JPH0414540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザ光源装置に係り、たとえばレー
ザビームプリンタなどに用いるのに好適なレーザ
光源装置に関する。

レーザダイオードを用いた電子写真法によるレ
ーザビームプリンタは、レーザダイオードから発
生するレーザ光で光導電感光ドラムの表面を走査
露光して光導電感光ドラム表面に電荷潜像を形成
し、この電荷潜像を現像して得たトナー像を普通
記録紙に転写した後にこのトナー像を定着して記
録物を得るものが多い。レーザダイオードを光源
とする場合、画像形成のための画像情報信号によ
るレーザ光の変調は、レーザダイオード駆動電流
を画像情報信号に従つて断続することによりレー
ザ光の発生を断続して行う。光導電感光ドラムに
対する走査露光は、光導電感光ドラムを一定速度
で回転させておき、レーザ光を回転ミラーや振動
ミラーで偏向してレーザ光スポツトを光導電感光
ドラム表面の軸方向走査位置を繰り返し走査する
ことによつて行う。この走査露光と変調の位置関
係を同期させるために、レーザ光は光導電感光ド
ラムの画像領域の外側まで偏向され、この外側に
配置した位置検出用の光電変換素子にも入光され
る。一般にこの位置検出用光電変換素子は走査開
始側の外側にあつて、レーザ光スポツトがこの光
電変換素子を通過したときからの時間管理のもと
でレーザ光の変調が実行される。またレーザダイ
オードから発生したレーザ光によつて光導電感光
ドラムの表面に所定の形状のレーザ光スポツトを
形成するために、あるいは走査位置ずれを防止す
るために、あるいは偏向ミラーによるレーザ光の
偏向角度が過大になるのを防止するために、レー
ザ光路には各種のレンズやミラーが配置される。

このようなレーザビームプリンタにおいて、高
品位の記録画像を得るには、光導電感光ドラムの
表面に照射されるレーザ光の強度が所定の一定値
であることが必要である。レーザダイオードは温
度によつて発光強度が変化することから、レーザ
ダイオードの温度を一定に保つ恒温手段を設ける
ことが提案されている。しかしレーザダイオード
の発光強度はレーザダイオードの疲労劣化によつ
ても低下し、またレーザビームプリンタの場合は
光導電感光ドラムの表面に到達するまでにはレン
ズやミラーの汚れによつても減衰するので、前記
のようにレーザダイオードを一定温度に保つても
光導電感光ドラムに照射されるレーザ光強度は変
化してしまう。

従つて本発明の目的は、所定のレーザ光路にお
けるレーザ光の強度を一定値に保つことができ、
しかもレーザダイオードの劣化を軽減し、フイー
ドバツク制御が安定で、かつメンテナンス作業を
適正に行なうことができるレーザ光源装置を提供
することにある。

この目的を達成するため、本発明は、レーザダ
イオードから出力されたレーザ光強度をアナログ
検出信号に変換する光電変換素子と、前記アナロ
グ検出信号を基準電気信号と比較して２値信号を
出力する比較回路と、前記２値信号によつてアツ
プカウントモードまたはダウンカウントモードに
切り換えられるデイジタルアツプダウンカウンタ
と、前記デイジタルアツプダウンカウンタのデイ
ジタル出力信号をアナログ出力信号に変換するデ
イジタルアナログ変換回路と、前記アナログ出力
信号に応じてレーザダイオードに流す電流の大き
さを制御する電流制御回路とを設けることによ
り、レーザダイオードの発光強度を制御してレー
ザ光路の所定の位置におけるレーザ光強度を一定
に保持するようにし、またデイジタルアツプダウ
ンカウンタは、レーザダイオードへの通電開始時
にはレーザダイオードに流れる電流が最小値とな
るようにロードされるとともにアツプカウントモ
ードで出力信号が最大値になつたときはダウンカ
ウントモードに切り換えられるように構成し、さ
らにデイジタルアツプダウンカウンタの出力信号
が最大値になつたときメンテナンス信号を発生す
る手段を設けたことを特徴とする。

レーザダイオードの発光強度はレーザダイオー
ドに流す電流の大きさに応じて変化する。一般の
定出力制御技術において用いられるフイードバツ
ク制御法は、出力を検出し、この検出値を基準値
と比較し、その偏差で出力手段の入力を補正する
ものである。しかし前記したレーザビームプリン
タにおいては、レーザ光は断続変調あるいは偏向
走査されるのでレーザ光強度を短時間のうちに光
電検出して検出値を次の検出時まで保持しなけれ
ばならない。このためには光強度検出用光電変換
素子より出力されたアナログ検出信号をサンプル
ホールドするアナログ記憶回路やアナログ検出信
号をアナログデイジタル変換して記憶するデイジ
タル記憶回路が必要である。しかしながらレーザ
光強度検出時間は極短時間であるので前記アナロ
グ記憶回路やデイジタル記憶回路は応答性の良い
ものでなければならず高価であつた。またレーザ
光の光電変換出力であるアナログ検出信号が得ら
れない場合や、アナログ検出信号の発生タイミン
グとサンプリングタイミングがずれた場合には記
憶回路の記憶値は零となり、記憶された検出値と
基準値との偏差が大きくなり、この大きな偏差に
基づいてレーザダイオードの電流を補正するとレ
ーザダイオードには過大電流が流れてその寿命を
短かくする問題がある。これに対して本発明によ
るフイードバツク制御では、レーザ光の光電変換
出力であるアナログ検出信号は基準値に対する大
小が比較回路で判断されるのみでその偏差の大き
さは問題にされず。デイジタルアツプダウンカウ
ンタは比較回路の２値信号出力時に入力されるク
ロツクを計数するのみであるので、安価で応答性
の良い回路部品を用いることができる。また検出
値と基準値の偏差が大きくてもレーザダイオード
に大きな補正電流を流すことがなくレーザダイオ
ードの寿命を短くすることもなくなる。これは一
般の使用状態でレーザダイオードの発光強度が大
幅に急変することはないから、前記２値信号出力
時にデイジタルアツプダウンカウンタに入力する
クロツクを少数（例えば１個）とすることができ
ることによる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図はレーザ光源装置の制御回路のブロツク
図で、レーザダイオード１の電流は電流制御回路
２によつて制御される。電流制御回路２はトラン
ジスタ３，４による差動スイツチと定電流回路５
を備える。トランジスタ３，４のエミツタは共通
にして定電流回路５に接続され、トランジスタ３
のコレクタは抵抗６を介して電源線に接続され、
トランジスタ４のコレクタは前記レーザダイオー
ド１と逆起電圧保護用ダイオード７と抵抗８の並
列回路を介して電源線に接続される。９〜１２は
両トランジスタ３，４のバイアス抵抗である。前
記レーザダイオード１から発生したレーザ光の強
度に応じたアナログ検出信号を出力する光電変換
用のフオトダイオード１３はレーザ光の偏向走査
位置に配置され、このフオトダイオード１３から
出力されるアナログ検出信号は分圧抵抗１４，１
５から得られる基準電気信号Vsに対する大小を
比較回路１６によつて比較される。前記比較回路
１６から出力される２値信号は、前記アナログ検
出信号が基準電気信号より小さいときにはハイレ
ベルとなり、大きいときにはロウレベルとなる。
デイジタルアツプダウンカウンタ回路（以下Ｕ／
Ｄカウンタ回路という）１７は、カウントモード
制御端子Ｕ／Ｄに与えられる前記２値信号がハイ
レベルのときアツプカウントモード、ロウレベル
のときダウンカウントモードとなり、信号源１８
からクロツク端子CKに入力されるサンプリング
クロツクを計数する。前記Ｕ／Ｄカウンタ回路１
７から出力されるデイジタル出力信号はデイジタ
ルアナログコンバータ（以下Ｄ／Ａコンバータと
いう）１９でアナログ出力信号に変換される。そ
して前記定電流回路５はこのアナログ出力信号に
よつて制御されて電流値が設定される。また前記
信号源１８から出力される画像情報信号は前記ト
ランジスタ３のベースに与えられる。

第２図はＵ／Ｄカウンタ回路１７とＤ／Ａコン
バータ１９の部分の詳細なブロツク図である。
Ｕ／Ｄカウンタ回路１７内部では４ビツトのＵ／
Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂによつて８ビツト出力
のＵ／Ｄカウンタが構成され、これらの８ビツト
のデイジタル出力信号は８ビツトの分解能をもつ
Ｄ／Ａコンバータ１９の入力端子と８入力
NANDゲート１７ｃの入力端子に並列に入力さ
れている。２つの前記Ｕ／Ｄカウンタ１７ａ，１
７ｂのカウントモード制御端子（以下Ｕ／Ｄ端子
という），′は２入力ANDゲート１７ｄの出
力端子に接続され、データ入力端子〜，′
〜′は接地によつてロウレベルに固定され、ロ
ード入力端子，′は電源スイツチ（図示せず）
が投入されときにロードパルスが与えられるよう
にダイオード１７ｅ，抵抗１７ｆ，コンデンサ１
７ｇで構成したイニシヤライズ回路に接続され、
クロツク端子（CK），′はサンプリングクロ
ツク回路に接続される。前記２入力ANDゲート
１７ｄは前記比較回路１６から出力される２値信
号と前記８入力NANDゲート１７ｃの出力信号
を入力する。また前記８入力NANDゲート１７
ｃの出力信号はフリツプフロツプ１７ｈをトリガ
してメンテナンス信号を発生させる。そして前記
Ｄ／Ａコンバータ１９のアナログ出力信号は定電
流回路５に与えられる。

以上の構成において、電源スイツチが投入され
ると２つのＵ／Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂのロー
ド入力端子，′にロードパルスが与えられる
のでこのＵ／Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂはデータ
入力端子〜，′〜′に設定された最低値
〓０″がロードされる。従つてＵ／Ｄカウンタ１
７ａ，１７ｂのデイジタル出力信号は〓０″であ
るからＤ／Ａコンバータ１９のアナログ出力信号
も〓０″で、定電流回路５の設定電流は最低値に
なる。このため電源スイツチ投入時のレーザダイ
オード１の電流は最低値であるので、フオトダイ
オード１３からのアナログ検出信号が小さく、比
較回路１６による比較でもアナログ検出信号は基
準電気信号より小さく比較回路１６から出力され
る２値信号はハイレベルとなる。また８入力
NANDゲート１７ｃの出力信号もハイレベルで
あるので２入力ANDゲート１７ｄの出力信号は
ハイレベルとなり、Ｕ／Ｄカウンタ１７ａ，１７
ｂはアツプカウントモードとなつてサンプリング
クロツクを入力する毎にＤ／Ａコンバータ１９の
1LSB分ずつカウントアツプする。このようにし
てフオトダイオード１３から出力されるアナログ
検出信号が基準電気信号より大きくなるまでＵ／
Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂはカウントアツプして
デイジタル出力信号を増大し、Ｄ／Ａコンバータ
１９のアナログ出力信号を増大して定電流回路５
の設定電流を増大する。レーザダイオード１の発
光強度が増してフオトダイオード１３から出力さ
れるアナログ検出信号が基準電気信号よりも大き
くなると比較回路１６から出力される２値信号は
ロウレベルとなる。これによりＵ／Ｄカウンタ１
７ａ，１７ｂはダウンカウントモードになり、サ
ンプリングクロツクが入力されると1LSBだけカ
ウントダウンしてデイジタル出力を減少し、Ｄ／
Ａコンバータ１９のアナログ出力信号を減少して
定電流回路５の設定電流を減少する。設定電流が
減少した結果、フオトダイオード１３から出力さ
れるアナログ検出信号が基準電気信号より小さく
なつて比較回路１６の出力信号がハイレベルにな
るとＵ／Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂは再びアツプ
カウントモードになり定電流回路５の設定電流を
増大する。このような電流制御動作によつてレー
ザダイオード１から出力されたレーザ光強度が所
定値を境に±1LSBの変動範囲で所定値となるよ
うに駆動電流が制御される。

そしてレーザダイオード１の疲労劣化あるいは
光学系の汚れなどによつてフオトダイオード１３
の入光量が減少した場合には、前記のような電流
制御動作はＵ／Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂの内容
が1LSB分だけ大きい値に移行して行なわれるこ
とになる。レーザダイオード１の疲労劣化や光学
系の汚れが進むとＵ／Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂ
の動作点は次第に大きくなり、ついにはデイジタ
ル出力信号は〓FF″となる。この状態はレーザ
ダイオード１の駆動電流が許容最大値に達したと
きに一致するように回路特性を設定しておく。こ
のデイジタル出力信号が〓FF″になると８入力
NANDゲート１７ｃの入力条件が成立するので、
このゲート１７ｃの出力信号はロウレベルとなつ
て２入力ANDゲート１７ｄを閉じてＵ／Ｄカウ
ンタ１７ａ，１７ｂをダウンカウントモードに切
り換える。これにより次のサンプリングクロツク
でＵ／Ｄカウンタ１７ａ，１７ｂのデイジタル出
力信号は〓FE″となり、８入力NANDゲート１
７ｃの出力信号は再びハイレベルとなつてＵ／Ｄ
カウンタ１７ａ，１７ｂをアツプカウントモード
に戻す。このようにして電流制御動作は許容最大
値を越えない範囲（〓FF″と〓FE″）で実行され
る。

一方、前記のようにレーザダイオード１の駆動
電流が許容最大値に達して８入力NANDゲート
１７ｃの出力信号がロウレベルになるとフリツプ
フロツプ１７ｈがトリガされてメンテナンス信号
を出力する。このメンテナンス信号で図示せざる
報知器を動作させればオペレータにメンテナンス
作業が必要になつたことを報知できる。

ところで、レザービームプリンタとして画像形
成のために、レーザ光の発生は信号源１８から出
力される画像情報信号によつて変調される。画像
情報信号がハイレベルのときはトランジスタ３が
オン、トランジスタ４がオフで、レーザダイオー
ド１は発光しない状態（または実質的な露光能力
をもたない程度の発光強度）となる。また画像情
報信号がロウレベルのときはトランジスタ３がオ
フ、トランジスタ４がオンとなつてレーザダイオ
ード１が前記の電流制御動作によつて設定された
電流で駆動された所定強度で発光する。

以上に述べた実施例によれば次の効果が得られ
る。

(イ) フイードバツク制御のための制御回路に用い
る主な回路要素が比較回路とＵ／Ｄカウンタと
Ｄ／Ａコンバータであり、特に高速応答性を要
求される回路要素を比較回路とＵ／Ｄカウンタ
で構成したので安価である。

(ロ) 電源スイツチ投入時にＵ／Ｄカウンタは
〓０″にロードされ、サンプリングクロツク入
力毎にＤ／Ａコンバータの1LSB分ずつ増加す
るので、大きな起動電流が流れず、従つてレー
ザダイオードの劣化を軽減できる。

(ハ) フオトダイオードから出力されるアナログ検
出信号とサンプリングクロツクの発生タイミン
グがずれてもＵ／Ｄカウンタのデイジタル出力
信号の増加は1LSB分であるのでレーザダイオ
ードに流す電流の異常補正を少なくすることが
でき、従つて露光特性に大きな変化を発生しな
い。

(ニ) レーザダイオード駆動電流の最大値はＵ／Ｄ
カウンタの最大値〓FF″によつて規制してあ
るので許容値を越えた過大電流は流れず、レー
ザダイオードの過電流破壊の心配がない。

(ホ) Ｕ／Ｄカウンタが最大値〓FF″に達すると
ダウンカウントモードになつてカウント値が１
つ下の“FE”に戻り（一般のように“０”に
戻らない）、カウンタによる電流制御動作が許
容最大値を越えない“FF”と“FE”の範囲で
行われるので、フイードバツク制御が安定であ
る。

(ヘ) レーザ光の最大出力時にメンテナンス信号が
発生するので、メンテナンス作業を適正に実行
できる。また上記実施例は以下に述べるような
工夫を加えてレーザビームプリンタに適用する
ことにより一層効果的なものとなる。

(ト) レーザ光強度検出用のフオトダイオードを光
導電感光ドラム表面に対する走査露光領域外側
の延長位置に設けることによつて、レンズやミ
ラーなどの光学系の汚れに対しても適切な発光
強度補正や光学系清掃のためのメンテナンス信
号発生を実現できる。

(チ) 前記(ト)項において、比較回路をフオトダイオ
ードに近接して設けることによつてアナログ信
号線を短縮でき、ノイズに対して安定となる。

(リ) 前記(ト)項において、レーザ光強度検出用のフ
オトダイオードを走査開始側の外側延長位置に
設けてレーザ光偏光位置検出のために兼用すれ
ば、装置のコスト低減と構成の単純化に有利で
ある。

以上のように本発明によれば、所定のレーザ光
路におけるレーザ光の強度を一定値に保つことが
でき、しかも通電開始時にレーザダイオードに大
きな起動電流が流れないので、レーザダイオード
の劣化を軽減できるとともに、Ｕ／Ｄカウンタが
最大値に達すると、一般のように“０”に戻るこ
となくダウンカウントモードになつて最大値より
１つ下の値に戻り、カウンタによる電流制御動作
が許容最大値を越えない狭い範囲で行われるの
で、フイードバツク制御を安定に行なうことがで
き、さらにレーザ光の最大出力時にメンテナンス
信号が発生するので、メンテナンス作業を適正に
実行することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図
は全体のブロツク図、第２図はその一部詳細ブロ
ツク図である。 １……レーザダイオード、２……電流制御回
路、５……定電流回路、１３……フオトダイオー
ド、１６……比較回路、１７……デイジタルアツ
プダウンカウンタ回路、１８……信号源、１９…
…デイジタルアナログコンバータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザダイオードに供給する電流の大きさを
   制御する制御回路を備えたレーザ光源装置におい
   て、前記制御回路は、前記レーザダイオードから
   出力されたレーザ光強度をアナログ検出信号に変
   換する光電変換素子と、前記アナログ検出信号を
   基準電気信号と比較して２値信号を出力する比較
   回路と、前記２値信号によつてアツプカウントモ
   ードまたはダウンカウントモードに切り換えられ
   るデイジタルアツプダウンカウンタと、前記デイ
   ジタルアツプダウンカウンタのデイジタル出力信
   号をアナログ出力信号に変換するデイジタルアナ
   ログ変換回路と、前記アナログ出力信号に応じて
   レーザダイオードに流す電流の大きさを制御する
   電流制御回路とを備え、前記デイジタルアツプダ
   ウンカウンタは、レーザダイオードへの通電開始
   時にはレーザダイオードに流れる電流が最小値と
   なるようにロードされるとともにアツプカウント
   モードで出力信号が最大値になつたときはダウン
   カウントモードに切り換えられるように構成し、
   さらに、前記デイジタルアツプダウンカウンタの
   出力信号が最大値になつたときメンテナンス信号
   を発生する手段を設けたことを特徴とするレーザ
   光源装置。