JPH06316107A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多階調の画像信号に応じてレーザ光を変調す
る半導体レーザ駆動装置において、種々の部分の特性が
変化しても、出力画像の濃度は変わらないようにするこ
と。 【構成】 レーザの使用最小光出力を出すための第１の
電流源３３からの電流と、多階調の画像信号に応じた第
２の電流源３４からの電流との和で、半導体レーザ３を
駆動する半導体レーザ駆動装置２において、画像信号値
を或る特定の値とした時の、出力画像濃度の所期値から
の誤差を検出する手段１９を設ける。そして、その誤差
により、第２の電流源３４の電流を制御するため画像信
号をアナログ値に変換するＤＡ変換器４５のゲインを制
御する。これにより、温度や経年変化により各部の特性
が変化していても、出力画像濃度が所期の濃度になるよ
うにレーザ駆動電流が補正されるので、良好な画質を維
持することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザの光出力
を、多階調の画像信号に応じて変化させるための半導体
レーザ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多階調の画像信号に応じて半導体レーザ
の光出力を変化させる半導体レーザ駆動装置は、例えば
レーザプリンタに搭載されている。図７は、従来のレー
ザプリンタである。図７において、１は画像信号処理回
路、２は半導体レーザ駆動装置、３は半導体レーザ、４
はレンズ、５はレーザビーム、６はポリゴンミラー、７
はポリゴンミラー駆動部、８はレンズ、９はミラー、１
０は帯電器、１１は現像器、１２は除電器、１３は用
紙、１４は転写用帯電器、１５は感光体ドラム、１６は
クリーニング装置、１７はイレーズランプである。

【０００３】半導体レーザ駆動装置２は、画像信号処理
回路１からの画像信号により、半導体レーザ３の駆動電
流を制御する。半導体レーザ３から出たレーザビーム５
は、レンズ４を経てポリゴンミラー６で反射される。ポ
リゴンミラー６は、ポリゴンミラー駆動部７により一定
速度で回転させられているので、レーザビーム５の反射
角は連続的に変化され、走査が行われる。レンズ８，ミ
ラー９を経たレーザビーム５は、感光体ドラム１５を照
射する。

【０００４】感光体ドラム１５は、矢印方向に回転され
るが、まず帯電器１０により一様に帯電される。レーザ
ビーム５により照射されることにより、照射された部分
の電位が変化し、潜像が描かれる。その潜像は、現像器
１１でトナーが付着されて現像される。除電器１２は、
トナー像の転写に先立ち、転写し易い電位になるよう除
電する。転写用帯電器１４で、トナー像を用紙１３に転
写する。クリーニング装置１６は、転写後も感光体ドラ
ム１５表面に残っているトナーを除去する。イレーズラ
ンプ１７は、残存している電荷を除去する。

【０００５】半導体レーザのレーザ特性のレーザ発光領
域内に、感光体ドラムの照射に使用すべき最小の光出力
を定めておき、半導体レーザ駆動装置２は、それ以上の
光出力を画像信号に応じて出すようレーザ駆動電流を制
御する。半導体レーザの特性は温度によって変化するの
で、予定している光出力が出るように、レーザ駆動電流
はときどき設定し直される。

【０００６】なお、半導体レーザ駆動装置に関する従来
の文献としては、例えば、特開昭57−4780号公報、特開
昭62−116071号公報、特開昭63−229468号公報、特開平
３−234075号公報等がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

（問題点）しかしながら、前記した従来の半導体レーザ
駆動装置には、半導体レーザ駆動装置が搭載される機器
の、種々の部分における性能や特性の変化を補償するよ
うに、レーザ駆動電流を制御することは出来ないので、
出力画像濃度がいつのまにか変化してしまうという問題
点があった。

【０００８】（問題点の説明）半導体レーザ駆動装置が
レーザプリンタに搭載される場合、例えば感光体ドラム
の帯電特性が温度や光疲労等によって変化したり、現像
や転写等の工程での性能が変化したりすることにより、
いつのまにか出力画像濃度が所期のものとは異なったも
のとなってしまうことがある。図３に、出力画像濃度の
そのような変化を示す。横軸は画像信号であり、縦軸は
出力画像濃度である。５３は所期の濃度を出力する時の
濃度特性曲線であり、５４，５５は、特性変化等によ
り、所期の濃度とは異なった濃度を出力するようになっ
てしまった時の濃度特性曲線である。即ち、画像信号値
がＳの時には、濃度Ｋを出力すべきであるのに、それと
は異なる濃度であるＫ₁ とかＫ₂ とかが出力されてい
る。

【０００９】従来の半導体レーザ駆動装置では、前記の
ような変化を考慮に入れてレーザ駆動電流を制御するこ
とはしていない。従って、出力画像濃度が所期のものと
は異なったものとなってしまい、画質が悪くなってしま
うということがあった。本発明は、以上のような問題点
を解決するため、半導体レーザ駆動装置を搭載する機器
の種々の部分の特性変化による影響をも補償するよう、
レーザ駆動電流を制御することを課題とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、単独でレーザ発光領域内での使用最小
光出力を出すよう電流値が設定される第１の電流源と、
多階調の画像信号によって電流値が制御される第２の電
流源と、前記第１の電流源と前記第２の電流源との電流
の和を半導体レーザに供給する手段とを具えた半導体レ
ーザ駆動装置において、特定画像信号値で第２の電流源
が制御された時に出力画像濃度の所期値からの誤差を検
出する検出手段と、前記第１の電流源を設定する時には
最小の階調を得る画像信号の値を出力し設定後には画像
信号をそのまま通過させるゲート回路と、前記誤差によ
りゲインが調整されるＤＡ変換器と、画像信号を前記ゲ
ート回路と前記ＤＡ変換器とを経て前記第２の電流源に
供給する手段とを具えることとした。

【００１１】なお、出力画像濃度の代わりに、感光体ド
ラム上のトナー像濃度や潜像電位を用いることも出来
る。

【００１２】

【作 用】使用最小光出力を出すための第１の電流源
からの電流と多階調の画像信号に応じた第２の電流源か
らの電流との和で半導体レーザを駆動する半導体レーザ
駆動装置において、画像信号値を或る特定の値とした時
の、出力画像濃度の所期値からの誤差を検出する手段を
設ける。そして、その誤差により、第２の電流源の電流
を制御するため画像信号をアナログ値に変換するＤＡ変
換器のゲインを制御する。これにより、温度や経年変化
によりどこかの部分の特性が変化していても、出力画像
濃度が所期の濃度になるようにレーザ駆動電流が補正さ
れることによりレーザ露光量が補正されるので、良好な
画質を維持することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図２は、本発明の半導体レーザ駆動装置を
使用したレーザプリンタの第１の例を示す図である。符
号は図７のものに対応し、１９は差動増幅部、２０は濃
度計である。この例は、用紙１３に転写後の出力画像の
濃度を濃度計２０により検出し、その所期値からの誤差
を検出したり、あるいは出力画像の前段階であるトナー
像の濃度を検出し、その所期値からの誤差を検出したり
するものである。差動増幅部１９は、検出信号と所期値
との誤差を求めて増幅する。所期値は、予め差動増幅部
１９に与えておく。

【００１４】ここに所期値とは、特性が変化する前の正
常な値のことを言い、図３で言うならば、画像信号値Ｓ
の時の所期値はＫである。特性が特性曲線５４のように
変化した後では、Ｋ₁ が濃度計２０によって検出される
から、誤差Ａが差動増幅部１９で検出，増幅され、外乱
検出信号として半導体レーザ駆動装置２に送られる。

【００１５】半導体レーザ駆動装置２は、画像信号処理
回路１からの多階調の画像信号の他に、次の図１で説明
するように、前記の外乱検出信号をも考慮に入れて半導
体レーザ３の駆動電流を制御するので、出力画像濃度は
所期の濃度が維持され、画質の低下が防止される。

【００１６】図１は、本発明の半導体レーザ駆動装置を
示す図である。符号は図６のものに対応し、１９−１は
差動増幅器、３０はモニタ用フォトダイオード、３１は
抵抗、３２はスイッチング回路、３３，３４は電流源、
３５はクロック発生器、３６は入力端子、３７は光出力
設定部、３８はＡＤ変換器（アナログ・ディジタル変換
器）、３９はコントローラ、４０はＤＡ変換器（ディジ
タル・アナログ変換器）、４１，４２，４３は入力端
子、４４はゲート回路、４５はＤＡ変換器、４６は電圧
保持手段、４７はＯＲ回路である。

【００１７】半導体レーザ３には、電流源３３の電流Ｉ
₁ と電流源３４の電流Ｉ₂ との和の電流が、スイッチン
グ回路３２を介して流される。スイッチング回路３２
は、入力端子３６からの水平走査開始位置信号に同期し
て発生されるクロック（ビデオクロック）によって、オ
ンオフされる。電流Ｉ₁ はＤＡ変換器４０によって制御
され、ＤＡ変換器４０への入力Ｄ₁ はコントローラ３９
より与えられる。電流Ｉ₂ はＤＡ変換器４５によって制
御され、ＤＡ変換器４５への入力はゲート回路４４から
の信号Ｄ₂ である。

【００１８】ゲート回路４４は、コントローラ３９によ
って制御され、２つの状態をとる。例えば、制御信号が
「０」の時、最小値０を出力するという状態をとり、制
御信号が「１」の時、入力端子４１からの画像信号をそ
のまま通過させるという状態をとる。画像信号は、図６
の画像信号処理回路１からのものである。ＤＡ変換器４
５は、外乱検出信号によって、そのゲインが調整され
る。この調整により、外乱（種々の部分における特性変
化）が補正される。

【００１９】ＡＤ変換器３８は、アナログ値である光出
力のモニタ電圧Ｖ_m ，光出力設定値Ｖ₁ をディジタル化
して、コントローラ３９へ送る。モニタ電圧Ｖ_m は、抵
抗３１の両端に生ずる電圧である。抵抗３１は、受光し
たレーザ光に応じた電流を流すモニタ用フォトダイオー
ド３０に直列接続されているので、その両端にはレーザ
光に応じた電圧が現れる。光出力設定値Ｖ₁ について
は、図４によって説明する。

【００２０】図４は、半導体レーザの特性を示す図であ
る。横軸はレーザ駆動電流であり、縦軸は光出力検出電
圧（モニタ電圧Ｖ_m ）である。レーザ特性曲線５０（Ｔ
₁ ）は温度がＴ₁ の時のものであり、レーザ特性曲線５
０（Ｔ₂ ）は、温度がＴ₁ より高いＴ₂ の時のものであ
る。レーザ特性曲線は、自然放出光領域Ｌ₁ とレーザ発
光領域Ｌ₂ とから成り、変曲点Ｃはその境界である。レ
ーザ光は、レーザ発光領域Ｌ₂ の部分で発生される光で
ある。

【００２１】多階調の画像信号の最小値に対応する光出
力として、使用最小光出力Ｐ₁ を定める。使用最小光出
力Ｐ₁ の時の光出力検出電圧が、Ｖ₁ である。従って、
画像信号が変化すると、光出力は使用最小光出力Ｐ₁ 以
上のレーザ発光領域Ｌ₂ で変化し、光出力検出電圧はＶ
₁ 以上の値をとりながら変化する。

【００２２】（電流Ｉ₁ の設定）図１のレーザ駆動電流
は、画像信号が最小値（０）の時、使用最小光出力Ｐ₁
となるよう制御しなければならないが、それには次のよ
うにする。まず、ゲート回路４４はコントローラ３９か
らの制御信号により出力０とされ、電流源３４の電流Ｉ
₂ は０とされる。これは、画像信号が最小値（０）であ
る時の状態に相当する。

【００２３】この状態で、コントローラ３９からＤＡ変
換器４０への入力を増加させて行き、モニタ電圧Ｖ_m が
Ｖ₁ と等しくなるようにする。等しくなったかどうかの
判断は、コントローラ３９で行う。等しくなったところ
で、電流源３３の電流Ｉ₁ を固定する。これにより、電
流Ｉ₁ の設定がなされる。図４に示すように、温度が変
化して特性が変わると、Ｉ₁ の値も変わる。

【００２４】（ゲインの調整）電流Ｉ₁ を設定した後、
ＤＡ変換器４５のゲインの調整を、次のようにして行
う。まず、コントローラ３９からの制御信号により、ゲ
ート回路４４の状態を画像信号が通過する状態にする。
そして、或る特定の画像信号値（例えば、図３の値Ｓ）
を入力する。その時の出力画像濃度を濃度計２０により
検出し、その検出信号を差動増幅部１９の入力端子４２
に入力する。

【００２５】差動増幅器１９−１の他方の入力端子４３
には、画像信号値Ｓに対応する出力画像の濃度の所期値
Ｋを、予め入力しておく。すると、差動増幅部１９の出
力には、所期値Ｋからの誤差が外乱検出信号として出力
され、電圧保持手段４６に保持される。この外乱検出信
号により、ＤＡ変換器４５のゲインが調整される。

【００２６】図５は、電流Ｉ₂ がＤＡ変換器４５のゲイ
ン調整によって変化する様子を示す図である。横軸はＤ
Ａ変換器４５の入力であり、縦軸は電流源３４の電流Ｉ
₂ である。曲線５１のようにゲインが大にされるとＤＡ
変換器４５の出力が大になり、電流源３４の電流Ｉ₂ も
増大する。逆の場合は、減少される。電圧保持手段４６
を設けている理由は、或る１つのプリント作業を終了す
るまでは、ゲインを固定し続けるためである。なお、レ
ーザ特性は温度によって変化するから、電流Ｉ₁ の設定
やゲインの調整は、一定時間毎か所定の動作が終了する
毎に行う。

【００２７】以上述べた例では、用紙１３の出力画像濃
度を検出していたが、濃度計２０を現像器１１の次段に
配設し、トナー像の濃度を検出して濃度を補正するよう
にしてもよい。

【００２８】図６は、本発明の半導体レーザ駆動装置を
使用したレーザプリンタの第２の例を示す図である。符
号は図２のものに対応し、１８は表面電位計である。表
面電位計１８は、感光体ドラム１５上のレーザビーム５
に照射された部分の表面電位を検出する。トナー像の前
段階である潜像電位を検出して、潜像電位の所期値との
誤差を外乱検出信号として利用したものである。信号の
処理は、第１の例と同様であるので、その説明は省略す
る。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の半導体レーザ
駆動装置によれば、出力画像濃度またはそれに影響を及
ぼす要素の所期値からの誤差を検出し、画像信号をアナ
ログ値に変換するＤＡ変換器のゲインを、前記誤差によ
り制御するので、温度や経年変化により各部の特性が変
化していても、出力画像濃度が所期の濃度になるように
レーザ駆動電流が補正され、良好な画質を維持すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の半導体レーザ駆動装置を示す図

【図２】 本発明の半導体レーザ駆動装置を使用したレ
ーザプリンタの第１の例を示す図

【図３】 出力画像濃度の変化を示す図

【図４】 半導体レーザの特性を示す図

【図５】 電流Ｉ₂ がＤＡ変換器４５のゲイン調整によ
って変化する様子を示す図

【図６】 本発明の半導体レーザ駆動装置を使用したレ
ーザプリンタの第２の例を示す図

【図７】 従来の半導体レーザ駆動装置を使用したレー
ザプリンタ

【符号の説明】

１…画像信号処理回路、２…半導体レーザ駆動装置、３
…半導体レーザ、４…レンズ、５…レーザビーム、６…
ポリゴンミラー、７…ポリゴンミラー駆動部、８…レン
ズ、９…ミラー、１０…帯電器、１１…現像器、１２…
除電器、１３…用紙、１４…転写用帯電器、１５…感光
体ドラム、１６…クリーニング装置、１７…イレーズラ
ンプ、１８…表面電位計、１９…差動増幅部、２０…濃
度計、３０…モニタ用フォトダイオード、３１…抵抗、
３２…スイッチング回路、３３，３４…電流源、３５…
クロック発生器、３６…入力端子、３７…光出力設定
部、３８…ＡＤ変換器、３９…コントローラ、４０…Ｄ
Ａ変換器、４１，４２，４３…入力端子、４４…ゲート
回路、４５…ＤＡ変換器、４６…電圧保持手段、４７…
ＯＲ回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単独でレーザ発光領域内での使用最小光
   出力を出すよう電流値が設定される第１の電流源と、多
   階調の画像信号によって電流値が制御される第２の電流
   源と、前記第１の電流源と前記第２の電流源との電流の
   和を半導体レーザに供給する手段とを具えた半導体レー
   ザ駆動装置において、特定画像信号値で第２の電流源が
   制御された時に出力画像濃度の所期値からの誤差を検出
   する検出手段と、前記第１の電流源を設定する時には最
   小の階調を得る画像信号の値を出力し設定後には画像信
   号をそのまま通過させるゲート回路と、前記誤差により
   ゲインが調整されるＤＡ変換器と、画像信号を前記ゲー
   ト回路と前記ＤＡ変換器とを経て前記第２の電流源に供
   給する手段とを具えたことを特徴とする半導体レーザ駆
   動装置。
2. 【請求項２】 出力画像濃度の代わりに、感光体ドラム
   上のトナー像濃度を用いたことを特徴とする請求項１記
   載の半導体レーザ駆動装置。
3. 【請求項３】 出力画像濃度の代わりに、感光体ドラム
   上の潜像電位を用いたことを特徴とする請求項１記載の
   半導体レーザ駆動装置。