JPH0591272A - 画像露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ素子の点灯後、速やかに所定の
光強度に到達すると共に、安定して画像の露光を行なう
ことのできる画像露光装置を提供する。 【構成】 制御動作により変化する半導体レーザ素子を
駆動する駆動電流のオフセット電流が、半導体レーザの
点灯開始より所定時間以内の間だけはそれ以降よりも大
きく変化できるようにした利得選択回路を含み構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像露光装置に関し、
さらに詳細には半導体レーザ素子の光出力を安定化させ
る半導体レーザ駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、レーザプリンタ等では半導体レー
ザ素子から発せられ、画像信号にもとづいて変調された
レーザ光で感光体を走査露光して画像の露光を行なって
いる。半導体レーザ素子は、周知のように、しきい値電
流と呼ぶ電流値を超える電流で駆動されるとレーザ光を
出射する特性を有しており、このしきい値電流は個々の
素子によってまた動作環境の温度によって大きく変化す
るので、図８に示すように、半導体レーザ素子の出力す
る光強度は同じ駆動電流であっても個々の素子によって
大きく異なるし、また温度に対して非常に不安定であ
る。

【０００３】このような不安定なレーザ光で露光して作
像を行なうと出力画像につぶれやかすれが生じ、画像品
質を著しく損なう。このため、半導体レーザ素子の周囲
温度が変化する環境下では半導体レーザ素子の出力制御
装置等により半導体レーザ素子の出力するレーザ光の強
度を安定化させる必要がある。

【０００４】そこで従来、しきい値電流に相当する電流
をオフセット電流として変調信号に加算したうえでドラ
イブ回路により半導体レーザ素子を電流駆動し、レーザ
光が感光体を走査していない間に半導体レーザ素子の光
出力を光モニタ回路でモニタしてドライブ回路へフィー
ドバックして、前記オフセット電流を制御するという制
御ループを設けることにより、半導体レーザ素子のレー
ザ光の強度を安定化させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
レーザ素子は上記の特性とともに非常に過電流に弱く劣
化しやすいという特性も有している。このため、従来装
置においては、半導体レーザ素子の点灯を開始する際
は、半導体レーザ素子のばらつきや環境温度の範囲を考
慮した十分小さな電流で点灯を開始し、徐々に駆動電流
を増加させて所定の光強度に到達するように制御してい
た。このため、場合によっては光強度が安定するのに長
い時間が必要となり画像の露光よりもかなり前もって点
灯を開始しなければならないという問題点があった。ま
た、上記制御ループの利得を大きくすれば、上記問題点
は解決されるものの、ドループ（過渡熱特性）等の影響
で画像露光領域での制御が不安定になり、そのために画
像品質を損なうことがあるため、むやみに制御ループの
利得を大きくすることはできず、制御ループの利得の決
定は非常に困難であった。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、半導体レーザ素子の点灯後、速
やかに所定の光強度に到達すると共に、安定して画像の
露光を行なうことのできる画像露光装置を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像露光装置は、半導体レーザ素子と、画像
信号にもとづいて前期半導体レーザ素子を変調駆動する
ドライブ手段と、前記半導体レーザ素子から発せられる
変調されたレーザ光を走査することにより前記画像信号
に対応した画像が露光される感光体と、前記レーザ光が
感光体の画像領域を走査していない間に前記半導体レー
ザ素子から発せられるレーザ光の光出力を検出し、その
検出結果に基づいて前記ドライブ手段による前記半導体
レーザ素子の駆動を制御する制御手段とを有する画像露
光装置であって、前記制御手段は、前記半導体レーザ素
子が点灯されてから所定時間経過前と所定時間経過後と
で、その制御手段の利得を切り換え可能な利得選択手段
を備えている。

【０００８】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像露光装置で
は、ドライブ手段により駆動された半導体レーザ素子か
ら発せられ、画像信号に応じて変調されたレーザ光が感
光体を走査することにより、感光体に画像が露光され
る。また、半導体レーザ素子が点灯されてから所定時間
経過前と所定時間経過後とでは半導体レーザ素子の駆動
電流を制御する制御手段の利得が異なる。

【０００９】このため、点灯開始後は高い利得で制御ル
ープが動作し、短時間で所定の光強度に達する。また、
所定時間後は低い利得で制御ループが動作するので、感
光体を露光して画像を記録する際には光強度の安定した
変調光が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化してレーザビームプリ
ンタに適用した一実施例を図１乃至図８を参照して説明
する。

【００１１】本実施例のレーザビームプリンタは、図１
に示すように、光源として周知の半導体レーザ素子１を
備えており、該半導体レーザ素子１には該半導体レーザ
１を駆動するドライブ回路２が接続されている。前記半
導体レーザ素子１から発せられたレーザ光の光路上に
は、コリメータレンズ（図示せず）と、矢印Ａ方向に回
転する回転多面鏡３と、感光体ドラム５の表面に前記レ
ーザビームを結像するｆ−θレンズ４とがその順に配置
されている。画像情報書き込み領域外には回転多面鏡３
で偏向されたレーザ光を各走査毎に画像の露光に先だっ
て検出し、同期信号（ＢＤ信号）を発生するビーム検出
装置６が設けられている。該ビーム検出装置６は発振回
路を内蔵しており、点灯開始直後にレーザビームの光強
度が弱くレーザビームが検出出来ないときは発振回路の
信号をＢＤ信号として出力するように構成されている。

【００１２】さらに、周知のＤ／Ａ変換回路７、加算回
路８、カウンタ回路９と、半導体レーザ素子１と同一容
器に保持され、後方に出射されるレーザビームを受光す
るモニタダイオード１１１が出力する光電流を増幅して
電圧として出力する増幅回路１１２と、増幅された電圧
と基準電圧とを比較する比較回路１１３とからなる光モ
ニタ回路１１と、周知のワンショットマルチバイブレー
タからなり、レーザ点灯信号（ＬＯＮ信号）が入力され
ると所定の一定時間Ｔだけ利得高信号（ＧＨ信号）を出
力するタイマ回路１２と、後述する制御回路１０及び信
号処理回路１３とから構成されている。

【００１３】この信号処理回路１３は、感光体ドラム５
がレーザビームで走査される感光体走査時（以下露光モ
ードという）とそれ以外の非感光体走査時（以下制御モ
ードという）とをビーム検出装置６から発生されるＢＤ
信号により判別し、露光モードにおいては、画像信号を
タイミング制御して変調信号として加算回路８に送出
し、制御モードにおいては光強度設定信号を変調信号と
して加算回路８に送出する。また、制御モードにおいて
は制御回路１０に対し光強度制御動作開始を指令する光
強度制御信号（ＰＣ信号）を出力する。

【００１４】すなわち、図７に図示するように各走査毎
に、露光モードと、制御モードが交互に設定されるので
ある。

【００１５】制御モードはさらに、ＧＨ信号が入力され
ている間の高利得制御モードと、ＧＨ信号が入力されて
いない間の低利得制御モードに分けられる。

【００１６】前記カウント回路９のカウント値は前述の
オフセット電流に対応するものであり、加算回路８では
カウンタ回路９のカウント値と前記変調信号あるいは光
強度設定信号とを加算演算してＤ／Ａ変換回路７に出力
する。ドライブ回路２は、Ｄ／Ａ変換回路７で変換され
た信号に基づいて半導体レーザ素子１を電流駆動する。

【００１７】また、光モニタ回路１１においては、図３
に示すように、半導体レーザ素子１から後方に出射され
たレーザビームがモニタダイオード１１１に入射し、モ
ニタダイオード１１１はそのレーザビームの光強度に比
例した電流を出力する。その電流は増幅回路１１２によ
りモニタ電圧に変換増幅後、比較回路１１３で基準電圧
Ｖｒｅｆと比較される。比較回路１１３は基準電圧Ｖｒ
ｅｆよりもレーザ光によるモニタ電圧のほうが大きい
時、モニタ信号（ＭＯＮ信号）を制御回路１０へ出力
し、レーザビームの光強度が光強度設定信号に対応する
光強度に達したことを知らせる。

【００１８】前記制御回路１０は、画像信号と光強度と
の関係を一定に保つ働きをするものであり、図２に示す
ように、クロック信号を出力する周知のクロック回路１
０１と、そのクロック信号を例えば８分周して分周信号
を出力する周知の分周回路１０２と、クロック信号と分
周信号とのいずれか一方を出力するスイッチ回路１０３
と、このスイッチ回路１０３の出力をカウントし、この
カウントをデコードして後述のカウントダウン信号（Ｃ
Ｄ信号）あるいはカウントアップ信号（ＣＵ信号）を出
力するステート回路１０４とから構成されている。前記
スイッチ回路１０３はタイマ回路１２から出力されるＧ
Ｈ信号により切り換えられるものであり、ＧＨ信号が入
力されている（高利得制御モード）ならば、ステート回
路１０４のトリガを分周回路１０２の分周信号とし、Ｇ
Ｈ信号が入力されていなければ（低利得制御モード）、
ステート回路１０４のトリガをクロック回路１０１のク
ロック信号とする。

【００１９】前記ステート回路１０４は前記ＰＣ信号が
入力されることによりリセットされた後、その動作を開
始する。

【００２０】すなわち、ＧＨ信号が入力されている場合
（高利得制御モード）はステート回路１０４のトリガと
して分周回路１０２の分周信号が入力されており、図４
に示すように、ＰＣ信号入力後８クロックの間（１分周
信号の間）はステート回路１０４からカウンタ回路９へ
カウントダウン信号（ＣＤ信号）が出力され、カウンタ
回路９ではクロック回路１０１のクロック信号をトリガ
として８カウントだけダウンカウントされる。そして、
その後の１６クロックの間（２分周信号の間）はＭＯＮ
信号が検出されるまでステート回路１０４からカウンタ
回路９へカウントアップ信号（ＣＵ信号）が出力され、
カウンタ回路９ではクロック回路１０１のクロック信号
をトリガとして１６カウントを限度としてアップカウン
トされる。

【００２１】また、ＧＨ信号が入力されていない場合
（低利得制御モード）はステート回路１０４のトリガと
してクロック回路１０１のクロック信号が入力されてお
り、図５に示すように、ＰＣ信号入力後、１クロック間
はステート回路１０４からカウンタ回路９へカウントダ
ウン信号（ＣＤ信号）が出力され、カウンタ回路９では
クロック回路１０１のクロック信号をトリガとしてダウ
ンカウントされる。

【００２２】そして、その後、の２クロックの間はＭＯ
Ｎ信号が検出されるまでステート回路１０４からカウン
タ回路９へカウントアップ信号（ＣＵ信号）が出力さ
れ、カウンタ回路９ではクロック回路１０１のクロック
信号をトリガとして２カウントを限度としてアップカウ
ントされる。

【００２３】次に、上述のような構成のレーザビームプ
リンタの動作について説明する。

【００２４】図示しない端末装置より画像信号が入力さ
れると、図示しないコントローラからＬＯＮ信号が発せ
られる。そのＬＯＮ信号はドライブ回路２に入力される
ことにより半導体レーザ素子１が点灯されると共に、タ
イマ回路１２に入力されることにより所定時間ＴだけＧ
Ｈ信号が制御回路１０へ出力される。

【００２５】レーザ点灯後所定時間Ｔ以内の制御モード
は高利得制御モードであり、所定時間Ｔを経過した後の
制御モードは低利得制御モードである。

【００２６】レーザ点灯開始後所定時間Ｔ以内の制御モ
ードは高利得制御モードであり、以下にその動作を説明
する。

【００２７】信号処理回路１３はＰＣ信号を制御回路１
０に出力し高利得制御モードでの制御動作が開始され
る。前述したように分周回路１０２の分周信号がステー
ト回路１０４のトリガとして入力され、８クロックの間
ステート回路１０４からはＣＤ信号がカウンタ回路９へ
出力される。すると、カウンタ回路９ではクロック回路
１０１のクロック信号をトリガとしてカウンタ回路９の
出力カウント値が８カウントダウンする。そして、その
後、ステート回路１０４からはＣＵ信号がカウンタ回路
９へＭＯＮ信号が検出されるまで１６クロックの間を限
度として出力される。すると、カウンタ回路９ではクロ
ック回路１０１のクロック信号をトリガとしてカウンタ
回路９の出力カウント値がＭＯＮ信号が検出されるまで
１６カウントを限度としてアップする。したがって、図
４に示すように、カウンタ回路９の出力カウント値は１
回の制御動作により±８カウント以内で変化可能である
ため、半導体レーザ素子１を駆動する駆動電流は大きく
変化する。

【００２８】このような高利得制御モードでの制御動作
が所定時間Ｔの間各走査毎に繰り返し行なわれるので駆
動電流は速やかに変化する。

【００２９】点灯開始時にはカウンタ９のカウント値は
十分小さな値（例えば零）であるがその後カウント値は
速やかに増加する。また、所定時間Ｔは適当に選んであ
るので、レーザ点灯後所定時間Ｔが経過し、制御モード
が高利得制御モードから低利得制御モードに移行したと
きにはカウンタ９のカウント値はおおむね必要なオフセ
ット電流に対応する値となっている。

【００３０】次に、低利得制御モードでの制御動作につ
いて説明する。

【００３１】信号処理回路１３はＰＣ信号を制御回路１
０に出力し低利得制御モードでの制御動作が開始され
る。前述したようにクロック回路１０１のクロック信号
がステート回路１０４のトリガとして入力され、１クロ
ックの間ステート回路１０４からはＣＤ信号がカウンタ
回路９へ出力される。すると、カウンタ回路９ではクロ
ック回路１０１のクロック信号をトリガとしてカウンタ
回路９の出力カウント値が１カウントダウンする。そし
て、その後、ステート回路１０４からはＣＵ信号がカウ
ンタ回路９へＭＯＮ信号が検出されるまで２クロックの
間を限度として出力される。すると、カウンタ回路９で
はクロック回路１０１のクロック信号をトリガとしてカ
ウンタ回路９の出力カウント値がＭＯＮ信号が検出され
るまで２カウントを限度としてアップする。したがっ
て、図５に示すように、カウンタ回路９の出力カウント
値は１回の制御動作で±１カウント以内で変化可能であ
るため、半導体レーザ素子１を駆動する駆動電流はわず
かな大きさだけ変化する。

【００３２】このような低利得制御モードでの制御動作
は各走査毎に繰り返し行なわれるが駆動電流は速やかに
は変化できず、ゆるやかにしか変化しない。

【００３３】制御モードが低利得制御モードとなったの
ち、入力される画像信号によるレーザビームの変調動作
がおこなわれる（図６参照）。

【００３４】該変調動作では、先に詳述した光強度制御
動作により決定された半導体レーザ素子１のオフセット
電流に対応するカウンタ９のカウント値と、入力された
画像信号とが加算回路８により加算され、加算結果がＤ
／Ａ変換回路７によりアナログ電圧である駆動信号に変
換される。ドライブ回路２はその駆動信号に基づいて半
導体レーザ素子１を電流駆動し、半導体レーザ素子１よ
り発せられたレーザビームは回転多面鏡３の回転にとも
なって偏向され、ｆ−θレンズ４により、図示しない帯
電器により一様に帯電された感光体ドラム５の表面に結
像される。そして、図１に示すように、その結像スポッ
トが矢印Ｂ方向に繰り返し移動することにより、所定の
速度で回転する感光体ドラム５の表面を走査露光し、入
力された画像信号に応じた静電潜像を形成する。

【００３５】静電潜像は図示しない周知の現像器により
現像された後、図示しない周知の転写器により紙に転写
されて排出される。

【００３６】以上詳述したように半導体レーザ素子１の
点灯開始の際には、半導体レーザ素子１の破壊の危険を
さけるために、点灯開始時におけるカウンタ回路９のカ
ウント値は低い値であるが（例えば零）、点灯後所定時
間Ｔの間はＧＨ信号により制御利得が大きく設定されて
おり、１回の制御動作でカウント値は最大±８だけ変化
できるので、駆動電流は急速に変化し、速やかに所定光
強度に到達できる。そして、所定時間Ｔが経過した後
は、１回の制御動作においてカウント値は±１カウント
以内しか変化しないので駆動電流の制御はノイズ等に影
響されない安定なものとなり、高品位の画像の露光が可
能である。このカウント値の変化の様子を図６に示し
た。

【００３７】なお、本発明は以上詳述した実施例に限定
されるものではなく、種々の変形、改良が可能である。

【００３８】例えば、本実施例では分周回路１０２の分
周数を８としたがその他の値でもよい。また、半導体レ
ーザ素子１の点灯開始後の所定時間の設定をタイマ回路
１２で行なったが光強度制御信号（ＰＣ信号）の回数を
カウントするようにしてもよい。

【００３９】また、本実施例では利得の変更を１回の制
御動作において変化しうるカウント数の大きさを変更す
ることにより行なったが、変化しうるカウント数の大き
さは一定として制御動作の頻度を変更して行なってもよ
い。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の画像露光装置によれば、半導体レーザ素子の点灯
開始後所定時間の間とそれ以降とで、制御手段の利得を
切り換え可能としたので、半導体レーザ素子の点灯開始
後、速やかに所定の光強度に到達可能で、さらに、画像
露光時には安定して画像の露光を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用して好適なレーザビームプリンタ
の構成を示す概略図である。

【図２】本実施例の制御回路の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】本実施例の光モニタ回路の構成を示す回路図で
ある。

【図４】本実施例において、ＧＨ信号が出力されている
ときのカウンタ回路のカウント値の変化を示す説明図で
ある。

【図５】本実施例において、ＧＨ信号が出力されていな
いときのカウンタ回路のカウント値の変化を示す説明図
である。

【図６】本実施例において、半導体レーザ素子の点灯後
の、所定時間経過前後のカウンタ回路のカウント値の変
化を示す説明図である。

【図７】本実施例において、露光モードと制御モードの
関係とカウンタ回路のカウント値の変化を示す説明図で
ある。

【図８】半導体レーザ素子の特性を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ素子 ２ ドライブ回路 ５ 感光体ドラム ７ Ｄ／Ａ変換回路 ８ 加算回路 ９ カウンタ回路 １０ 制御回路 １１ 光モニタ回路 １２ タイマ回路 １１１ モニタダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｓ 3/103 7131−4Ｍ Ｈ０４Ｎ 1/04 １０４ Ａ 7251−5Ｃ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子と、画像信号にもとづ
   いて前期半導体レーザ素子を変調駆動するドライブ手段
   と、前記半導体レーザ素子から発せられる変調されたレ
   ーザ光を走査することにより前記画像信号に対応した画
   像が露光される感光体と、前記レーザ光が感光体の画像
   領域を走査していない間に前記半導体レーザ素子から発
   せられるレーザ光の光出力を検出し、その検出結果に基
   づいて前記ドライブ手段による前記半導体レーザ素子の
   駆動を制御する制御手段とを有する画像露光装置におい
   て、 前記制御手段は、前記半導体レーザ素子が点灯されてか
   ら所定時間経過前と所定時間経過後とで、その制御手段
   の利得を切り換え可能な利得選択手段を備えていること
   を特徴とする画像露光装置。