JP2005262481A - 光ビーム発光制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過渡期には電圧駆動、安定期には電流駆動で光ビームを発光する駆動回路において、電圧駆動の電圧値を安定させるためのバッファアンプによるデカップリングコンデンサへの充電、並びにデカップリングコンデンサからの放電に際して、大きな制御変化に迅速に追従する充電及び放電能力を持たせつつ、バッファアンプの消費電力を軽減する。
【解決手段】 放電時は、充電用の可変電流源Ｉｓｎｋを疑似的に固定電流源とし、一方、充電時は、放電用の可変電流源Ｉｓｒｃを疑似的に固定電流源とすることで、デカップリングコンデンサＣｄの静電容量の拡大（変動抑制）によって消費電流を増やさなければならない場合においても、それぞれ充電や放電の際に適用しない側の電流源の変動によって、オペアンプＯＰがダウンすることを考慮する必要がなく、比較的小さい電流源とすることができ、オペアンプＯＰの消費電流を軽減することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、画像データに基づいて光源から発光する光ビームを走査し、像担持体上に静電潜像を形成した後に現像し、記録媒体上に画像を転写することで画像を形成する画像形成装置に用いられ、前記光源から発光する光ビームの発光を制御する光ビーム発光制御装置に関するものである。

従来、画像形成装置では、光源としてレーザーから発光する光ビームを画像データに基づいて照射し、これをポリゴンミラー等の走査手段で走査（主走査）し、ｆθレンズ等の光学系を介して、予め帯電露光された像担持体（感光体ドラム等）へ静電潜像を記録すると共に、トナーを供給して顕像化する現像処理を実行した後、トナー像を所定の記録媒体（記録用紙）に転写することで画像を得るようになっている。

ところで、近年、ＶＣＳＥＬと称される面発光レーザーが、上記画像形成装置の光源として適用されている。この面発光レーザーでは、同時期に複数本（例えば３２本）の光ビームを同一面から照射することが可能となっている。すなわち、複数本の主走査が同時に実行されるため、画像形成の処理速度を飛躍的に向上することができる。

面発光レーザーは、一般のレーザーに比べて、内部抵抗が高いため、電圧駆動すると大きな電流が流れて好ましくない。そこで、過渡期には電圧駆動で発光させ、定常的には定電流駆動によって発光させている（特許文献１参照）。

ところで、レーザーを電圧駆動及び電流駆動するときの電圧源からの電圧を安定させるため、デカップリングコンデンサＣｄを設け、制御電圧に基づいてバッファアンプによって充電・放電を行っている（特許文献２参照）。

デカップリングコンデンサＣｄの容量（静電容量）は、このデカップリングコンデンサＣｄからレーザー（発光素子）までの配線における寄生容量に基づいて定められるが、デカップリングコンデンサＣｄの容量が大きければ大きいほど、レーザー駆動電圧は安定する。

しかし、必要以上に大きい容量にすると、充電に時間を要し、この結果、レーザー駆動電圧をレーザ温度に応じて補正しようと制御電圧を上昇させてもレーザ点灯時のレーザ端子電圧はそれに追従できずに光量が目標値からずれて目標画像濃度が得られないという画質上の問題を生じる。

このため、前述の駆動電圧安定性と、立ち上がりとの双方で許容できる程度の容量とするのが好ましい。

例えば、前記寄生容量が１０ｐＦ程度であり、駆動電圧の許容変動幅が１％とすると、デカップリングコンデンサＣｄは、１０００ｐＦとなる。この程度であれば、立ち上がりに多大な影響を及ぼすことがなく、駆動電圧の変動を抑制することができる。

ところで、充電は、制御電圧がデカップリングコンデンサＣｄの両端電圧よりも高いとき実行され、この差が大きい場合（環境温度変化、面内光量補正等）、バッファアンプの吐き出し用電流源の駆動能力を上げ、迅速に充電を行う必要がある。そこで、バッファアンプに搭載する充電用電流源を可変とすることで対応することができる（図９（Ａ）参照）。

一方、放電は、制御電圧がデカップリングコンデンサＣｄよりも低いとき実行され、この差が大きい場合（環境温度変化、面内光量補正等）、バッファアンプの吸い込み電流源の駆動能力を上げ、迅速に放電を行う必要がある。そこで、バッファアンプに搭載する放電用電流源を電流を制限せず可変とすることで対応することができる（図９（Ｂ）参照）。

ここで、温度変動や光量に対し補正を高速に正確に行おうとすると上記充電及び放電の双方の能力を高める必要から、当該双方の電流源（充電用電流源、放電用電流源）を可変とすることが考えられる（図９（Ｃ）参照）。
特開２００３−３４７６６３公報 特開２００２−３３５０３８公報

しかしながら、充電用電流源及び放電用電流源を共に可変とすると、制御電圧が変動しない時には電流の出入りがゼロなので吐き出し電流＝吸出し電流（図９（Ｄ）参照）となるが、このときの電流値はMOSトランジスタのゲート酸化膜厚やチャンネル長精度などで相互コンタクタンスｇｍの変動となり同じ制御電圧であっても変動する。この電流値が小さ過ぎるとアンプの周波数特性が変わり最悪発振に到る。このため通常最悪条件でも周波数特性に影響が無い電流値となるようにトランジスタを設計する。ところがこのように電流が一定以下にならないように設計するため逆にプロセスが逆方向に振れると電流が大きくなる。

このため、バッファアンプでの消費電流が増大し、特にＶＣＳＥＬ等、複数の光ビーム（例えば３２本の光ビーム）を同時発光する構成の場合、各光ビームにそれぞれ別個のバッファアンプが対応しているため、複数本の光ビームに対応する複数の駆動回路で構成されたＩＣ全体として、単純計算で光ビームの数分、加算されることになり、消費電力が増大することになる。

本発明は上記事実を考慮し、過渡期には電圧駆動、安定期には電流駆動で光ビームを発光する駆動回路において、電圧駆動の電圧値を安定させるためのバッファアンプによるデカップリングコンデンサへの充電、並びにデカップリングコンデンサからの放電に際して、大きな制御変化に迅速に追従する充電及び放電能力を持たせつつ、バッファアンプの消費電力を軽減することができる光ビーム発光制御装置を得ることが目的である。

本発明は、画像データに基づいて光源から発光する光ビームを走査し、像担持体上に静電潜像を形成した後に現像し、記録媒体上に画像を転写することで画像を形成する画像形成装置に用いられ、前記光源から発光する光ビームの発光を制御する光ビーム発光制御装置であって、前記各光ビームの発光量を基準光量に制御する制御電圧をそれぞれ個々に保持する複数の保持手段と、前記保持手段に保持された制御電圧に基づいて、前記光源から光ビームを基準光量で発光するように電圧駆動時の電圧を設定する電圧駆動回路、並びに電流駆動時の電流を設定する電流駆動回路を備えた駆動手段とを有し、前記電圧駆動回路が、前記保持手段に保持された制御電圧に基づいて、電圧駆動時の電圧を保持するデカップリングコンデンサと、前記デカップリングコンデンサへの充電又は放電を実行するアンプとで構成され、当該アンプにおける充電電流を供給する吐き出し電流源と、放電電流を供給する吸い込み電流源と、の双方を可変とし、かつ充電時は前記吸い込み電流源を固定し、放電時は前記吐き出し電流源を固定とすることを特徴としている。

また、本発明において、前記アンプからの出力電流がゼロのときには吐き出しまたは吸い込み電流源のうち、いずれの上限電流が制限されるかが設定されていることを特徴とする請求項１記載の光ビーム発光制御装置。

さらに、本発明において、前記光源がオンされ、前記アンプから出力される電流を供給する時、この電流源の他方の電流源が上限電流を設定し、当該アンプの出力電流がゼロの時にも他方の電流源が上限電流を設定することを特徴としている。

本発明によれば、保持手段によって保持された制御電圧に基づいて、駆動手段では、例えば、過渡期には、光ビームを電圧駆動し、定常期には電流駆動することで、発光制御する。

駆動手段による電圧駆動では、電圧駆動の電圧を保持するデカップリングコンデンサに充電するようになっており、保持手段に保持された制御電圧にもアンプを駆動して充電する。この充電の際、アンプは周波数特性を安定化させるのに必要な最小電流をいかなる場合にも確保する様最適化しているため標準条件において大きな電流が流れ消費電力が多くなる。

ところで、アンプの能力を高めるためには、充電時吐き出し電流源と放電時吸い込み電流源の双方を電流制限せずに使用する必要がある。さらに高速応答性を確保するためにはそれぞれを構成するトランジスタの特性がばらついても常に一定以上の電流を流すようトランジスタと制御回路を設計する必要があるが、その結果負荷がなくとも常に大きな電流が流れることになる。

そこで、充電時は前記吐き出し電流源を電流制限し、放電時は前記吸い込み電流源を電流制限し、さらに充電も放電もしてない無負荷の場合には、どちらかの電流源が電流制限されるように制御することで、デカップリングコンデンサへの充電及び放電を高速に行いつつ消費電流を抑えることができる。

以上説明した如く本発明では、過渡期には電圧駆動、安定期には電流駆動で光ビームを発光する駆動回路において、電圧駆動の電圧値を安定させるためのバッファアンプによるデカップリングコンデンサへの充電、並びにデカップリングコンデンサからの放電に際して、大きな制御変化に迅速に追従する充電及び放電能力を持たせつつ、バッファアンプの消費電力を軽減することができるという優れた効果を有する。

図１には、本発明の光ビーム発光制御装置が適用された画像形成装置１０の走査光学系ユニット１２の概略構成が示されている。

走査光学系ユニット１２は、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）１４を備えており、同時期に複数本（本実施の形態では３２本）の光ビームを発光可能となっている。

面発光レーザー１４から照射される光ビームの光軸方向下流側には、集光レンズ１６が配設され、この集光レンズ１６を通過した光ビームは、走査光学系としてのポリゴンミラー１８へ入力するようになっている。ポリゴンミラー１８は、図示しないポリゴンモータの駆動力で高速に一定速度で図１の矢印Ａ方向へ回転するようになっている。

このため、ポリゴンミラー１８の複数の反射面（図１では、８面）１８Ａに順次入射し、その反射光は、露光面上の走査速度を補正するｆθレンズ２０や走査方向にレンズパワーを持つ面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ２２等により構成された光学系を通過して、感光体ドラム２４上で走査されるようになっている。

感光体ドラム２４は、前記主走査と直交する方向へ回転（副走査）しており、この感光体ドラム２４を回転させながら、主走査を繰り返すことで、感光体ドラム２４上に所定領域の静電潜像を形成することができる。

なお、感光体ドラム２４は、その周囲に帯電部、現像部、転写部（図示省略）が位置しており、帯電部によって一様に帯電された状態で、画像データに応じて発光制御される前記光ビームが照射されることで露光され、現像部によって現像処理されることでトナー像が形成され、転写部において記録媒体（記録用紙）に記録される。

前記走査光学系ユニット１２の面発光レーザー１４は、図２に示す駆動回路２６によって駆動制御されるようになっている。

駆動回路２６は、各光ビームの発光点（発光素子１４Ａ）に対して、１：１の関係で設けられている。

（駆動回路２６の基本構成）
以下に、駆動回路２６の基本構成を説明するが、本発明は、この駆動回路２６に限定されるものではなく、また、本発明に影響を及ぼすものではない。

図２に示される如く、駆動回路２６は、固定電圧源Ｖ、補正電圧源ΔＶ及びオペアンプ（バッファ機能）ＯＰで構成される電圧源と、固定電流源Ｉ及び補正電流源ΔＩで構成される電流源、バイアス電圧源Ｖbias、デカップリングコンデンサＣｄ及びスイッチＳＷ１、ＳＷ２を有している。

補正電圧源ΔＶ及び補正電流源ΔＩは、上記感光体ドラム２４（図１参照）への主走査の際に、光学系等に起因して発生する走査位置に応じた光量むら補正（スマイル補正）、に適用されるものである。

スイッチＳＷ１は電流源側及びバイアス電圧源Ｖbias側の何れかに切り替わる。スイッチＳＷ２はオン・オフ制御を行う。

電圧源からの出力電圧がオン状態になるスイッチＳＷ２及び電流源側に切り替えられたスイッチＳＷ１を介して面発光レーザー１４の発光素子１４Ａに印加される。電流源からの出力電流が当該電流源側に切り替えられたスイッチＳＷ１を介して面発光レーザー１４の発光素子１４Ａに供給される。

上記電圧源からの出力電圧は、レーザー発振しきい値電圧以上の所定電圧範囲で制御可能となるように設計される。また、電流源からの出力電流は、面発光レーザー１４の発振しきい値電流以上の所定電流値範囲で制御可能となるように設計される。

デカップリングコンデンサＣｄは、スイッチＳＷ２がオフ状態のときに電圧源からの出力電圧により充電され、その電圧を保持する。

また、バイアス電圧源Ｖbiasの出力電圧は、面発光レーザー１４を順バイアス状態にし、かつレーザー発振しきい値電圧より低い電圧値に設定される。

このようなデカップリングコンデンサＣｄ及びバイアス電圧源Ｖbiasにより、面発光レーザー１４のオフ状態からオン状態への切り替え時（ＳＷ２のオン状態への切り替え及びＳＷ１の電流源側への切り替え時）により速やかに面発光レーザー１４が発光を開始或いは停止するようになる。

面発光レーザー１４の駆動電流と端子電圧との関係（電圧−電流特性）は、内部抵抗が高いことから実用的な範囲で比例関係となり（図３参照）、また、駆動電流と光ビーム光量との関係も実用的な範囲で比例関係（図３に示すようにほぼ直線的な特性）となる。

このような特性を踏まえて、上記構成の駆動回路２６では、固定電流源Ｉは面発光レーザー１４（発光素子１４Ａ）の光ビーム光量が基準光量となるようにその値が決められると共に、補正電流源ΔＩは、面発光レーザー１４（発光素子１４Ａ）からの光ビーム光量が上記基準光量から、ある補正光量に変化させるのに必要な値に決定される。

また、面発光レーザー１４の電圧−電流特性上で、上記固定電流源Ｉ及び補正電流源ΔＩのそれぞれの値に対応するように固定電圧源Ｖ及び補正電圧源ΔＶの値が決めらる。

前記補正電流源ΔＩ及び補正電圧源ΔＶを図３に示す特性にしたがって同時に比例制御することにより、光ビーム光量を基準光量と上記補正光量との間の任意の光量に補正することができ、前述の主走査方向の光量むら補正（スマイル補正）が可能となる。

ここで、上記駆動回路２６を備えた光ビーム発光制御装置では、発光素子１４Ａの発光光量を検出してフィードバックし、基準値と比較して駆動回路２６へ供給する制御電圧を補正する機能を有している（ＡＰＣ制御機能）。

図４に、駆動回路２６（図４ではドライバ１〜Ｎと表示）を含めた光ビーム発光制御回路の全体の概略構成を示す。

複数の発光素子１４Ａの近傍には、光検出器６２が設けられている。光検出器６２は、発光素子１４Ａから発光する光ビームの光量を検出し、電気信号に変換する光電変換素子を備えている。このため、光検出器６２の出力は、発光光量に応じた電流値となる。

光検出器６２の出力信号線６４は、Ｉ／Ｖ変換器６６を介して差動増幅器６８のマイナス側入力端に接続されている。

また、差動増幅器６８のプラス側入力端には、基準値（基準電圧Ｖｒｅｆ）７０が入力されている。

差動増幅器６８では、入力される基準電圧と検出電圧とが入力され、両者の差分が増幅され出力されるようになっていて増幅度が十分に大きいと検出電圧は基準電圧とほぼ一致するよう制御が行われる。

この出力電圧が、前記駆動回路２６における発光素子１４Ａを発光するための制御電圧となる。

差動増幅器６８の出力端は、駆動回路２６に接続され、前記制御電圧として保持手段であるサンプルホールドコンデンサ８４に保持される。

このサンプルホールドコンデンサ８４に保持された制御電圧に基づいて、発光素子１４Ａが発光する。

例えば、発光素子１４Ａの発光光量が少ない場合は、差動増幅器６８に入力する検出電圧が低く、基準電圧の方が高い電圧となる。差動増幅器６８の出力は、基準電圧が検出電圧よりも高いので増大する方向に制御され、これが発光素子１４Ａの発光時の制御電圧となり、発光素子１４Ａは光量が増加する。

逆に、発光素子１４Ａの発光光量が多い場合は、差動増幅器６０に入力する検出電圧が高く、基準電圧の方が低いため差動増幅器６０の出力は減少する方向に制御され、これが発光素子１４Ａの発光時の制御電圧となり、発光素子１４Ａは光量が減少する。

ここで、図４に示すサンプルホールドコンデンサ８４に充電される制御電圧は、図２に示す、固定電圧源Ｖ、補正電圧源ΔＶに相当するものであり、この制御電圧が基準となって、電圧駆動される。

図５は、図２におけるオペアンプＯＰの回路構成図であり、このオペアンプＯＰでは、前述の如く、下流側に接続されたデカップリングコンデンサＣｄへの充電並びに放電が実行される。

オペアンプＯＰは、比較器（コンパレータ）１００と、初段増幅器（アンプ）１０２と、が併設されており、それぞれのプラス側入力端には、前記サンプリングコンデンサ８４に充電された電圧（制御電圧）が入力され（以下、サンプリングコンデンサ８４の電圧を制御電圧Ｖ１という）、マイナス側入力端には、前記デカップリングコンデンサＣｄに充電された電圧（フィードバック電圧）が入力されている（以下、デカップリングコンデンサＣｄの電圧を駆動電圧Ｖ２という）。

初段増幅器１０２の下流側には、放電時駆動電流源としての可変電流源Ｉｓｒｃと、充電時駆動電流源としての可変電流源Ｉｓｎｋと、が直列に設けられ、前記初段増幅器１０２からのアクティブ信号に基づいて、それぞれ基準電圧Ｖｄｄによって駆動するようになっている。

また、可変電流源Ｉｓｒｃには、直列に電流値制限用の電流源Ｉｓｒｃ−１が接続され、可変電流源Ｉｓｎｋには、直列に電流値制限用の電流源Ｉｓｎｋ−１が接続されている。

可変電流源Ｉｓｎｋは、駆動電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも高いときに（Ｖ１+ａ≦Ｖ２）、比較器１００がＩｓｎｋ−１の電流制限を解除するのでデカップリングコンデンサＣｄの電圧を、電流を制限せず高速に放電するための電流源としての役目を有し、Ｉｓｒｃは比較器１００がＩｓｒｃ−１の上限電流を設定するので定電流源としてＩｓｎｋの負荷として動作している。

一方、可変電流源Ｉｓｒｃは、駆動電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも低いときに（Ｖ１＋ａ＞Ｖ２（ａはオフセット量を決めるオフセットである））、比較器１００がＩｓｒｃ−１の電流制限を解除するのでデカップリングコンデンサＣｄに電圧を、電流を制限せず高速に充電する電流源としての役目を有し、このときＩｓｎｋは比較器１００がＩｓｎｋ−１の上限電流を設定するので定電流源としてＩｓｒｃの負荷として動作している。
ここでオフセットａを設ける意味は次ぎのような理由による。オフセットがゼロの比較器だと駆動電圧V2が制御電圧と近いときに（V1=V2）比較器出力は頻繁にＩｓｒｃ−１とＩｓｎｋ−１の切り替わりが発生するが、Ｖ１＝Ｖ２付近ではアンプＯＰは負帰還で平衡状態となっていてわずかなノイズで比較器がＩｓｒｃ−１とＩｓｎｋ−１の切り替えを行うとそれぞれを構成するトランジスタの平衡状態における制御電圧の値が異なるため二つの平衡状態を遷移する際に出力にノイズとして現れる。そこで比較器にオフセットを持たせるとデカップリングコンデンサの電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも低いときと同様に、Ｖ１＝Ｖ２のときも吐き出し電流源Ｉｓｒｃが電流制限されず、吸い込み電流源Ｉｓｎｋが電流制限された状態にすることで切り替わりが起こらないためノイズの発生も無い。実際に制御電圧を高速に変化させなければならない状態というのが温度補正の場合であれば全部のレーザを点灯し急速に温度が上昇した場合や光量分布補正であれば面内の光量分布に大きな段差があった場合などきわめて稀である。通常は制御電圧は走査距離が短い範囲では（例えば１ｃｍ程度）一定とみなせ、このような場合はレーザをＯＮするときにレーザまでの配線による寄生容量を充電するための吐き出し電流源だけが出力から電流を出力している。そこで比較器にオフセットを与えることで制御電圧と駆動電圧とがほぼ等しいときにも吐き出し電流源が電流を制限されずに高速にレーザ端子電圧を充電し吸い込み電流源はこれの負荷として電流制限された電流源として動作していれば電流制限をＩｓｒｃとＩｓｎｋとで切り替えが少なくなり制御電圧にノイズが乗るのを抑制することができる。また温度や急激な面内補正があった場合でデカップリングコンデンサの放電が追いつかずにＶ１＋ａ＜Ｖ２となった場合ではもともと負帰還がかかってない状態のため電流源が切り替わって最大電流でデカップリングコンデンサを放電してＶ１＝Ｖ２近くになってから平衡状態への向かうのでノイズではなくレーザ光量の立ち上がりのわずかな遅れなので画質への影響は限定的である。

すなわち、比較器１００の比較結果により、充電が必要な場合には、電流源Ｉｓｒｃ−１の上限電流が解除され、放電用電流源Ｉｓｒｃが疑似的に固定電流源となる。一方、比較器１００の比較結果により、放電が必要な場合には、電流源Ｉｓｎｋ−１の上限電流が解除され、充電用電流源Ｉｓｎｋが疑似的に固定電流源となる。

以下に本実施の形態の作用を説明する。

（画像形成プロセス）
まず、感光体ドラム２４は所定の回転速度で回転駆動される。

そして、感光体ドラム２４の表面は、帯電部の所定の帯電レベルの現像バイアス電圧を印加することによって、所定レベルに一様に帯電される。なお、現像バイアスは、直流電圧のみならず、交流成分を直流成分に重畳するように構成されている。

次に、一様な表面電位とされた各感光体ドラム２４の表面に、走査光学系ユニット１２の面発光レーザー１４（発光素子１４Ａ）によって光ビームが照射され、画像データに応じた静電潜像が形成される。

すなわち、発光素子１４Ａから照射された光ビームは、ポリゴンミラー１８によって偏向され、この走査光をｆθレンズ２０等を介して感光体ドラム２４で主走査される。感光体ドラム２４の光ビームによる露光部位の表面電位は所定レベルにまで除電される。

そして、各感光体ドラム２４の表面に形成された静電潜像は対応する現像部によって現像され、各感光体ドラム２４上の静電潜像は、トナー像として可視化される。

次に、各感光体ドラム２４上に形成された各色のトナー像は、転写部によって記録媒体に転写される。なお、記録媒体は加熱定着されることでトナーが定着し、画像形成プロセスが終了する。

（ＡＰＣ制御）
ここで、上記画像形成における主走査のインタバル（画像書込前）には、発光素子１４Ａの光量が基準値を維持しているか否かを判断し、維持していなければＡＰＣ制御が実行される。このＡＰＣ制御は、複数の発光素子１４Ａに対して順次、すなわち時系列で実行される。

ＡＰＣ制御時は、駆動回路２６によって発光素子１４Ａを発光させる。発光素子１４Ａの発光状態で、光検出器１４Ａによって発光光量を検出する。

検出された光量は、光電変換され、光量に応じた電流がＩ／Ｖ６６を介して差動増幅器６８のマイナス側入力端に入力入力され、プラス側入力端に入力されている基準値（基準電圧Ｖｒｅｆ）と比較される。

差動増幅器６８での比較の結果、その差分に応じて発光素子１４Ａを発光させるための制御電圧が補正され、差動増幅器６８から出力される。

発光素子１４Ａの発光光量が少ない場合は、差動増幅器６８に入力する検出電圧が基準電圧よりも低いため、差動増幅器６８の出力は、電圧値が増加されて出力され、これが発光素子１４Ａの発光時の制御電圧となり、発光素子１４Ａは光量が増加する。

一方、発光素子１４Ａの発光光量が多い場合は、差動増幅器６８に入力する検出電圧が基準電圧（Ｖｒｅｆ）７０よりも高いため、差動増幅器６８の出力は、電圧値が減少されて出力され、これが発光素子１４Ａの発光時の制御電圧となり、発光素子１４Ａは光量が減少する。

これを繰り返すことで、制御電圧は、基準電圧で発光するべき発光光量を制御する電圧に収束し、光ビームは安定した発光光量で発光する。

１つの発光素子１４ＡのＡＰＣ制御が終了すると、次々と時系列で選択され、全ての発光素子１４ＡのＡＰＣ制御が終了した時点で画像形成処理が開始される。

また、ＡＰＣ制御後の制御電圧は、主走査方向の光量むらを補正する所謂スマイル補正や、温度変化等の環境変化に起因する補正値が重畳される。このため、画像形成時に発光素子１４Ａから発光する光ビームの発光光量は、随時変更されることになる。

ここで、発光素子１４Ａの発光は、安定期は電流駆動するが、過渡期においては、立ち上がり向上のため電圧駆動によって発光を制御している。
さらに面内の光量むらも補正する場合には面内補正のために図２のΔＶとΔＩに制御電圧を設定する。
補正電圧ΔＶと補正電流ΔＩとは、二つの光量でＡＰＣを行いそのときの電圧源の制御電圧値と電流源の制御電圧値の差を基準に設定されるようになっている。たとえば二つの光量を９０％と１１０％にしておけば補正をゼロにすれば９０％の光量となり、補正を１とすれば１１０％の光量になる。補正の値は予め決めてデータとして保持しておきレーザビームの走査位置に応じてこの補正値を変化させることで面内の濃度ばらつき等をレーザビームの光量によって補正することが可能になる。今回の発明を使うとこの面内の光量変動が急激であってもデカップリングコンデンサへの充放電を高速に行えるためデカップリングコンデンサの電圧を補正に追従させることができるための濃度むらの無い画像を形成することができる。

このとき、制御電圧に基づいて、電圧駆動するための駆動電圧をデカップリングコンデンサＣｄに充電しているが、上記面内補正等により、サンプリングコンデンサ８４に充電されている制御電圧の補正に追従して、デカップリングコンデンサＣｄの充電電圧も変更する必要がある。

この充電、放電を実現するべく、オペアンプＯＰを動作することになるが、デカップリングコンデンサＣｄの静電容量が、配線に寄生する静電容量に基づいて決められており、レーザまでの配線が長い等で寄生容量が大きくなる場合には寄生容量よりも少なくとも１００倍以上の静電容量が必要である。

この結果、オペアンプＯＰでは、充電及び放電を迅速に行うべく動作するために、充電用駆動電流源並びに放電用駆動電流源の電流制限を行っていなかった。このため、オペアンプＯＰを動作させるための必要最小電流を確保するために、必要以上に消費電流が大きくなる傾向にあった。

これに対して、本実施の形態では、オペアンプＯＰに比較器１００を搭載し、充電が必要なのか、放電が必要なのかを判断し、必要ではない方の電流源の最大値を抑制するようにした。

すなわち、初段増幅器１０２のマイナス側入力端に入力されるサンプリングコンデンサ８４に充電されている制御電圧Ｖ１は、比較器１００のマイナス側入力端にも入力され、初段増幅器１０２のプラス側入力端に入力されるデカップリングコンデンサＣｄに充電されている駆動電圧Ｖ２（フィードバック）は、比較器１００のマイナス側入力端にも入力される。

初段増幅器１０２では、制御電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ２との差分に基づいて出力され、駆動電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも高いときに（Ｖ１＋ａ≦Ｖ２（ａはオフセット量を決めるオフセット電圧である））、デカップリングコンデンサＣｄの電圧を放電する可変電流源Ｉｓｎｋによって、前記差分に応じた電流が流れる。

この可変電流源Ｉｓｎｋからの電流によって、オペアンプＯＰは動作して、デカップリングコンデンサＣｄに充電されている電圧を放電する。

このとき、比較器では、制御電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ２とが比較され、当然、駆動電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも高い（Ｖ１＋ａ≦Ｖ２（ａはオフセット量を決めるオフセット電圧である））と判定され、電流源Ｉｓｎｋ−１の電流値を所定値に抑制し、定電流源とする（図６（Ａ）参照）。

これにより、オペアンプＯＰの周波数特性に影響しない程度の最低電流を常に流しておくことが可能になり、さらにこの電流値は設計によって規定することが可能なため消費電流の増大を抑えることができる。

一方、初段増幅器１０２において、駆動電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも低いときに（Ｖ１＋ａ＞Ｖ２（ａはオフセット量を決めるオフセット電圧である））、デカップリングコンデンサＣｄの電圧を充電する可変電流源Ｉｓｒｃによって、前記差分に応じた電流が流れる。

この可変電流源Ｉｓｎｋからの電流によって、オペアンプＯＰは動作して、デカップリングコンデンサＣｄに電圧が充電される。

このとき、比較器では、制御電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ２とが比較され、当然、駆動電圧Ｖ２が制御電圧Ｖ１よりも低い（Ｖ１＋ａ＞Ｖ２（ａはオフセット量を決めるオフセット電圧である））と判定され、電流源Ｉｓｒｃ−１の電流値を所定値に抑制し、定電流源とする（図６（Ｂ）参照）。

これにより、オペアンプＯＰの周波数特性に影響しない程度の最低電流を常に流しておくことが可能になり、さらにこの電流値は設計によって規定することが可能なため、消費電流の増大を抑えるができる（図７参照）。

このように、必ずＩｓｒｃかＩｓｎｋの何れかを定電流にすることで消費電流の増大を抑えつつ、定電流値が正確にコントロールできるためアンプＯＰの周波数特性の劣化も抑えることが可能になる。

図８には、上記オペアンプＯＰの動作電流を、充電時と放電時とで、相互に可変電流源を疑似的に定電流化するための回路が示されている。

電源電圧Ｖｄｄは、５連のＰＭＯＳトランジスタ１１０、１１２、１１４、１１６、１１８のそれぞれのゲートＧに接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタ１１０は、初段増幅器１０２の駆動源であり、オン状態で、２個のＰＭＯＳトランジスタ１２０、１２２及び２個のＮＭＯＳトランジスタ１２４、１２６によって構成される前記初段増幅器１０２が動作する。

制御電圧Ｖ１は、初段増幅器１０２を構成するＰＭＯＳトランジスタ１２２のゲートＧに入力され、駆動電圧Ｖ２はＰＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧに入力され、その差に応じて、ＮＭＯＳトランジスタ１２４、１２６のドレイン電流が制御される。

ＮＭＯＳトランジスタ１２４、１２６のゲートＧは、ＮＭＯＳトランジスタ１２８、１３０のゲートＧに接続されている。

ここで、初段増幅器１０２の一部を構成するＮＭＯＳトランジスタ１２６のソースＳは、可変電流源ＩｓｎｋとなるＮＭＯＳトランジスタ１３４のゲートＧに接続され、可変電流源Ｉｓｎｋの起動を制御する。

また、初段増幅器１０２の一部を構成するＮＭＯＳトランジスタ１２４とカレントミラーを構成するＮＭＯＳトランジスタ１２８のソースＳは、ＰＭＯＳトランジスタ１１２で構成する電流源と接続し、さらにＰＭＯＳトランジスタ１３６のゲートＧに接続され、可変電流源Ｉｓｒｃを制御する。なお比較器は初段増幅器１０２とトランジスタ１３０、トランジスタ１１４を最終段として構成されており、初段増幅器１０２がアンプＯＰと共通であることから初段のオフセットばらつきによる誤差が無い。また比較器のオフセットはこの最終段トランジスタ１３０，１１４のＷ／Ｌの比率を変えることにより調整可能である。すでに述べたようにＶ１＝Ｖ２の場合にもＶ１＞Ｖ２と同じ比較結果にするためにはトランジスタ１２８のＷ／Ｌを大きくすればトランジスタ１２８と１１２のドレインの接続点電位はＧＮＤ側にシフトしＶ２が低いのと同じ状態にできる。比較器の最終段がＧＮＤに近づけばＰＭＯＳトランジスタ１３８で構成される電流源Ｉｓｒｃ−１の電流制限は解除され一方Ｉｓｎｋ−１は定電流となりアンプＯＰからデカップリングコンデンサに電流制限されることなく充電が行われる。

可変電流源Ｉｓｒｃを構成するＰＭＯＳトランジスタ１３６のソースＳには、電流源Ｉｓｒｃ−１を構成するＰＭＯＳトランジスタ１３８のドレインＤに接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタ１３８のドレインＤは、可変電流源Ｉｓｎｋを構成するＮＭＯＳトランジスタ１３４のドレインＤに接続され、さらに、ＮＭＯＳトランジスタ１３４のソースＳは、電流源Ｉｓｎｋ−１を構成するＮＭＯＳトランジスタ１４０のドレインＤに接続されている。

すなわち、電源ライン１４２とアースライン１４４との間で、２個のＰＭＯＳトランジスタ１３８（Ｉｓｒｃ−１）、１３６（Ｉｓｒｃ）と、２個のＮＭＯＳトランジスタ１３４（Ｉｓｎｋ）、１４０（Ｉｓｎｋ−１）とが、直列に接続されている。

ここで、ＰＭＯＳトランジスタ１３８（Ｉｓｒｃ−１）と、ＮＭＯＳトランジスタ１３４（Ｉｓｎｋ）と、の間が、駆動電圧の取り出し位置となる。この取り出しライン１４６は分岐され、一方は発光素子１４Ａの発光駆動用として適用され、他方はフィードバックされて、前記オペアンプＯＰを構成するＰＭＯＳトランジスタ１２０のゲートＧに入力される。

本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 面発光レーザーを駆動するための基本的な駆動回路図（含スマイル補正）である。 レーザー駆動電流−レーザー光量（端子電圧）特性図である。 本実施の形態に係る主走査及び副走査方向の光量むら補正系が設けられた光ビーム発光制御装置の概略構成図である。 本実施の形態にかかるオペアンプの構成を示す概略図である。 （Ａ）はオペアンプにおける放電時の等価回路図、（Ｂ）はオペアンプにおける充電時の等価回路図である。 本実施の形態に係るオペアンプにおける出力電圧−消費電流特性図である。 本発明のオペアンプの実施例を示す回路図である。 （Ａ）は放電用の電流源が可変の場合の回路図、（Ｂ）は充電用の電流源が可変の場合の回路図、（Ｃ）は充電、放電の双方の電流源が可変の場合の回路図、（Ｄ）は図９（Ｃ）の回路の従来例に係るオペアンプの出力電圧−消費電流特性図である。

符号の説明

ＯＰ オペアンプ（アンプ）
Ｃｄ デカップリングコンデンサ
１０ 画像形成装置
１４ 面発光レーザー
１４Ａ 発光素子
２６ 駆動回路（駆動手段）
６２ 光検出器
６６ Ｉ／Ｖ
６８ 差動増幅器
７０ 基準値（基準電圧Ｖｒｅｆ）
１００ 比較器
１０２ 初段増幅器）
１１０、１１２、１１４、１１６、１１８ ＰＭＯＳトランジスタ
１２０、１２２ ＰＭＯＳトランジスタ
１２４、１２６ ＮＭＯＳトランジスタ
１２８、１３０ ＮＭＯＳトランジスタ
１３４ ＮＭＯＳトランジスタ
１３６ ＰＭＯＳトランジスタ
１３８ ＰＭＯＳトランジスタ
１４０ ＮＭＯＳトランジスタ
１４２ 電源ライン
１４４ アースライン
１４６ 取り出しライン
１４８ ＰＭＯＳトランジスタ
１５０ ＮＭＯＳトランジスタ
１５２ 充放電切替部

Claims (3)

1. 画像データに基づいて光源から発光する光ビームを走査し、像担持体上に静電潜像を形成した後に現像し、記録媒体上に画像を転写することで画像を形成する画像形成装置に用いられ、前記光源から発光する光ビームの発光を制御する光ビーム発光制御装置であって、
   前記各光ビームの発光量を基準光量に制御する制御電圧をそれぞれ個々に保持する複数の保持手段と、
   前記保持手段に保持された制御電圧に基づいて、前記光源から光ビームを基準光量で発光するように電圧駆動時の電圧を設定する電圧駆動回路、並びに電流駆動時の電流を設定する電流駆動回路を備えた駆動手段とを有し、
   前記電圧駆動回路が、前記保持手段に保持された制御電圧に基づいて、電圧駆動時の電圧を保持するデカップリングコンデンサと、前記デカップリングコンデンサへの充電又は放電を実行するアンプとで構成され、
   当該アンプの出力段を構成する吐き出し電流源と吸い込み電流源
   の何れかの電流源が常に上限電流を制限することを特徴とする光ビーム発光制御装置。
2. 前記アンプからの出力電流がゼロのときには吐き出しまたは吸い込み電流源のうち、いずれの上限電流が制限されるかが設定されていることを特徴とする請求項１記載の光ビーム発光制御装置。
3. 前記光源がオンされ、前記アンプから出力される電流を供給する時、この電流源の他方の電流源が上限電流を設定し、当該アンプの出力電流がゼロの時にも他方の電流源が上限電流を設定することを特徴とする請求項２記載の光ビーム発光制御装置。

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