JP2008233115A - 光量制御装置および光走査装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １光源と複数光源の検出信号レベル（検出電圧レベル）が著しく異なる場合にも、光検出器や他の回路素子を保護して、動作安定を図り、安定した光量制御を行うことの可能な光量制御装置を提供する。
【解決手段】 マルチレーザ光源の光量を電圧として検出する１つの光検出手段と、前記光検出手段で検出された電圧に基づき前記マルチレーザ光源の光量を制御する光量制御手段とを有する光量制御装置において、前記光検出手段で検出される電圧が所定電圧値以上になるのを防止する過電圧防止手段がさらに設けられている。ここで、過電圧防止手段は、光検出手段の電圧検出端子の電圧を制限する電圧リミッタ（ツェナーダイオード）となっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光量制御装置および光走査装置および画像形成装置に関する。

図９は電子写真プロセスを利用したレーザプリンタ，デジタル複写機等の一般的な画像形成装置の構成例を示す図である。図９を参照すると、光源である半導体レーザユニット１００９から発光されたレーザ光は、回転するポリゴンミラー１００３により偏向走査（スキャン）され、走査レンズ（ｆθレンズ）１００２を介して被走査媒体である感光体１００１上に光スポットを形成し、その感光体１００１を露光して静電潜像が形成される。このとき、位相同期回路１００６は、クロック生成回路１００５により生成された変調信号を、ポリゴンミラー１００３により偏向走査された半導体レーザの光を検出するフォトディテクタ１００４に同期した位相に設定する。すなわち、位相同期回路１００６では、１ライン毎に、フォトディテクタ１００４の出力信号に基づいて、位相同期のとられた画像クロック（画素クロック）を生成して、画像処理ユニット１００７とレーザ駆動回路１００８へ供給する。このようにして、半導体レーザユニット１００９は、画像処理ユニット１００７により生成された画像データと位相同期回路１００６により１ライン毎に位相が設定された画像クロックに従い、レーザ駆動回路１００８を介して半導体レーザの発光時間をコントロールすることにより、被走査媒体１００１上の静電潜像をコントロールすることができる。

ところが近年、印刷速度（画像形成速度）の高速化、画像の高画質化の要求が高まり、それに対して、光偏向器であるポリゴンモータの高速化や、レーザ変調の基準クロックとなる画素クロックの高速化で対応してきたが、どちらの高速化にも限界が近づいてきており、従来の方法では対応しきれなくなってきている。

そこで、複数の光源を用いたマルチビームを採用することで、高速化対応がなされてきている。マルチビームによる光走査方法では、偏向器の偏向により同時に走査できる光束が増えることにより、偏向器であるポリゴンモータの回転速度や、画素クロック周波数の低減が可能となり、高速にかつ安定した光走査及び画像形成が可能となる。

上記マルチビームを構成する光源としては、半導体レーザが用いられる。より具体的に、上記マルチビームを構成する光源としては、シングルビームのレーザチップを組み合わせる方法や、複数個の発光素子を一つのレーザチップに組み込んだＬＤアレイ（例えば面発光レーザアレイ）などを用いる方法が使用されている。

上記ＬＤアレイ（例えば面発光レーザアレイ）などの半導体レーザは、きわめて小型であり、かつ駆動電流により高速に直接変調を行うことが出来るので、近年レーザプリンタ等の光源として広く用いられている。しかし、半導体レーザの駆動電流と光出力との関係は、温度により著しく変化する特性を有するので、半導体レーザの光強度を所望の値に設定しようとする場合に問題となる。

この問題を解決し半導体レーザの利点を活かすため、従来様々なＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路（例えば特許文献１，特許文献２，特許文献３に示されているようなＡＰＣ回路）が提案されている。

すなわち、ＡＰＣ回路として、半導体レーザの光出力（光量）を受光素子によりモニタし、パワー設定時間内では発光レベル信号と光出力に比例したモニタ電流に比例した信号とが等しくなるように、光・電気負帰還ループにより半導体レーザの順方向電流を制御し、パワー設定時間外では、パワー設定時間内に設定した半導体レーザの順方向電流をサンプルホールド回路により保持し、光出力を所望の値に設定すると共に、順方向電流を変調信号に基づいて変調することにより、半導体レーザを変調信号により点灯，消灯させる方式がある。

この方式では、半導体レーザの高速変調が可能となるが、半導体レーザの光出力を常時制御しているわけではないため、外乱などにより容易に光出力が変動してしまう。また外乱として半導体レーザのドゥループ特性があり、光出力に数％の誤差を生じてしまう。

特許文献２には、上記の点を改良した方式が示されている。

また、特許文献３には、レーザの発光パワーを制御する際、レーザの発光状態を受光素子によりモニタし、受光素子の出力信号、即ちモニタ電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換し、その電圧信号をレーザ駆動回路（レーザ駆動制御回路）にフィードバックしてレーザが適正なパワーで発光するように制御し、パルス発光時におけるフォトダイオードの出力信号の波形なまりの補償を行う一例が示されている。
特開平１１−２９８０７９号公報 特開平２−２０５０８６号公報 特開平５−１２１８０５号公報

ところで、マルチビームの構成では、マルチビームを構成する半導体レーザ（すなわち、複数個の半導体レーザ； マルチレーザ光源）のそれぞれについて光量補正を行う必要があり、複数個の半導体レーザからの出射光を受光し、光出力レベル（発光レベル）を検出する光検出器が必要となる。

この場合、従来では、光検出器には、マルチレーザを構成する半導体レーザ（すなわち、複数個の半導体レーザ； マルチレーザ光源）からのマルチビーム（通常、全てのマルチビーム）が入射可能な１個の光検出器を設け、発光時間差を設けて光検出器からの検出信号に基づいて発光制御を行う方式のものが用いられている。

すなわち、マルチ光源（マルチレーザ光源）からの光を１つの光検出器（受光素子）で検出して光量制御処理（ＡＰＣ処理）を行う場合には、通常、１光源のみを発光させて１つの光検出器に光量検出を行なわせる。この場合、１光源の光量を、それに応じた電圧に変換する抵抗を用いる。しかし、通常、マルチレーザ光源をプリンタなどで画像データの書込み処理に使用している場合には、マルチレーザ光源の個数をＮとすると、１光源のＮ倍の光量の光が光検出器（受光素子）に同時に入ることとなり（すなわち、光検出器（受光素子）に過剰な光が入ることになり）、また、電圧に変換する抵抗部においても、過電圧が発生し、光検出器（受光素子）の逆バイアスがなくなったり、電圧を検出するＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）やサンプルホールド部に過電圧が入ってしまうことにより、部品の劣化や誤動作を招く原因となる。

本発明は、１光源と複数光源の検出信号レベル（検出電圧レベル）が著しく異なる場合にも、光検出器や他の回路素子（例えばＡＤＣなど）を保護して、動作安定を図り、安定した光量制御を行うことの可能な光量制御装置および光走査装置および画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、マルチレーザ光源の光量を電圧として検出する１つの光検出手段と、前記光検出手段で検出された電圧に基づき前記マルチレーザ光源の光量を制御する光量制御手段とを有する光量制御装置において、前記光検出手段で検出される電圧が所定電圧値以上になるのを防止する過電圧防止手段がさらに設けられている事を特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、前記光検出手段の電圧検出端子の電圧を制限する電圧リミッタである事を特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の光量制御装置において、前記電圧リミッタは、ツェナーダイオードであることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、マルチレーザ光源の光量制御を行う光量制御処理時以外の期間は前記光検出手段の電圧検出端子を接地電位にする短絡スイッチである事を特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、メカシャッターと、メカシャッター制御手段とにより構成され、前記メカシャッター制御手段は、マルチレーザ光源の光量制御を行う光量制御処理時以外の期間は前記メカシャッターを閉じる制御信号を前記メカシャッターに入力し、該制御信号の入力によって前記メカシャッターは、前記光検出手段に入力する前記マルチレーザ光源の光束を物理的に通さないように動作する事を特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、前記過電圧防止手段における電圧波形のオーバーシュートを防止するローパスフィルタとアナログスイッチで構成されている事を特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光量制御装置が用いられる事を特徴とする光走査装置である。

また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の光走査装置が用いられる事を特徴とする画像形成装置である。

請求項１乃至請求項８記載の発明によれば、マルチレーザ光源の光量を電圧として検出する１つの光検出手段と、前記光検出手段で検出された電圧に基づき前記マルチレーザ光源の光量を制御する光量制御手段とを有する光量制御装置において、前記光検出手段で検出される電圧が所定電圧値以上になるのを防止する過電圧防止手段がさらに設けられているので、１光源と複数光源の検出信号レベル（検出電圧レベル）が著しく異なる場合にも、光検出器や他の回路素子（例えばＡＤＣなど）を保護して、動作安定を図り、安定した光量制御を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、従来の光量制御装置の構成例を示す図である。図１の例では、１つの光源（１つのレーザ光源）ＬＤが発光すると、このレーザ光源ＬＤからの光は受光素子（光検出器）ＰＤで受光され、レーザ光源ＬＤの光量は、抵抗を用いて電圧値に変換される。すなわち、このような構成において、光検出器ＰＤと抵抗とは、レーザ光源ＬＤの光量を電圧値として検出する光検出手段として機能するようになっている。なお、抵抗は、レーザの効率や受光素子の効率がばらつくため、図１に示すように、可変抵抗などを用いる事により、所望の電圧値が得られるように例えば工場からの出荷時等に初期調整される（図１の例では、抵抗は、可変抵抗１０と、抵抗（固定抵抗）１１とにより構成されている）。光検出手段で検出された電圧値は、図１の場合、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）でデジタル値に変換されてＣＰＵに入力し、ＣＰＵでは、これに基づき、レーザ光源ＬＤが所望の光量となるように光量制御信号を算出し、その結果をＤＡＣ（デジタルアナログコンバータ）にてアナログ値に変換し、その値でレーザ光源ＬＤに流れる電流源５０の電流値を決定する事により、レーザ光源ＬＤが所望の光量となるように制御することができる。

図２は、従来の光量制御装置の他の構成例を示す図である。図２の例では、光源が複数のレーザ光源（マルチレーザ光源）ＬＤ１〜ＬＤ４となっている。この場合にも、マルチレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ４からの光は１つの光検出器（受光素子）ＰＤで受光されるようになっている。なお、各レーザ光源毎に光検出器（受光素子）ＰＤを持つ構成の場合には、本発明は適用されない。

図２において、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ４の光量制御処理時には、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ４を１光源ずつ発光させる（すなわち、２つ以上のレーザ光源が同時に発光することがないようにする）。この場合（すなわち、光量制御処理時は）、電源電圧を例えば５Ｖとして、１つのレーザ光源が発光すると、光検出器ＰＤには、１つのレーザ光源だけからの光が入射し、これにより、光検出手段で検出される電圧は例えば３Ｖとなる。すなわち、ＡＤＣに入力される検出電圧は３Ｖとなる。そして、この場合、この検出電圧に基づき、ＣＰＵは、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ４にそれぞれ対応した電流源５０−１〜５０−４のうち、いま発光した１つのレーザ光源に対応した電流源の電流値を決定することにより、いま発光した１つのレーザ光源が所定の光量となるように制御することができる。

これに対し、画像データの書込み処理時には、２つ以上のレーザ光源が同時に発光されることがある。例えば、４つのレーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ４を同時に発光した場合、１つの光検出器ＰＤに４つの光源ＬＤ１〜ＬＤ４からの光が同時にすべて入ってしまう。この場合、検出する抵抗値が一定だとすると、発生する電圧値（光検出器ＰＤの電圧検出端子の電圧値）は、理論上、１つのレーザ光源だけが発光した場合の４倍の１２Ｖ（＝４×３Ｖ）となってしまう。実際には、光検出器ＰＤやＡＤＣの保護ダイオードなどにより電源電圧（いまの例では、５Ｖ）以上になる可能性は少ないが、場合により、光検出器ＰＤを劣化させたり、ＡＤＣの入力部を劣化若しくは損傷する場合も起こりうる。

このような事態が生ずるのを回避するため、本発明では、マルチレーザ光源の光量を電圧として検出する１つの光検出手段と、前記光検出手段で検出された電圧に基づき前記マルチレーザ光源の光量を制御する光量制御手段とを有する光量制御装置において、前記光検出手段で検出される電圧が所定電圧値以上になるのを防止する過電圧防止手段がさらに設けられていることを特徴としている。

図３は本発明の光量制御装置の一例を示す図であり、図３の例では、過電圧防止手段は、光検出器ＰＤの電圧検出端子の電圧を制限する電圧リミッタ（具体的には、ツェナーダイオード）となっている。すなわち、図３の例では、光検出器ＰＤの電圧検出端子にツェナーダイオードを接続する事により過電圧を防止するようにしている。ここで、ツェナーダイオードのツェナー電圧を例えば４Ｖに設定する事により、例えば画像データの書込み処理時に、複数の光源が同時に発光する場合にも、光検出器ＰＤの電圧検出端子の電圧値が４Ｖ以上になる事を防止し、ＡＤＣや光検出器ＰＤを保護するとともに、光検出器ＰＤの逆電圧を１Ｖ以上取る事による特性安定を可能としている。換言すれば、図３においてツェナー電圧を例えば４Ｖに設定すると、ツェナーダイオードの端子電圧が４Ｖ以上にはならないため、例えば光検出器ＰＤに大電流が流れてＡＤＣに入力される電圧が高くなる場合にも、ＡＤＣへ入力される電圧は４Ｖでリミッタがかかるため、それ以上の電圧が入力されることはない。この作用を過電圧防止といっている。ＡＤＣはＩＣ内部の回路であり、通常、ＩＣには入力端子に保護ダイオードなどの保護回路が付加されているため、図３の構成は、ＡＤＣの保護回路とツェナーダイオードによる保護回路の２重の保護回路を有する構成となっている。

なお、図２，図３の構成において、光検出器ＰＤは、前述したように、各レーザ光源ＬＤ１〜ＬＤ４の光量を１光源ずつ制御するためにのみ用いられ、何個の光源が同時に発光したのかを検出するためのものではない（何個の光源が同時に発光したのかは、例えば前述の画像処理ユニット１００７からの画像データ信号からＣＰＵによって割り出される）。従って、光検出器ＰＤには、光量制御処理時には、１光源だけの光が入射され、電圧検出端子の電圧値が大きくなることがない一方、画像データの書込み処理時には、電圧検出端子の電圧値が大きくなる可能性があり、本来、過電圧防止手段（図３の例では、電圧リミッタ（ツェナーダイオード））は、画像の書込み処理時にのみ作動すれば良いが、図３の例では過電圧防止手段（図３の例では、電圧リミッタ（ツェナーダイオード））は、画像データの書込み処理時のみならず光量制御処理時にも作動するようになっている（光量制御処理時，画像書込み処理時にかかわらず作動するようになっている）。これにより、仮に光量制御処理時に光検出ＰＤに大電流が流れて光検出器ＰＤの電圧検出端子の電圧値が高くなる場合にも、電圧リミッタが働き、ＰＤ，ＡＤＣを保護することができる。

また、図４は、本発明の光量制御装置の他の例を示す図であり、図４の例では、過電圧防止手段は、マルチレーザ光源の光量制御を行う光量制御処理時以外の期間は光検出器ＰＤの電圧検出端子を接地電位（ＧＮＤ）にする短絡スイッチ（アナログスイッチ）となっている。すなわち、図４の例では、電圧検出端子に短絡スイッチ（アナログスイッチ）を設けて、光量制御処理時以外のときはアナログスイッチを動作させて電圧検出端子をＧＮＤにショートさせるようになっている。具体的に、光量制御処理時には、ＣＰＵは、アナログスイッチに制御信号を与えずアナログスイッチを動作させない状態にする一方、光量制御処理時以外のときは、アナログスイッチを動作させて電圧検出端子をＧＮＤへショートさせる事により（光検出器ＰＤの電圧検出端子の電位を０Ｖにすることにより）、ＡＤＣやＰＤの保護を行うようにしている。

また、図５は、本発明の光量制御装置の他の例を示す図であり、図５の例では、過電圧防止手段は、メカシャッターと、メカシャッター制御手段とにより構成され、メカシャッター制御手段は、マルチレーザ光源の光量制御を行う光量制御処理時以外の期間は前記メカシャッターを閉じる制御信号を前記メカシャッターに入力し、該制御信号の入力によって、メカシャッターは、閉じるようになっている（すなわち、光検出器ＰＤに入力するマルチレーザ光源の光束を物理的に通さないように動作するようになっている）。なお、図５のメカシャッタ制御手段は、具体的には、ＣＰＵによって実現される。すなわち、図５の例では、光量制御処理時は、メカシャッターは開となっており、光が光検出器ＰＤに入射可能な状態となっており、光量制御処理時以外の期間は、ＣＰＵからの制御信号によってメカシャッターを閉じて、光が光検出器ＰＤに入らないようにしている。

また、図６は、本発明の光量制御装置の他の例を示す図であり、図６の例では、過電圧防止手段は、前記過電圧防止手段における電圧波形のオーバーシュートを防止するローパスフィルタとアナログスイッチで構成されている。すなわち、図６の例では、光検出器ＰＤの電圧検出端子にアナログスイッチ経由で容量を設ける事により、光検出器ＰＤの電圧検出端子の過渡電圧が例えばリンギングなどでオーバーシュートした場合に、アナログスイッチをオンにし、容量と抵抗１０，１１とによるローパスフィルタが構成されることによって、過渡の過電圧防止回路を実現できる。

なお、上記の各例では、光量制御手段を、ＡＤＣとＣＰＵとＤＡＣとの構成により実現したが、図７に示すように、光量制御手段をアナログ／デジタルサンプルホールド回路で実現することもできる。

また、上述した本発明の光量制御装置を、光走査装置に用いることができる。

また、本発明の光量制御装置を用いた光走査装置を、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置に用いることができる。

図８は、本発明の光量制御装置を用いた画像形成装置の構成例を示す図である。

図８を参照すると、被走査面である感光体ドラム９０１の周囲には、感光体ドラム９０１を高圧に帯電する帯電チャージャ９０２と、光走査装置９００により記録された静電潜像に帯電したトナーを付着して顕像化する現像ローラ９０３と、現像ローラ９０３にトナーを供給するトナーカートリッジ９０４と、ドラムに残ったトナーを掻き取り備蓄するクリーニングケース９０５とが配置されている。

ここで、光走査装置９００には、本発明の光量制御装置が用いられる。

図８の画像形成装置では、感光体ドラム９０１へは１面毎に複数ライン同時に潜像記録が行われる。記録紙は、給紙トレイ９１４から給紙コロ９０７により供給され、レジストローラ対９０８により副走査方向の記録開始のタイミングに合わせて送りだされ、感光体ドラムを通過する際に転写チャージャ９０６によってトナーが転写され、定着ローラ９０９で定着して排紙ローラ９１２により排紙トレイ９１０に排出される。

本発明の光量制御装置を上記画像形成装置に適用することにより、光源としてマルチレーザ光源が用いられる場合にも、レーザ光源の安定した光量制御が可能となり、高画質な画像を得ることができる。

本発明は、デジタル複写機やレーザプリンタ等に利用可能である。

従来の光量制御装置の構成例を示す図である。 従来の光量制御装置の他の構成例を示す図である。 本発明の光量制御装置の一例を示す図である。 本発明の光量制御装置の他の例を示す図である。 本発明の光量制御装置の他の例を示す図である。 本発明の光量制御装置の他の例を示す図である。 光量制御手段をアナログ／デジタルサンプルホールド回路で実現した例を示す図である。 本発明の光量制御装置を用いた画像形成装置の構成例を示す図である。 一般的な画像形成装置の構成例を示す図である。

符号の説明

ＰＤ 光検出器
ＬＤ１〜ＬＤ４ レーザ光源
１０ 可変抵抗
１１ 抵抗
５０−１〜５０−４ 電流源

Claims (8)

1. マルチレーザ光源の光量を電圧として検出する１つの光検出手段と、前記光検出手段で検出された電圧に基づき前記マルチレーザ光源の光量を制御する光量制御手段とを有する光量制御装置において、前記光検出手段で検出される電圧が所定電圧値以上になるのを防止する過電圧防止手段がさらに設けられていることを特徴とする光量制御装置。
2. 請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、前記光検出手段の電圧検出端子の電圧を制限する電圧リミッタである事を特徴とする光量制御装置。
3. 請求項２記載の光量制御装置において、前記電圧リミッタは、ツェナーダイオードであることを特徴とする光量制御装置。
4. 請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、マルチレーザ光源の光量制御を行う光量制御処理時以外の期間は前記光検出手段の電圧検出端子を接地電位にする短絡スイッチである事を特徴とする光量制御装置。
5. 請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、メカシャッターと、メカシャッター制御手段とにより構成され、前記メカシャッター制御手段は、マルチレーザ光源の光量制御を行う光量制御処理時以外の期間は前記メカシャッターを閉じる制御信号を前記メカシャッターに入力し、該制御信号の入力によって前記メカシャッターは、前記光検出手段に入力する前記マルチレーザ光源の光束を物理的に通さないように動作する事を特徴とする光量制御装置。
6. 請求項１記載の光量制御装置において、前記過電圧防止手段は、前記過電圧防止手段における電圧波形のオーバーシュートを防止するローパスフィルタとアナログスイッチで構成されている事を特徴とする光量制御装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光量制御装置が用いられる事を特徴とする光走査装置。
8. 請求項７記載の光走査装置が用いられる事を特徴とする画像形成装置。

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