補正係数を使って補正した場合の実際に補正される値は、
0003840794.tif 000005
となる。この式（１４）が結論の式である。
【００４６】
ここで、例えば最大光量で補正値が８０％となるように電流の補正係数を決め、そのあと最大光量に対し光量設定値倍の光量へと光量を変化したときに本来８０％一定であるべき補正値がどのように変化するかというと、光量を最大光量の半分の光量設定値＝０．５にすると補正値は０．８だったのが０．８２２となり、さらに光量設定値＝０．３にすると０．８５２となる。また強度変調を行なった場合を想定しさらに１／３の光量レベルでの光出力を変調した場合を想定すると、光量設定値＝１で補正値は０．８４４、光量設定量＝０．５では０．９１１、さらに光量設定値＝０．３では１となり補正の効果が全くなくなる。２５６階調を要求した場合には本来０．８に対し０．８０４以内に補正精度を確保しなければならないが、この結果からでは光量設定値をレーザゼログラフィーの環境条件によって変化させようとすると、光量設定値の設定の仕方で光量補正時の誤差が２５６階調での許容誤差を越えるためレーザ光量による画像濃度調整ができなくなる問題を生じる。
【００４７】
本発明によれば、外挿点閾値に設定することにより、少くとも上記の理論上の誤差を含まない高精度の補正が行なえる。
図８は、本発明のレーザ駆動装置の第３実施形態の構成図、図９は、図８に示す第３実施形態の動作を示すフローチャート、図１０は、その動作を説明するための、供給電流対出力光量特性を示す図である。
【００４８】
このレーザ駆動装置５０は、変調電流源としての第１のＤ／Ａコンバータ５１と、もう１つの変調電流源５２＿１と直流電流源５２＿２と、ＣＰＵ５３と、ＣＰＵ５３での演算結果をアナログ信号に変換して第１のＤ／Ａコンバータ５１に伝える第２のＡ／Ｄコンバータ５４と、ＣＰＵ５３での演算結果をアナログ信号に変換してもう１つの変調電流源５２＿１および直流電流源５２＿２に伝える第３のＤ／Ａコンバータ５５と、半導体レーザ１００から発せられたレーザ光の一部がフォトダイオード１０１で受光されることにより得られた受光値をディジタルデータに変換してＣＰＵ５３に伝えるＡ／Ｄコンバータ５６と、第２のＡ／Ｄコンバータ５４の出力を平滑化するローパスフィルタ５９を備えている。ＣＰＵ５３には、そのＡ／Ｄコンバータ５６からの受光値をあらわすデータのほか、同期信号と走査位置データが入力され、第１のＤ／Ａコンバータ５１には、画像データが入力される。
【００４９】
ここで、第１のＤ／Ａコンバータ５１には、ＣＰＵ５３からの利得制御データが第２のＤ／Ａコンバータ５４でアナログ信号に変換された利得制御電圧と、デジタルの画像データとが入力され、この第１のＤ／Ａコンバータ５１では、画像データが利得制御電圧に応じた利得で変換されるとともに、その画像データに応じて変調された変調電流を出力する。
【００５０】
また、変調電流源５２＿１および直流電流源５２＿２は、ＣＰＵ５３からの電流制御データが第３のＤ／Ａコンバータ５５でアナログ信号に変換された電流制御電圧が入力され、その電流制御電圧に応じた閾値電流を出力する。
それら第１のＤ／Ａコンバータ５１から出力された変調電流と、変調電流源５２＿１から出力された閾値電流の一部を成す変調電流と、さらに直流電流は、合流して半導体レーザ１００に供給される。第１のＤ／Ａコンバータ５１、変調電流源５２、および直流電流源５２＿２の役割分担は、図１に示す変調電流源１３、もう１つの変調電流源１２、および直流電流源１１の役割分担と同様であり、ここでは重複説明は省略する。
【００５１】
また、ＣＰＵ５３は、本発明にいう演算部に相当する役割りを成すものであり、このＣＰＵ５３は、第１のコンバータの利得の基準となる利得設定値に、半導体レーザ１００から発せられるレーザ光の、走査対象面に対する、走査に伴って変化する入射角に応じた補正係数を乗算し、この乗算により第１のＤ／Ａコンバータ５に上記の利得制御電圧を供給するための利得制御データを生成して第２のＤ／Ａコンバータ５４に向けて出力し、さらに、変調電流源５２＿１および直流電流源５２＿２から出力される閾値電流を、半導体レーザ１３への供給電流対出力光量特性（図１０参照）における外挿点（点Ｐ）あるいは自然発光領域内の、その閾値近傍の電流値に制御するためのデジタルの電流制御データを生成して第３のＤ／Ａコンバータ５５に向けて出力する。
【００５２】
ところが実際の回路では走査に伴って変化する入射角に応じた補正係数を乗算する際にメモリーの制約から補正係数は入射角に対し飛び飛びの値でしか与えられずまたその桁数も制約される。さらに乗算した結果を制御信号に変換する第１のＤ／Ａコンバータの分解能がコストにより制約されるための第１のＤ／Ａコンバータ５１から出力される利得制御電圧は離散値となる。これをそのまま利得制御電圧として使用し画像書込み装置に適用し走査時の光量変動を補正すると走査上の同じ点でレーザ光量がステップ状に変化する結果光量がステップ状に変動したところで紙送り方向にすじ状のむらを生じる。このためステップ状の利得制御電圧の変化をゆるやかにするためにローパスフィルタを必要とする。ここでローパスフィルタに要求される特性としては、実際の光量変動を時間的にも電圧的にも無段階で補正したと仮定したときの理想の利得制御電圧には含まれないであろう利得制御電圧の離散化で生じる高次の周波数成分を抑圧するものであればよく、ＣＲで構成する一次のローパスフィルタから多高次のローパスフィルタやあるいは定電流源とコンデンサを用いるなどして離散値を折れ線近似で連続化しても同様の効果を出すことができる。要は本来含まれない高次の周波数成分を抑圧できる方法であればよい。さらにこのフィルタは高次の周波数成分を抑圧する性質があることからフィルタで信号伝送に遅延が生じる。この結果受光器出力を検知しながら演算器でレーザ閾値を演算する際信号伝送が遅延する分演算時間が余分にかかる。そこで閾値を算出する演算に際しては高次の周波数成分が伝送されるようにローパスフィルタを動作しないように設定するのが望ましい。
【００５３】
第２のＤ／Ａコンバータ５４および第３のＤ／Ａコンバータ５５は、それぞれに入力された利得制御データおよび電流制御データをアナログの利得制御電圧および電流制御電圧に変換して、それぞれ第１のＤ／Ａコンバータ５１およびバイアス電流源５２に伝える。
次に、図９，図１０を参照しながら図８に示す第３実施形態の動作について説明する。
【００５４】
最初は第２のＤ／Ａコンバータ５４の設定値（利得制御データ）をゼロにしておき、バイアス電流源制御用の第３のＤ／Ａコンバータ５５の出力を徐々に増大し、半導体レーザ１００への供給電流を上昇していく。すると、半導体レーザ５９は、レーザ発振閾値（図２参照）を超えたところでレーザ発光を開始し、バイアス電流源制御用の第３のＤ／Ａコンバータ５５の設定値（電流制御データ）がデータ１に達したときにレーザ発光パワーがＰ１に到達する（ステップ６＿１）。このときのレーザ発光パワーＰ１をＡ／Ｄコンバータ５６で読み取り、ＣＰＵ内のメモリに格納する（ステップ６＿２）。同様に、バイアス電流源制御用の第２のＤ／Ａコンバータ５４をデータ２にした時のレーザ発光パワーＰ２を読み取り、ＣＰＵ内のメモリに格納する（ステップ６＿３，６＿４）。レーザ発光パワーＰ１，Ｐ２、データ１、データ２から、半導体レーザ１００の、Ｄ／Ａ設定値に対する発光パワー特性線の直線領域における直線の式が定められ（ステップ６＿５）、その直線とレーザ発光パワーゼロ（横軸）との交点Ｐ、すなわち外挿点閾値が求められる。あとは求められた外挿点閾値に相当するバイアス電流源制御用の第３のＤ／Ａコンバータ５５の設定値をバイアス電流源に設定する（ステップ６＿６）。次に変調電流源制御用の第２のＤ／Ａコンバータ５４への画像データを（この段階では実際の画像データではなく調整用のデータをいう）フルスケールにしたのち、Ａ／Ｄコンバータ５６の出力を見ながら所望のレーザ発光パワーとなるように、変調電流源制御用の第２のＤ／Ａコンバータ５４の設定値（利得設定データ）を求める（ステップ６＿７）。次いで、実際の走査にあたり、ＣＰＵ５３へ入力される走査位置データに応じて、第１のＤ／Ａコンバータ５１の利得を決めている変調電流制御用の第２のＤ／Ａコンバータ５４に、走査対象面上の光量を一定とする補正係数をＣＰＵ内でその設定値（利得設定データ）に乗算した値（利得制御データ）を求めて与える（ステップ６＿９，６＿１０）。これを各主走査位置毎に繰り返す（ステップ６＿８〜６＿１２）。この方式によれば、補正係数の乗算は外挿点閾値電流Ｉthを除く電流部分のみに行われるため、強度変調を行おうが、データ１，データ２に対する基準値Ｐ１，Ｐ２が変動しようが、補正係数を変更する必要はない。
【００５５】
しかし上記方法を実際に実現しようとすると、レーザ発光パワーのモニタ用に高精度のＡ／Ｄコンバータ５６を必要とする。その対策を考慮した第４実施形態を図１１に示す。図１１は、図８において、Ａ／Ｄコンバータを比較器５７に置き換えたものである。Ａ／Ｄコンバータは、特に高精度を要求する８ビット以上では構造が複雑になるため、コストアップの要因になる。そこでここでは、基準値１，２をアナログ信号として外部から与え、ＣＰＵ５３により選択信号で切り替えて比較器５７に供給する。基本的な動作は図８に示す実施形態と同じであり、選択信号で基準値１を比較器５７に接続し、変調電流源（第１のＤ／Ａコンバータ）５１から出力される電流値をゼロに設定しておき、バイアス電流源５２から出力される電流の電流値を徐々に増大していくと受光値が基準値１を越えたところで比較器５７の出力が反転し、それがＣＰＵ５３に入力されることでその時の発光光量が基準値１であることを知ることができる。そのときのバイアス電流源制御用の第３のＤ／Ａコンバータ５５の入力データ１を記憶する。さらに発光光量が基準値２に達するまでバイアス電流源５２から出力される電流の電流値を増大していくことでデータ２を知ることができる。その後の処理は同様である。
【００５６】
その他、図１１において基準値１の２倍（あるいはｎ倍）に等しい基準値２を設定しておき、基準値１を越えたときのデータ１と基準値２を越えたときのデータ２との差データ（あるいは差データ１／ｎ）をデータ１から差し引くことで閾値電流を求める方法も提案されており、割り算などの演算が不要なためＣＰＵ５３の負担を軽くすることができる。またＣＰＵを使用せずともカウンタだけで同様の処理が可能になるため半導体レーザを駆動するドライバに制御回路を含めることもできる。
【００５７】
デジタル演算により動作直線の式を求める方式はここに挙げた方式以外にも多数の方式が存在するが、ここでは、動作直線をどのようにして求めるかは重要ではなく、要はレーザの動作特性の直線領域を光量ゼロまで外挿した外挿点閾値電流を求め、半導体レーザに供給する供給電流のうち外挿点閾値電流を越える変調電流のみ、補正係数の乗算により補正し、外挿点閾値電流を加算して半導体レーザを駆動する方式のものは本発明の範囲内である。
【００５８】
図１２は、本発明のレーザ駆動装置の第５実施形態を示すブロック図、図１３、図１４は、図１２に示す半導体レーザ駆動装置の動作説明用の、設定値とレーザ発光パワーとの対応関係を示す図である。
図１２に示す半導体レーザ駆動装置９０には、変調電流源９１、もう１つの変調電流源９２＿１、直流電流源９２＿２、モニタ値生成回路９３、第１の演算増幅器９４、第２の演算増幅器９５、第１のサンプルホールド回路９６、第２のサンプルホールド回路９７、利得補正回路９８、およびローパスフィルタ９９が備えられている。
【００５９】
第１および第２のサンプルホールド回路９６，９７は、利得設定値および電流制御値の調整の際は、入力がそのまま出力されるスルー状態に切り替えられ、調整が終了した時点で、入力をサンプルホールドしてそのホールドされた値を出力するホールド状態に切り替えられる。ここでは、先ず、利得設定値および電流制御値の調整方法について説明する。このとき、第１および第２のサンプルホールド回路はスルー状態に切り替えられる。
【００６０】
変調電流源９１には、第１の設定値に固定された画像データが入力され、この変調電流源９１は、半導体レーザ１００に、その入力された第１の設定値に応じた電流値の変調電流を供給する。また、変調電流源９１には、第２の演算増幅器９５の出力である利得設定値が、第２のサンプルホールド回路９７、利得補正回路９８およびローパスフィルタ９９を経由して入力され、この変調電流源９１では、入力された利得制御値（利得補正回路９８を経由した後の利得設定値をいう）に応じてその利得が調整される。したがってこの変調電流源９１から出力される変調電流は、第１の設定値を固定した状態においてもその利得制御値に応じて電流値が調整されたものとなっている。
【００６１】
また、もう１つの変調電流源９２＿１および直流電流源９２＿２には、第１の演算増幅器９４の出力である電流制御値が、第１のサンプルホールド回路９６を経由して入力され、変調電流源９２＿１および直流電流源９２＿２は、半導体レーザ１００に、その電流制御値に応じた閾値電流を供給する。したがって半導体レーザ１００には、閾値電流と変調電流とが重畳された電流（供給電流）が供給される。尚、この実施形態における変調電流源９２＿１および直流電流源９２＿２の役割りは、それぞれ、図１に示す第１実施形態における変調電流源１２および直流電流源１１の各役割りと同じであり、ここでは重複説明は省略する。
【００６２】
モニタ値生成回路９３は、たとえば変調電流源９１と変調電流源９２＿１と直流電流源９２＿２とを合わせもったような作用を成す回路である。すなわち、このモニタ値生成回路９３には、第２の設定値（本発明にいう所定の設定値）と、第２の演算増幅器９５で生成された利得設定値と、第１の演算増幅器９４で生成された電流制御値とが入力され、第２の設定値に応じた第１のモニタ値であって、かつ利得設定値に応じて利得が調整されてなる第１のモニタ値（すなわち、変調電流源９１で生成される変調電流に対応する第１のモニタ値）と、電流制御値に応じた第２のモニタ値（すなわち変調電流源９２＿１および直流電流源９２＿２で生成される閾値電流に対応する第２のモニタ値）とが加算されてなるモニタ値が生成される。ただし、変調電流源９１には、第１の設定値が入力され、モニタ値生成回路９３には第２の設定値が入力されており、したがって第１のモニタ値は変調電流源９１で生成される変調電流とは直接的に対応せず、第１の設定値と第２の設定値との双方の設定値が等しいときに対応することになる。
【００６３】
本実施形態では、より具体的には、変調電流源９１で生成される変調電流の電流値をＩs とし、変調電流源９２＿１および直流電流源９２＿２で生成される閾値電流の電流値をＩthとし、さらに比例定数をＣとした時、モニタ値生成回路１３では、
Ｍ＝Ｃ×｛（第２の設定値÷第１の設定値）×Ｉs ＋Ｉth｝……（１５）
なる電流値Ｍのモニタ電流が生成される。
【００６４】
ここで比例定数Ｃは、第１の設定値と第２の設定値との双方の設定値が等しい場合の、供給電流（変調電流Ｉs ＋閾値電流Ｉth）の電流値とモニタ値との比であり、この比例定数Ｃを大きな値に設定するとレーザ駆動に無関係なモニタでの消費電力が大きくなり、また小さくしすぎるとノイズなど設定精度に支障がでる。このため、比例定数Ｃは、それらの中間値たとえば最大で１ｍＡ程度となるように設定するのが好ましい。
【００６５】
半導体レーザ１００に供給電流Ｉs ＋Ｉthが供給されることにより半導体レーザ１００から発したレーザ光はその一部がフォトダイオード１０１で受光され、その受光値が第１の演算増幅器９４に入力される。第１の演算増幅器９４には、所定の第１の基準値も入力され、半導体レーザ１００が第１の基準値に対応した光量で発光するように電流制御値が生成され、変調電流源９２＿１、直流電流源９２＿２およびモニタ値生成回路９３に入力する。前述したように、この段階では２つのサンプルホールド回路９６，９７はスルー状態にある。変調電流源９２＿１および直流電流源９２＿２では、第１の演算増幅器９４から出力された電流制御値を受けて、その電流制御値に対応した電流値の閾値電流Ｉthを生成して半導体レーザ１００に供給する。
【００６６】
また、モニタ値生成回路９３で生成されたモニタ値は第２の演算増幅器９５に入力され、所定の第２の基準値と比較されて利得設定値が生成され、一方は利得補正回路９８とローパスフィルタ９９を経由して変調電流源９１に入力され、もう一方はモニタ値生成回路９３に直接入力される。ここで自動光量制御時は利得補正回路９８における補正係数を固定値例えば１として、その利得補正回路９８の入出力の電位が同一になるようにし、ローパスフィルタ９９の機能もオフ（スルー状態）にしておく。この結果自動光量制御時は利得設定値がそのまま変調電流源９１に入力される。変調電流源９１では、半導体レーザ１００への供給電流Ｉs ＋Ｉthを第１の基準値に対応する一定電流を維持するという条件の下に、電流制御値によって閾値電流Ｉthが調整された分だけ変調電流源９１の利得が調整され、これに伴って変調電流Ｉs が調整される。
【００６７】
ここで、図１３に示すように、第１の設定値、第２の設定値として、それぞれ設定値１、設定値２を与え、第１の基準値、第２の基準値として、それぞれ、レーザ発光パワーＰ1 に対応する基準値１、レーザ発光パワーＰ2 に対応する基準値２を与えたとすると、図１３で示すような直線が定まり、設定値＝０のｙ切片の発光パワーＰ0 に対応する閾値電流が定められる。すなわち、図１３に示す例では、変調電流Ｉs をＩs ＝０とし（第１の設定値（画像データ）＝０に相当する）、閾値電流Ｉthのみを供給電流として半導体レーザ１００に供給した場合に、半導体レーザ１００が発光パワーＰ0 で発光することを意味している。
【００６８】
そこで、図１４の座標の原点を通る直線ｂが定められるように、すなわち、
Ｐ２÷Ｐ１＝設定値２÷設定値１        ……（１６）
を満足するように、各設定値および各基準値を定めることにより、バイアス電流ＩB がちょうど外挿入点振閾値電流Ｉthとなり、光出力を正確に設定値に比例させることができる。
【００６９】
尚、温度・湿度・感光体の劣化等で基準電圧を変化させる際にも式（２）を満足しながら変更する必要があるが、これは、後述する図１２に示すように抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 で分圧することで容易に実現できる。すなわち
0003840794.tif 000006
となる。
【００７０】
ここで、自然発光領域内の発光で設定値１における電流対光出力のリニアリティが悪い場合や、低光量領域でフォトダイオード１０１の応答性や光量に対する出力のリニアリティが悪化する場合、あるいは演算増幅器のオフセットが問題となる場合には、設定値１を設定値２に近づけることでそれらの問題を改善できる。この場合設定値１をあまり設定値２に近づけすぎると閾値の設定精度が低下するため、設定値１を決めるに当っては精度も考慮する必要がある。
【００７１】
上記のようにして光量制御を行なった後、２つのサンプルホールド回路９６，９７をホールド状態にすることにより利得設定値および電流制御値を固定し、画像データによる変調を開始する。この画像データは、図９に示す第１の設定値に代わり、変調電流源９１に入力される。その際利得補正回路９８では、第２のサンプルホールド回路９７にホールドされた利得設定値に、走査位置データに応じた走査位置毎の補正係数が乗算されて利得制御値が生成され、その利得制御値は、ローパスフィルタ９９を通して変調電流源９１に入力される。変調電流源９１へ入力される利得制御値は自動光量制御時に第２のサンプルホールド回路９７にホールドされた利得設定値に補正係数が掛けられ値であるため、自動光量制御時の第１の設定値と同じ値の画像データが入力された場合、変調電流Ｉs の電流値は、自動光量制御時の電流値に補正係数が掛けられた電流値となる。補正係数が離散的な値で与えられたた場合に補正係数の変化に応じて変調電流源９１に入力される利得制御値がステップ的に変化すると、これに伴って半導体レーザ１００から発せられるレーザ光の光量がステップ的に変化し、その光量変動で画像にすじがでるおそれがあり、これを防止するために利得補正回路９８の出力側にローパスフィルタ９９が配置されている。
【００７２】
上記実施形態は、第１の演算増幅器９４を含む第１のフィードバック回路と第２の演算増幅器９５を含む第２のフィードバック回路を有し、これら第１のフィードバック回路と第２のフィードバック回路を同時に作用させ、図１４に示すような直線（設定値に対するレーザ発光パワー特性）をアナログ的に定めるようにしたため、閾値電流Ｉthを高速に設定することができ、これにより変調電流Ｉs は半導体レーザの発光に寄与する電流だけとなり、変調電流の利得を定める利得設定値に補正係数をかけることで、レーザ光量が補正係数に正確に比例することになる。
【００７３】
図１５は、本発明のレーザ駆動装置の第６実施形態を示すブロック図、図１６は、図１５に示す第６実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
この図１５に示すレーザ駆動装置には、第１のＤ／Ａコンバータ１１１、第２のＤ／Ａコンバータ１１２、変調電流源１２１１と直流電流源１２１２とからなる閾値電流源１２１、変調電流源１２２２と直流電流源１２２２とからなるミラー閾値電流源１２２、第１の演算増幅器１４１、第２の演算増幅器１５１、Ｉ／Ｖコンバータ１６１、第１のサンプルホールド回路１６２、第２及び第３のサンプルホールド回路１６３、１６４、利得補正回路９８、ローパスフィルタ９９、アップダウンカウンタ１７１、および図示の複数の切り替えスイッチが備えられている。これらの切り替えスイッチは、スイッチ１２１３を除き、全て連動して切り替えられ、ここでは図示の黒丸の端子に接続された状態（図１６（Ａ）に黒丸を示す状態）を第１ステップ、白丸の端子に切り替えられた状態を第２ステップと称する。
【００７４】
ここで、第１のＤ／Ａコンバータ１１１は、本発明にいう変調電流源に相当し、デジタル信号入力端子ＩＮから画像データないしデジタルの設定値が入力され、アナログ出力端子ＯＵＴから、入力された画像データないし設定値に応じた電流値のアナログ電流が出力され、変調電流Ｉs として半導体レーザ１００に供給される。また、この第１のＤ／Ａコンバータ１１１には、制御端子ＧＡＩＮが備えられており、この制御端子ＧＡＩＮからは、利得補正回路９８で利得設定値に補正係数をかけられることにより生成された利得制御信号がさらにローパスフィルタ９９を経由して入力され、第１のＤ／Ａコンバータ１１１では、その入力された利得制御信号に応じて入力された画像データないしデジタル設定値に対するアナログ電流値の利得が調整されるように構成されている。自動光量制御時には、この第１のＤ／Ａコンバータ１１１には、第１のモードでは設定値２（図１０参照）が入力され、第２のモードに切り替えられると設定値１が入力される。
【００７５】
また、第２のＤ／Ａコンバータ１１２は、本発明にいうモニタ値生成回路の一部を成すものであり、第１のＤ／Ａコンバータ１１１と同様のデジタル入力端子ＩＮ、制御端子ＧＡＩＮ、およびアナログ出力端子ＯＵＴを備えている。ただし、本実施形態では、第１のコンバータ１１１と比べ、同一のデジタル設定値、同一の利得設定値に対して、１／１０の電流値のモニタ用変調電流ＩMSを出力するように構成されている。これは、このレーザ駆動装置１１０の消費電力を抑えると共に、モニタ電流を正確なモニタを行うことのできるレベルに設定するためであり、例えば変調電流Ｉs は通常１０ｍＡ以上であり、その１／１０の１ｍＡ以上のモニタ用変調電流ＩMSを確保すれば十分なノイズマージンを確保することができる。この第２のＤ／Ａコンバータ１１２には、自動光量制御に際し、第１ステップ、第２ステップを問わずにデジタル設定値２が固定的に入力される。
【００７６】
また、閾値電流源１２１は、本発明にいう閾値電流源に相当し、この閾値電流源１２１には、電流制御信号が入力され、この閾値電流源１２１では、その入力された電流制御信号に応じた電流値のバイアス電流Ｉthが生成され、第１のＤ／Ａコンバータ１１１から出力された変調電流Ｉs とともに半導体レーザ１００に供給される。なお、閾値電流源１２１は、変調電流源１２１１と直流電流源１２１２との２つの電流源からなり、このうち変調電流源１２１１は、画像データでその出力側のスイッチ１２１３がオンオフ制御されるようになっており、画像データがゼロのときすなわちレーザを発光させないときはこのスイッチ１２１３をオフにすることで半導体レーザ１００が閾値電流で発光するのを防止している。この二つの電流源１２１１，１２１２は同一の電流制御信号を入力とするミラー電流源であり、自動光量制御で２つの電流源１２１１、１２１２が出力される電流を加算したときの電流値を１００％とすると、光量制御が終了した後変調動作になり画像データがゼロになり電流源１２１１が加算されない状態では、レーザ発光遅延と誤発光との兼ね合いで通常は８０％程度の電流値となるように設定する。この値はミラー電流の比率を変えることで調整が可能である。
【００７７】
また、ミラー閾値電流源１２２は、閾値電流源１２１に入力される電流制御信号と同一の電流制御信号を入力し、閾値電流源１２１から出力される閾値電流Ｉthの１／１０のモニタ用閾値電流ＩMth を出力する。このミラー閾値電流源１２２も、閾値電流源１２１と同様、変調電流源１２２１と直流電流源１２２２との２つの電流源から構成されるが、これは、ミラー閾値電流源の構成を閾値電流源１２１の構成に合わせるためのものであり、これら２つの電流源１２２１，１２２２は入力、出力とも互いに接続されており、一体となって１つの電流源となっている。このミラー閾値電流源１２２は、前述した第２のＤ／Ａコンバータ１１２と共に、本発明にいうモニタ値生成回路の一部をなすものである。
【００７８】
Ｉ／Ｖコンバータ１６１は、このＩ／Ｖコンバータ１６１に流入する電流、すなわち、第２のＤ／Ａコンバータ１１２から出力されたモニタ用変調電流ＩMSとミラー閾値電流源１２２から出力されたモニタ用閾値電流ＩMth との和（以下、この和の電流をモニタ電流と称する）に相当する電圧信号（モニタ電圧と称する）を出力する。このモニタ電圧は、サンプルホールド回路１６２に入力され、このサンプルホールダ１６２には、後述する第１のモードから第２のモードへの切り替えの時点におけるモニタ電圧がホールドされる。
【００７９】
また演算増幅器１４１には、半導体レーザ１００からの発光光の一部がフォトダイオード１０１で受光されることにより得られた受光値と、モードに応じた基準値（第１のモードでは基準値２、第２のモードでは基準値１）が入力される。ここで、これら基準値１、基準値２は値が異なるのであって、いずれも本発明にいう第１の基準値に相当する。この第１の演算増幅器１４１の出力信号は、第１のモードにおいては、サンプルホールド回路１６３、利得補正回路９８、およびローパスフィルタ９９を経由して第１のＤ／Ａコンバータ１１１および第２のＤ／Ａコンバータ１１２に利得制御信号として入力され、第２のモードにおいては、サンプルホールド回路１６４を経由して閾値電流源１２１およびミラー閾値電流源１２２に電流制御信号として入力される。第２ステップでは、この第１の演算増幅器１４１は、本発明にいう電流制御値生成回路に相当する。
【００８０】
また、第２の演算増幅器１５１には、サンプルホールド回路１６２を経由したモニタ電圧とサンプルホールド回路１６２に入力される前のモニタ電圧とが入力される。この第２の演算増幅器１５１は第２ステップにおいて有効であって、第１のサンプルホールド回路１６２には、第１ステップでの最終のモニタ電圧がホールドされ、そのホールドされたモニタ電圧（本発明にいう第２の基準値に相当する）と、第２ステップにおける現在のモニタ電圧とがこの第２の演算増幅器１５１に入力される。この第２の演算増幅器１５１の出力信号は、第２ステップにおいて、第２のサンプルホールド回路１６３を経由し利得制御信号として第１のＤ／Ａコンバータ１１１および第２のＤ／Ａコンバータ１１２に入力される。
【００８１】
第２および第３のサンプルホールド回路１６３、１６４は、自動光量制御、すなわちフィードバック制御と、オープンループ制御との切り替え用であり、ここで説明している自動光量制御においては、第１ステップでは第３のサンプルホールド回路１６４は入力がサンプルホールドされたホールド状態、第２のサンプルホールド回路１６３は、入力がそのまま出力に通り抜けるスルー状態にあり、第２ステップでは双方のサンプルホールド回路１６３，１６４共にスルー状態にあり、自動光量制御動作が終了した時点で、次の自動光量制御の開始時点までの間、そのとき（第２ステップのとき）の、第２の演算増幅器１４１の出力信号である利得設定信号、および第１の演算増幅器１４１の出力信号である電流制御信号がそれぞれホールドされる。
【００８２】
次に、図１２に示すレーザ駆動装置の自動光量制御動作について説明する。
まず、図１２に示す切り替えスイッチを図示の状態（第１ステップ）に設定し、第１のサンプルホールド回路１６２、および第２サンプルホールド回路１６３、利得補正回路９８、ローパスフィルタ９９をすべてスルー状態に設定する。
すると、第１および第２のＤ／Ａコンバータ１１１、１１２双方にデジタル設定値２（図１３参照）が入力され、その設定値２に応じた変調電流Ｉs およびモニタ用変調電流ＩMSが出力される。この第１ステップでは、閾値電流源１２１およびミラー閾値電流源１２２から出力される閾値電流Ｉthおよびモニタ用閾値電流ＩMth の各電流値は、サンプルホールド回路１６４に前回ホールドされた値に対応する各電流値が各初期値として設定されるものとする。
【００８３】
第１のＤ／Ａコンバータ１１１から出力された変調電流Ｉs と閾値電流源１２１から出力された閾値電流Ｉthは、双方が合流して半導体レーザ１００に供給され、半導体レーザ１００は、その合流した供給電流Ｉs ＋Ｉthに応じた発光量で発光する。この発光がフォトダイオード１０１でモニタされ、受光値が第１の演算増幅器１４１に入力される。この第１ステップでは、第１の演算増幅器１４１には基準値２が入力されており、第１の演算増幅器１４１の出力信号は、スルー状態にある第２のサンプルホールド回路１６３、利得補正回路９８、ローパスフィルタ９９をそのまま通り抜けて第１および第２のＤ／Ａコンバータ１１１、１１２に利得制御信号として入力され、半導体レーザ１００が基準値２に対応する発光パワーＰ２（図１０参照）で発光するように第１のＤ／Ａコンバータ１１１の利得が調整され、これに伴って第２のＤ／Ａコンバータ１１２の利得も調整される。
【００８４】
一方、Ｉ／Ｖコンバータ１６１には、第２のＤ／Ａコンバータ１１２から出力された、変調電流Ｉs の１／１０の電流値のモニタ用変調電流ＩMSと、ミラー閾値電流源１２２から出力された、閾値電流ＩB の１／１０のモニタ用閾値電流ＩMth が合流して入力され、その合流したモニタ電流に対応するモニタ電圧が生成されて第１のサンプルホールド回路１６２に入力される。以上の状態で回路が安定すると、第１ステップから第２ステップに切り替えられ、第１ステップでの最終のモニタ電圧が第１のサンプルホールド回路１６２にホールドされる。
【００８５】
すなわち、この第１ステップでは、半導体レーザ１００は、基準値２により定まるレーザ発光パワーＰ２で発光し、そのときの半導体レーザ１００への供給電流の電流値の情報をもつモニタ電圧が第１のサンプルホールド回路１６２にホールドされることになる。この第１のサンプルホルダ１６２にホールドされた、第１ステップにおけるモニタ電圧は、前述したように、第２ステップにおいて第２の演算増幅器１５１に本発明にいう第２の基準値として入力される。また、この第１ステップにより、設定値２と、レーザ発光パワーＰ２および基準値２とが対応づけられたことになる。
【００８６】
第２ステップでは、図１５に示すスイッチが白丸の方に切り替えられる。この第２ステップでは、第２および第３のサンプルホールド回路１６３，１６４が共にスルー状態となり、第１の演算増幅器１４１を含む第１のフィードバック回路と、第２の演算増幅器１５１を含む第２のフィードバック回路が同時に作用する。図１５に示すスイッチが白丸の方に切り替えられた第２ステップでは、第１のＤ／Ａコンバータ１１１にはデジタル設定値１（図１３参照）が入力され、第１の演算増幅器１４１には、基準値１が入力される。ただし第２のＤ／Ａコンバータ１１２には、第２ステップにおいても、デジタル設定値２が入力され続ける。
【００８７】
また、第２ステップにおいては、前述したように、第１の演算増幅器１４１の出力信号は、第３のサンプルホールド回路１６４を通り抜けて電流制御信号として閾値電流源１２１およびミラー閾値電流源１２２に入力され、第２の演算増幅器１５１の出力信号は、第２のサンプルホールド回路１６３、スルー状態となっている利得補正回路９８、ローパスフィルタ９９を通り抜けて第１および第２のＤ／Ａコンバータ１１１、１１２に利得制御信号として入力される。
【００８８】
この第２ステップでは第２のＤ／Ａコンバータ１１２には第１ステップのときと変わらずに設定値２が入力され続けており、かつ、第２の演算増幅器１５１には、第１のサンプルホールド回路１６２にホールドされた第１ステップにおけるモニタ電圧と、現在のモニタ電圧とが入力されているため、第２の演算増幅器１５１の出力信号は、仮に設定値２が第１のＤ／Ａコンバータ１１１に入力され続けているとした場合に半導体レーザ１００が基準値２に対応する発光パワーＰ２で発光するように、第１のＤ／Ａコンバータ１１１の利得を制御し続け、それに伴い第２のＤ／Ａコンバータ１１２の利得も制御し続ける。
【００８９】
ところが実際は、第１のＤ／Ａコンバータ１１１には設定値１が入力されているため、第１のＤ／Ａコンバータ１１１からはその設定値１に応じた電流値の変調電流Ｉs が出力され、閾値電流Ｉthとともに半導体レーザ１００に供給される。半導体レーザ１００の発光光はフォトダイオード１０１でモニタされ、その受光値が第１の演算増幅器１４１に入力される。この第１の演算増幅器１４１には、この第２ステップにおいては基準値１が入力されており、この第１の演算増幅器１４１の出力信号により、半導体レーザ１００の発光パワーが基準値１に対応する発光パワーＰ１となるように閾値電流源１２１から出力される閾値電流Ｉthの電流値を調整する。また、それにともない、ミラー閾値電流源１２２から出力されるモニタ用閾値電流Ｉthの電流値も調整される。
【００９０】
例えば、第１ステップにおける閾値電流Ｉthの初期値としての電流値が仮にＩth＝０であったとき、第２ステップに切り替えられた以降、仮に設定値２が第１のＤ／Ａコンバータ１１１に入力されて続けていたとした場合に、半導体レーザ１００が第１ステップのときの発光パワーＰ２をそのまま維持するという条件を満足すると共に、実際には半導体レーザ１００が基準値１に対応する発光パワーＰ１で発光するように、閾値電流源１２１から出力される閾値電流Ｉthが増加すると共に、第１のＤ／Ａコンバータ１１１の利得が下げられ変調電流Ｉs が減少する。第１ステップにおける、閾値電流Ｉthの初期値としての電流値がＩth＝０以外の電流値であったときも同様であり、第２ステップに切り替えられた時点以降、上記の条件を満足するように閾値電流Ｉthの電流値と第１のＤ／Ａコンバータ１１１の利得が調整される。これにより、図１４に示すような直線が定められることになる。第２ステップにおいて回路全体の信号が安定すると、第２および第３のサンプルホールド回路１６２、１６３がホールド状態となり、これにより自動光量制御が終了し、オープンループ制御に移行する。
【００９１】
オープンループ制御に移行した後、利得補正回路９８を動作させ、かつローパスフィルタ９９を動作させる。そして利得補正回路９８の補正係数は、図１３に示すように、半導体レーザを一定光量で発光させた場合の感光体表面のレーザ光量の逆数を有効描画エリア外で行われる自動光量制御時の係数を１として各走査位置毎の補正係数をあらかじめ求めておく。したがって自動光量制御時の補正係数は１である。描画を開始すると、走査位置に応じて補正係数を更新する。この更新は、図１５に示す、カウントアップ動作とカウントダウン動作とを切り替える増減信号、クロック信号、リセット信号を入力とするアップダウンカウンタ１７１を使用することにより、少ない信号数で補正係数を作ることができる。図１７の無補正のレーザ光量のカーブに示すように、レーザゼログラフィーの光学系は、通常、端で光量が低く、中央で高くなっていることから、自動光量制御で補正係数を１としておき、走査位置が中央に向かうほど補正係数を１より小さくしていき中央を過ぎたら再び補正係数を１へと増加させるようにする。利得補正回路９８の後段に配置したローパスフィルタ９９は、デジタル制御で補正係数を変化させると係数が変化した際に光量が急に変化し画像上ですじとなるのを防止するために入れてある。これによって走査光学系に起因する光量分布の補正が可能になる。図１８の補正後のグラフは強度変調を加えて補正した場合を示している。閾値電流源が閾値電流に設定されており、レーザ光量はＤ／Ａコンバータ１１１へのデジタル設定値と走査位置毎の補正係数に対する比例するため強度変調しても光量分布が保証される。図１９は、レーザ走査位置に対する補正係数を示している。尚、自動光量制御では補正係数は通常１に設定されるが後述するように必要に応じ１以外の値を選ぶこともできる。
【００９２】
図２０はさらにパルス幅変調を併用した場合であるが、上と同様に、この場合も適切に光量補正がなされる。
図１６に示す実施形態によれば、レーザゼログラフィーの温度湿度等の外部環境が変化しても、あるいは画像の濃度変動やオペレータが行う設定変更に伴ってレーザ光量の基準値が変更されても、一定光量のレーザ光量のオンオフで行うパルス幅変調（ＰＷＭ）において補正係数の変更を不要にすることができるだけでなく、さらに画像周波数のレベルで行う高速性が要求される場合の、複数の電流源を用いた強度変調においても、このことが有効となる。つまり、図１５に示す実施形態によればレーザ走査面上の光量分布の補正係数と強度変調を行なうときの強度設定値とが乗算の関係にあることから、補正係数を変えることなく任意の画像データに対し常に一定割合の補正を行なうことが可能である。また、強度変調を行なう場合においても補正係数を変更する必要がないため、利得補正回路９８には、走査面上でのレーザ走査位置に対する補正係数の更新に追従する周波数特性をもたせるだけで十分であり、このため通常の演算増幅器を用いた電流制御で対応することが十分可能である。
【００９３】
図２１は、第１および第２のＤ／Ａコンバータ１１１，１１２の内部構成を示したブロック図である。
これらのＤ／Ａコンバータは、図３を参照して説明した変調電流源１３と同様複数（ここでは４つ示されている）の変調電流源で構成されている。
これらの変調電流源は互いに異なる電流値の電流を出力するように構成されており、画像データ（設定値）に応じていずれの変調電流源をオン、オフするかに応じて、オンされた変調電流源から出力された電流の合計の電流が出力される。
【００９４】
図２２は、図１５，図２１に示す変調電流源、あるいは直流電流源１つ分の回路図である。
ここには３つのトランジスタ１００１，１００２，１００３と１つのインバータ１００４が示されており、トランジスタ１００３のゲートに入力される電圧値により出力電流の電流値が決められる。入力が’Ｈ’レベルのときはトランジスタ１００１およびトランジスタ１００３を経由して電流が流れ、したがって出力はオフとなり、入力が’Ｌ’レベルのとき、トランジスタ１００２およびトランジスタ１００３を経由して電流が流れ、したがって出力はオンとなる。
【００９５】
図２３は利得補正回路のブロック図である。
比較器１８１、Ｖ／Ｉ変換器１８２〜１８６、Ｉ／Ｖ変換器１８７，１８９は定電流回路を構成し、Ｉ／Ｖ変換器１８７の出力電圧が入力ＩＮと等しくなるように比較器１８１の出力が制御される。さらにこの出力は並列に接続されたＶ／Ｉ変換器１８３〜１８６に接続される。並列に接続されたＶ／Ｉ変換器１８３〜１８６は同一の制御電圧を入力された状態で重み付けされた電流を出力する。さらにこの回路源にはスイッチが備えられており補正係数を与えるデジタルデータ（補正Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）で制御される。
【００９６】
この図２３中における各符号の意味は以下のとおりである。
Ｒa ：Ｉ／Ｖ変換器１８７の抵抗値
Ｒb ：Ｉ／Ｖ変換器１８９の抵抗値
ｇa ：Ｖ／Ｉ変換器１８２のコンダクタンス（抵抗値の逆数）
０．７ｇa ：Ｖ／Ｉ変換器１８３のコンダクタンス（抵抗値の逆数）
０．２ｇa ：Ｖ／Ｉ変換器１８４のコンダクタンス（抵抗値の逆数）
０．１ｇa ：Ｖ／Ｉ変換器１８５のコンダクタンス（抵抗値の逆数）
０．３ｇa ：Ｖ／Ｉ変換器１８６のコンダクタンス（抵抗値の逆数）
ＶI ：アンプ１８１の出力電圧
以下、ＩＮ／ＯＵＴの条件を求める。
【００９７】
アンプ１８１の出力電圧は
ＶI ＝（ＩＮ／Ｒa ）・（１／ｇa ）          ……（１７）
Ｉ／Ｖ変換器１８９に流れ込む電流Ｉは、
0003840794.tif 000007
出力電圧ＯＵＴは、
0003840794.tif 000008
ここで、Ｄ1 ＝１，Ｄ2 ＝０，Ｄ3 ＝０としてＩＮ＝ＯＵＴの条件を求めると、
ＩＮ＝（ＩＮ／Ｒa ）・（１／ｇa ）・Ｒb ×１×ｇb
∴  Ｒa ｇa ＝Ｒb ｇb               ……（２０）
となる。
【００９８】
表１に、補正Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のオン／オフと補正係数との対応関係を示す。
【００９９】
【表１】
0003840794.tif 000009
【０１００】
補正Ｄ１をオンにすると対応するスイッチが閉じＩ／Ｖ変換器１８９に、Ｖ／Ｉ変換器１８３およびＩ／Ｖ変換器１８６から、ＶI ×ｇb ・（０．３＋０．７）の電流が流れる。ここでＩ／Ｖ変換器１８７と、Ｉ／Ｖ変換器１８９とのコンダクタンスの比率をＩ／Ｖ変換器１８７の抵抗と、出力ＯＵＴに接続されたＩ／Ｖ変換器１８９の抵抗に流れる合計電流との比率に等しくしておくと（Ｒa ｇa ＝Ｒb ｇb ）、入力電位に等しい出力電位が得られる。これが補正係数１の状態であり、自動光量制御は、通常、この状態で実施される。更に補正Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を変えることで、この図２３では入力ＩＮを１としたとき入力ＩＮに対し±０．３の範囲内で出力を変化させることができる。図２４はＩ／Ｖ変換器としてもっとも簡単な抵抗１８７１，１８９１を使用した場合を示している。さらに図２５はＩ／Ｖ変換器としてトランジスタ１８７２、１８９２を使用した場合を示しており、この構成では、出力ＯＵＴをトランジスタ１８９２と同一特性のトランジスタ１０２の制御電極（ゲート）に接続することで、半導体レーザ１００を直接駆動することで低電圧での駆動を可能にする。
【０１０１】
図２６は、利得補正回路のトランジスタ回路図である。基本的には図２５のブロック図をトランジスタで置き換えたものであるが入力電圧を直接トランジスタに加え、アンプ１８１を省略している。トランジスタの添え字は相互コンダクタンスｇｍ比を表わしている。入力トランジスタのｇｍ比を５００とすると、ｄａｔａ０からｄａｔａ６までをオン（Ｌレベル）、ｄａｔａ７をオフ（Ｈレベル）にすると、スイッチがオンに固定となっているｇｍ比が３７３のトランジスタを合わせた合計ｇｍ比が５００となり、このときＩＮ，ＯＵＴに接続されたＴr1，Ｔr2のｇｍを等しく設定しておくと補正係数が１となる。ｇｍ比が１２８のトランジスタは補正係数を１より大きく設定したい場合にオンする。この例ではｄａｔａ０〜ｄａｔａ７を制御することで、３７３／５００から６２８／５００までの間を±１２８ステップで変化させた補正係数を得ることができる。なお、自動光量制御において補正係数を１にすることは必ずしも必要ではない。これは、図１５に示す実施形態において、負帰還制御により自動光量制御を行うと補正係数設定値に関わらず光量は基準値となるように調整されるためである。従って、補正係数を例えば３７３／５００で自動光量制御を行った場合は、自動光量制御での値を１として、１から６２８／３７３まで補正され、補正の上限を上げることができる。また、逆に自動光量制御で利得補正回路を６２８／５００に設定して自動光量制御を行うと、１から３７３／６２８まで補正され下限値を下げることができる。しかし自動光量制御を行なう際に、利得補正回路が本来の１ではない値に設定されると負帰還ループの安定性や収束精度に多少の影響があるため注意を要する。
【０１０２】
図２７は、図２６の利得補正回路を改良したものであり、ミラー電流がドレインソース間電圧に依存して変動するのを防止するためトランジスタＴra，Ｔrb，Ｔrc，Ｔrd，Ｔreからなる負帰還回路を設けてドレイン電位ＶD を入力トランジスタＴr1のドレイン電位に近づけることで、補正率が設計値からずれるのを防止している。またコンデンサＣ１は内部負帰還回路の位相補償用であり、コンデンサＣ２は入力ＩＮの電位が低くミラー電流が小さくなったときに自動光量制御時の負帰還ループの位相遅れで発振することのないようにするためのバイパス用コンデンサである。
【０１０３】
図２８〜図３０は、利得補正回路後段に接続するローパスフィルタ９９のブロック図を示している。自動光量制御においてはローパスフィルタ９９は位相遅れから発振の原因になるため外しておく必要がある。その方法として図２８はスイッチでバイパス（スルー）するものである。図２９は、スイッチでバイパスするのは同じであるが、入出力ともスイッチで切り替えているため、ＩＮから見たローパスフィルタが負荷として重い場合にスイッチを切ることで自動光量制御での負帰還安定性を確保することができる。また、図３０はスイッチでバイパスするのではなく時定数を制御する方式である。具体的には図３１に示すようにＣＲの一次のローパスフィルタであればコンデンサの接地端子をスイッチで制御する。スイッチをオープンにするとローパスフィルタの時定数は抵抗Ｒと寄生容量で決まるようになり、ローパスフィルタをバイパスするのと同様の効果がある。スイッチを入れると時定数は抵抗ＲとコンデンサＣで決まる。ＣＲで決まる時定数の大きさは、ローパスフィルタを入れる目的が、補正係数が変わる際のレーザ光量の急激な変動を防止するためのものであることを考慮し、画素信号周期の少なくとも１０倍以上に設定することが望ましい。この時定数が画像信号周期に近いと画像上すじとなってあらわれ、画質の劣化を招く恐れがある。利得補正回路９８の分解能が高い場合ローパスフィルタ９９がなくとも画質劣化が問題となることはないが、微分非直線性誤差が小さく分解能が高いとそれだけコストアップになることは避けられない。逆に時定数が大きすぎると補正係数を急速に変化させた場合に追従しなくなるため、画質と追従性の両方から時定数を決める必要がある。特に特開平９−１９７３１６号公報に示される、感光体上の主走査位置に対するレーザダイオード変調電流のように、折れ線近似を行なう場合、補正係数は常に増加あるいは減少しており収束することがないため、時定数が大きい場合はローパスフィルタの入力と出力との間で補正係数の増加あるいは減少の割り合いに応じ一定のオフセット誤差が生じるという問題があり、オフセットの影響も考慮する必要が生じる。
【０１０４】
図３２はローパスフィルタの効果を示している。補正係数をデジタル制御した場合は入力データを変える際に補正係数がステップ状に変化する。この変化はレーザ光量の変化となり最終的に画像の濃度変化となって画質を劣化させる。この対策として入力データを変えた際に補正係数が急激に変化しないようローパスフィルタを入れ、これによりレーザパワーをなだらかに変化させ、急激な濃度変化による画質の劣化を防止することができる。
【０１０５】
図３３は、図１５に示すアップダウンカウンタ１７１のタイミングチャートである。
アップダウンカウンタ１７１には、１スキャン（１回の主走査）の開始タイミングでリセット信号が入力され、１スキャンの前半部では増減制御が減算（ＤＯＷＮ）側に制御され、クロックに応じてアップダウンカウンタ１７１のカウント値、すなわち補正係数が順次減少する。１スキャンの後半部では、増減制御が加算（ＵＰ）側に制御され、カウント値、すなわち補正係数が順次増加する。このとき、画像データを仮に一定値（ここでは全て’Ｈ’）に保ったとき、変調電流Ｉs も、１スキャンの前半部では順次減少し、後半部では順次増加する。これにより、図１６を参照して説明したような、１スキャンの中央で光量が増加するという、走査光学系に起因する光量変動が補正される。
【０１０６】
図３４は、本発明の画像記録装置の一実施形態を示すブロック図であり、図３５は、図３４に示す画像記録装置のレーザ走査系の構成図であって、本発明のレーザ走査装置の一実施形態を示す構成図である。
図３４に示す画像記録装置は、その構成が信号処理系１１１０、レーザ走査系１１２０、および画像出力系１１３０に大別される。画像を読み取って画像信号を得る例えばデジタルスキャナ等の画像生成系１１０１で得られた画像信号が、信号処理系１１１０を構成する画像信号処理システム１１１１に入力されると、この画像処理システム１１１１では、画像出力系１１３０を構成する電子写真プロセス１１３２の機構を制御する機構制御部１１３１からの制御情報、例えば現像条件等の情報を受け、それに適合するように、入力された画像信号に適切な画像処理、例えば階調処理や色補正処理等が施され、その画像処理後の画像信号がレーザ変調信号生成部１１１２に入力される。レーザ変調信号生成部１１１２では、入力された画像信号に基づいて、レーザ走査系１１２０を構成する半導体レーザ１１２２から出射されるレーザ光の変調強度を表わすレーザ変調信号を生成する。このレーザ変調信号の生成にあたっては、レーザ走査系１１２０を構成する走査レーザ光の同期検知手段１１２６からの情報を受け、レーザ走査と同期するようにレーザ変調信号が生成される。この走査レーザ光の同期検知手段１１２６は、本実施形態では、図３５に示すように、ミラー１１２６＿１とフォトダイオード１１２６＿２とからなり、フォトダイオード１１２６＿２からは、半導体レーザ１１２２から出射したレーザ光が図３１に示す矢印Ａ方向に一回偏向される毎に同期パルスが出力される。
【０１０７】
図３４に示すレーザ変調信号生成部１１１２で生成されたレーザ変調信号ＳL は、レーザ走査系１１２０を構成するレーザドライバ１１２１に入力される。レーザドライバ１１２１には、機構制御部１１３１からの機構制御情報ＳC も入力され、レーザドライバ１１２１は、その機構制御に合わせて、半導体レーザ１１２２を駆動する。半導体レーザ１１２２は、レーザドライバ１１２１の駆動により時系列的な強度変調を伴ったレーザ光を出射し、その出射レーザ光は、レンズ１１２３＿１，アパーチャ１１２３＿２，シリンドリカルレンズ１１２３＿３からなるプレポリゴン光学系１１２３を経由し、矢印Ｂ方向に回転するポリゴンミラー１１２４＿１を含む光偏向器１２４により矢印Ａ方向に繰り返し偏向され、さらにｆθレンズ１１２５＿１，およびシリンドリカルミラー１１２５＿２からなるポストポリゴン光学系１１２５を経由し、画像出力系１１３０を構成する、矢印Ｃ方向に回転する感光体１１３３上を矢印Ａ’方向に繰り返し走査（主走査）する。
【０１０８】
この感光体１１３３は、光の照射により表面の抵抗値が変化する性質を有し、画像情報を担持したレーザ光により走査されることにより、その表面に静電潜像が形成される。この感光体１１３３に形成された静電潜像は所定の電子写真プロセス１１３２を経て、所定の用紙上に、画像生成系１１０１で得られた画像信号が担持する画像のハードコピー１１０２が生成される。
【０１０９】
図３６は、レーザ光のビーム径とポリゴンミラーとの関係を示す図である。
半導体レーザ１１２２から発せられたレーザ光は、図３５では、一本の線で示されているが、実際には、プレポリゴン光学系１１２３により、ポリゴンミラー１１２４＿１を構成する複数のミラーの内の１枚のミラーの寸法を越えたビーム径に調整されてポリゴンミラー１１２４＿１に入射する。このような関係は”ｏｖｅｒ  ｆｉｌｌｅｄ”と称される。この場合、レーザ光のうちの一部は走査に使用されないことになるが、レーザ光の光量はもともと大きく、大きな問題ではない。この場合、ビーム径がミラーから食み出すことを許容しているため、ポリゴンミラー１１２４＿１を構成する各ミラーの寸法を小さくすることができ、それによりさらに多面化することができ、高速走査が可能となる。
【０１１０】
ただし、この場合、ポリゴンミラー１１２４＿１の回転角度によりミラーへ入射するレーザ光の割合が変化し、感光体１１３３での光量変動が大きくなる。
そこで、本実施形態のレーザドライバ１１２１には、本発明のいずれかの実施形態のレーザ駆動装置が用いられる。従って、このように構成された本発明の画像記録装置によれば、走査光学系に起因する感光体１１３３上の光量変動による画像濃度の変動が抑えられ、高画質の画像記録を行なうことができる。
【０１１１】
尚、ここでは、ポリゴンミラー１１２４＿１に照射されるレーザ光のビーム径がポリゴンミラー１１２４＿１を構成するミラー１枚分の寸法よりも大きい”ｏｖｅｒ  ｆｉｌｌｅｄ”について説明したが、ミラー１枚の中に常に入るような小さなビーム径の場合も走査光学系に起因する光量変動が生じることもあり、それが許容レベルを越えるときは、同様にして光量補正が行われる。
【０１１２】
尚、上述の実施形態では走査光学系に起因する光量変動の補正を挙げたが、感光体の感度ムラや帯電ムラ、トナーの紙への転写ムラなど、繰り返し生じるムラは、補正係数を２次元で用意しておくことで走査光学系の光量ムラと共に画像濃度として補正することが可能である。即ち、繰り返し生じるムラ等に対応してムラを上述のように主走査方向の補正値に加えて、副走査方向（走査線に対応して）に補正値を設け、これらをメモリに記憶して走査線に対応してメモリから読み出し、乗算することで実現できる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ光量補正方法、およびレーザ駆動装置によれば、走査光学系に起因する光量変動を高精度に補正することができ、したがってこれをレーザ走査装置に適用すると高精度に光量調整されたレーザ光による走査を実現することができ、画像形成装置に適用する画像の中央と端部の濃度変動の少ない高画質の画像が形成される。
【０１１４】
すなわち、第１の発明では、外挿点の自然発光領域内近傍の電流値を持つ閾値電流部分を越える電流値に対して補正しているので、走査対象面に対する入射角に応じた出力光変動を精度よく補正することができる。
第２の発明では、閾値電流を越える電流領域に対して補正しているので、走査対象面に対する入射角に応じた出力光変動を精度よく補正することができる。また、基準値に補正値を乗算する補正をしているので、走査系や走査対象側の条件により強度を変化させる必要がある場合にも補正値を変化させる必要がない。更に、乗算結果により定電流源の電流値を制御する構成のため、簡単な構成で補正回路を実現できる。
【０１１５】
第３の発明においても、閾値電流を越える電流領域に対して補正しているので、走査対象面に対する入射角に応じた出力光変動を精度よく補正することができる。また、基準値に補正値を乗算する補正をしているので、画像データに応じた強度変調時や走査系、走査対象側の条件により強度を変化させる必要がある場合にも補正値を変化させる必要がない。更に、乗算結果により定電流源の電流値を制御する構成のため、簡単な構成で補正回路を実現できる。
【０１１６】
さらに第４の発明においては、演算部による演算により、閾値電流が正しく調整されるとともに、その閾値電流を越える変調電流が正しく補正され、したがって上記第１〜第３の発明と同様に、走査対象面に対する入射角に応じた出力光変動を精度よく補正することができる。また、この第４の発明では、基準値に補正値を乗算する補正をしているので、走査系や走査対象側の条件により強度を変化させる必要がある場合にも補正値を変化させる必要がない。更に、乗算結果により定電流源の電流値を制御する構成のため、簡単な構成で補正回路を実現できる。
【０１１７】
第５の発明では、第のモードにおいてアナログ演算により外挿点閾値や利得設定値が正確かつ高速に求められ、第２のモードにおいて、上記第２〜第４の発明におけるレーザ駆動装置と同様に、走査対象面に対する入射角に応じた出力光変動が精度よく補正される。
さらに第６の発明では、レーザ走査光学系に起因する光量変動が高精度に補正され、画像情報を正確に担持したレーザ光で走査対象面を走査することができる。
【０１１８】
さらに第７の発明では、レーザ走査光学系に起因する光量変動が高精度に補正され、正確な濃度をもった高画質な画像を形成することができる。
補正値を乗算する構成を持つので、感度ムラ、帯電ムラ、転写ムラ等の繰り返し生じるムラに応じて補正値を持つことで容易に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ駆動装置の第１実施形態の構成図である。
【図２】半導体レーザに供給される供給電流に対するその半導体レーザの出力光量特性を示す図である。
【図３】本発明のレーザ駆動装置の第２実施形態の構成図である。
【図４】半導体レーザの供給電流対出力光量特性を示す図である。
【図５】従来技術との比較説明用の半導体レーザの出力光量特性を示す図である。
【図６】外挿点閾値Ｉthからずれた閾値Ｉth’を設定したときの理論上の誤差の説明図である。
【図７】図６を参照して導出した理論式から導かれる、光量指示値に対する補正値を示すグラフである。
【図８】本発明のレーザ駆動装置の第３実施形態の構成図である。
【図９】図８に示す第３実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】半導体レーザの供給電流対出力光量特性を示す図である。
【図１１】本発明のレーザ駆動装置の第４実施形態の構成図である。
【図１２】本発明のレーザ駆動装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図１３】設定値とレーザ発光パワーとの対応関係を示す図である。
【図１４】設定値とレーザ発光パワーとの対応関係を示す図である。
【図１５】本発明のレーザ駆動装置の第６実施形態を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示す第６実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図１７】走査光学系に起因する光量変動と補正係数を示す模式図である。
【図１８】強度変調による、補正前後のレーザ発光パワーを示した図である。
【図１９】レーザ走査位置に対する補正係数を示した図である。
【図２０】パルス幅変調を併用した場合の、補正前後のレーザ発光パワーを示した図である。
【図２１】Ｄ／Ａコンバータの内部構成を示したブロック図である。
【図２２】変調電流源、あるいは直流電流源１つ分の回路図である。
【図２３】利得補正回路のブロック図である。
【図２４】利得補正回路のブロック図である。
【図２５】利得補正回路のブロック図である。
【図２６】利得補正回路のトランジスタ回路図である。
【図２７】利得補正回路のトランジスタ回路図である。
【図２８】ローパスフィルタのブロック図である。
【図２９】ローパスフィルタのブロック図である。
【図３０】ローパスフィルタのブロック図である。
【図３１】時定数を制御するように構成されたローパスフィルタの回路図である。
【図３２】ローパスフィルタの効果模式的にを示した図である。
【図３３】アップダウンカウンタのタイミングチャートである。
【図３４】本発明の画像記録装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図３５】本発明のレーザ走査装置の一実施形態を示す構成図である。
【図３６】レーザ光のビーム径とポリゴンミラーとの関係を示す図である。
【図３７】特公平２−５１１８８号公報に開示された、従来方式の一例を示す図である。
【図３８】特開平１−１８２８１９号公報に開示された、従来方式のもう１つの例を示した図である。
【符号の説明】
１１  直流電流源
１２  変調電流源
１３  変調電流源
１３＿０，１３＿１，１３＿２，１３＿３  変調電流源
１４  変調電流源
１５  抵抗
１６  発光効率算出部
１７  乗算器
１８  係数補正回路
１９  ローパスフィルタ
５０  レーザ駆動装置
５１  第１のＤ／Ａコンバータ
５２＿１  変調電流源
５２＿２  直流電流源
５３  ＣＰＵ
５４  第２のＡ／Ｄコンバータ
５５  第３のＤ／Ａコンバータ
５６  Ａ／Ｄコンバータ
５７  比較器
５９  ローパスフィルタ
９０  半導体レーザ駆動装置
９１  変調電流源
９２  閾値電流源
９３  モニタ値生成回路
９４  第１の演算増幅器
９５  第２の演算増幅器
９６  第１のサンプルホールド回路
９７  第２のサンプルホールド回路
９８  利得補正回路
９９  ローパスフィルタ
１００  半導体レーザ
１０１  フォトダイオード
１１１，１１２  Ｄ／Ａコンバータ
１４１  第１の演算増幅器
１５１  第２の演算増幅器
１６１  Ｉ／Ｖコンバータ
１６２，１６３，１６４  サンプルホールド回路
１７１  アップダウンカウンタ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0003840794.tif 000031
【図２３】
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【図２４】
0003840794.tif 000033
【図２５】
0003840794.tif 000034
【図２６】
0003840794.tif 000035
【図２７】
0003840794.tif 000036
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
0003840794.tif 000041
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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