JP2005063997A - 発光素子駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電圧源230に駆動電圧を補正するための手段として補正回路250を設ける。補正回路250はスイッチSW16,負荷24及び電流源32を含み、外部からの基準オフセットに基づいて電圧源230の駆動電圧を補正する。駆動電圧を補正する補正手段にはオペアンプ34,オペアンプ211,定電流源212,213及び負荷214,215を含み、オフセット電流設定信号に基づいて基準オフセットを生成する制御回路も含まれる。補正手段は制御回路から出力された基準オフセットに基づいて補正回路250の電流源32から出力される電流を制御し、これにより電圧源230におけるコンデンサC2又はCdの電位を補正する。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子駆動装置及び画像形成装置に関し、特にレーザゼログラフィにその光源として用いられるレーザ素子の駆動に用いて好適な発光素子駆動装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザ素子を光源とするレーザゼログラフィーの分野では、より高解像度化、より高速化の要求が強くなってきている。入力画像データに応じてレーザ素子の駆動をオン/オフ制御する速度(以下、変調速度という)には限度がある。レーザ光のビーム数を1本とした場合には、主走査方向の解像度のみならず、副走査方向の解像度をも上げようとすると、変調速度が犠牲にならざるを得ない。したがって、変調速度を上げずに副走査方向の解像度を上げるためには、レーザ光のビーム数を増やすしかない。レーザ光のビーム数を例えば4本にした場合は、変調速度が1本の場合と同じと仮定すると、主走査・副走査方向の解像度を2倍に向上できる。
【0003】
レーザゼログラフィーにその光源として用いられる半導体レーザは、レーザ光が活性層と平行な方向に取り出される構造の端面発光型レーザ素子(以下、端面発光レーザと記す)と、レーザ光が活性層に垂直な方向に取り出される構造の面発光型レーザ素子(以下、面発光レーザと記す)とに大別される。従来、レーザゼログラフィーでは、レーザ光源として一般的に端面発光レーザが用いられていた。
【0004】
しかしながら、レーザ光のビーム数を増やすという観点からすると、端面発光レーザは技術的に難しいとされており、構造上、端面発光レーザよりも面発光レーザの方がレーザ光のビーム数を増やすのに有利である。このような理由から、近年、レーザゼログラフィーの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に答えるために、レーザ光源として、多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。
【0005】
面発光レーザは一般的に端面発光レーザと比較して内部抵抗が高い。内部抵抗が高いレーザの出射光を高速変調する方法としては、例えば以下の特許文献1に開示されるような電圧駆動を用いる方法が存在する。この構成を図12(a)に示す。また、図12(b)に、図12(a)に示す駆動回路における半導体レーザ703の発光波形を示す。
【0006】
図12(a)に示すように、特許文献1では、スイッチング素子701とダイオード702と定電圧源703と半導体レーザ704と定電流回路710とを有する駆動回路において、バイアス用の直流電流を定電流回路710で生成し、高速駆動時にスイッチング素子701を用いてパルス電圧を生成し、このパルス電圧を半導体レーザ704に印加する構成とすることで、高速応答を可能にしている。このような構成では、原理上、半導体レーザ704の内部抵抗とは無関係にパルス特性が決められるので、図12(b)における積分光量(すなわちパルス幅―積分光量特性:これをCin特性という)を図12(c)に示す理想直線に近づけることが可能となる。
【0007】
また、Cin特性を改善する方法としては、この他にも例えば特許文献2で開示されるような駆動回路を用いる方法が存在する。この構成を図13(a)に示す。また、図13(b)に、図13(a)に示す駆動回路におけるレーザダイオード810の発光波形を示す。
【0008】
図13(a)に示すように、特許文献2では、定電流源804の電流出力端子にコンデンサC801及び抵抗R801が直列に配置した第1のスナバ回路と、コンデンサC802と抵抗R802とが直列に配置した第2のスナバ回路とを接続し、第1のスナバ回路でレーザダイオード810の発光波形の立ち上がりの波形なまりを改善し、第2のスナバ回路でリンギングを抑制することで、図13(b)に示すように、所望のCin特性を得ている。
【0009】
また、例えば特許文献3で開示されるように、電流源トランジスタ908の前段にコンデンサ907Cと抵抗907Rとを並列に挿入し、半導体レーザ902がオンの時にコンデンサ907Cを介して瞬間的にトランジスタ908のベースに電流を印加する構成(図14(a)参照)とすることで、図14(b)に示すように、パルスの立ち上がり時にオーバシュートを発生させ、光量の積分値を所望の値とする方法も存在する。尚、コンデンサ907Cの値は最適化する必要がある。
【0010】
【特許文献1】
特開2001−36186号公報
【特許文献2】
特開2000−208864号公報
【特許文献3】
特開平10−69662号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、面発光レーザを用いた装置では、多チャンネル(CH)の配線をレイアウトする必要があるため、上記特許文献1で開示された構成を面発光レーザに適用する場合、駆動回路(ドライバともいう)からレーザへの引き回しが長くなり、配線間の隣接間容量も含めた配線寄生容量が大きくなる。このため、電圧駆動を行う場合でも、配線寄生容量Cと出力インピータンス(=スイッチON抵抗Rint+配線抵抗R1)の時定数(Rint+R1)×Cの影響によるパルス特性のなまりが無視できず、実質的には図12(c)に示すように、Cin特性が理想直線から大きくずれてしまう。このように、特許文献1による構成に面発光レーザを適用した場合では、駆動パルス幅に対する積分光量(Cin特性)が理想直線よりも低いところを通り、パルス幅が一定以上までレーザが発光しない、或いは最小パルス幅付近で積分光量がパルス幅に比例しないため、駆動パルスの補正を要するなどの課題が残る。
【0012】
また、特許文献2で開示された方法では、配線やリードのインダクタンスがドライバのIC(集積回路)やレーザ素子の実装形態に依って、チャンネル毎に異なる。このため、面発光レーザのような多チャネルを有する場合、個々のチャネルに最適なコンデンサ及び抵抗(CR)を選択して実装することが困難となり、外付けのスナバ回路を用いてリンギングを発生することでCin特性を改善する方法を採用することが現実的に不可能である。
【0013】
更に、特許文献3で開示された方法では、スナバ回路等の外付け部品が不要であるが、オーバーシュート量がベース電流という不安定な因子で制御されるため、レーザゼログラフィーのようにオーバーシュートの微妙な大きさでハーフトーン濃度が変化する用途には向かず、ドライバIC内部で精度の高い補正を行うことが困難である。
【0014】
そこで本発明は、リンギング等の外部要因で変動する現象を利用することなく、理想的なCin特性を安定して得ることが可能な発光素子駆動装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、請求項1記載のように、発光素子を電圧駆動するための電圧源と、前記発光素子を電流駆動するための電流源とを有する発光素子駆動装置において、前記電圧源が前記発光素子を電圧駆動するための駆動電圧を保持する保持手段を有し、目標光量に対応する電圧を基準として前記保持手段で保持された駆動電圧を補正する補正手段を有して構成される。目標光量に対応した電圧を基準として、正確に制御され且つ安定に、駆動電圧を保持するコンデンサの電位を補正することで、リンギング等の外部要因で変動する現象を利用することなく、理想的なCin特性を安定して得ることが可能となる。
【0016】
また、請求項1記載の前記補正手段は、請求項2記載のように、前記発光素子を最小パルス幅で駆動した場合に該発光素子から出力される光の積分値が、前記電流源から出力される駆動電流が収束したときに該発光素子から出力される光の発光値と最小パルス幅との積に一致するように、前記駆動電圧を補正することが好ましい。最小パルス幅におけるCin特性が理想値と一致するように構成することで、最小パルス幅の時にも安定した積分光量を得ることができる。
【0017】
また、請求項2記載の最小パルス幅は、請求項3記載のように発光信号入力時より、前記電流源から出力される駆動電流が収束するまでの時間以上に設定することが好ましい。最小パルス幅を発光信号入力から駆動電流が収束するまでの時間より長く設定することで、最小パルス幅におけるCin特性が理想直線と一致するように構成すれば、最小パルス幅以上のパルス幅のレーザ光を出力した場合でも積分光量が理想直線上に存在するため、使用する全てのパルス幅に関して所望する理想的な積分光量を得ることが可能となる。
【0018】
また、請求項1記載の前記補正手段は、請求項4記載のように、外部から入力された信号に基づいて前記駆動電圧を補正することが好ましい。外部から入力された信号に基づいて駆動電圧を補正できるように構成することで、所望する積分光量を任意に得ることが可能となり、設計自由度が大幅に拡大する。
【0019】
また、請求項1記載の前記補正手段は、請求項5記載のように、2つ以上の前記電圧源で共用されていることが好ましい。補正手段を複数の電圧源に対して共用することで、装置を小型化することが可能となり、且つ消費電力を削減することも可能となる。また、複数のレーザーを駆動する場合でも複数のレーザーを同時に補正することが可能になる。
【0020】
また、請求項1記載の前記補正手段は、例えば請求項6記載のように、前記駆動電圧を保持するコンデンサの電位を補正するための電流を出力するトランジスタを含んで構成され、該トランジスタのゲート電位を制御することで前記駆動電圧を補正するように構成されてもよい。電圧源を構成するコンデンサに蓄積された電荷は、トランジスタを用いた簡素な構成で補正することが可能である。
【0021】
また、請求項5記載の前記発光素子駆動装置は、例えば請求項7記載のように、前記補正手段が、トランジスタのゲート電位を制御する制御回路を含んで構成され、前記制御回路が、2つ以上の前記トランジスタのゲートに共通に接続されているように構成することもできる。トランジスタのゲート電位を制御する制御回路を複数の補正手段において共用することで、装置を小型化することが可能となり、且つ消費電力を削減することも可能となる。また、複数のレーザーを駆動する場合でも複数のレーザーを同時に補正することが可能になる。
【0022】
また、請求項1記載の前記補正手段は、請求項8記載のように、前記目標光量に対応する電圧に対して正又は負の何れかに前記駆動電圧を補正することが好ましい。駆動電圧を正(プラス側)及び負(マイナス側)の両方に補正できるように構成することで、所望する任意の積分光量が得られるように、発光素子駆動装置を設計することが可能となる。
【0023】
また、請求項1記載の前記補正手段は、例えば請求項9記載のように、前記コンデンサに電荷を流入するための第1のトランジスタと、前記コンデンサに蓄積された電荷を流出するための第2のトランジスタとを含んで構成されてもよい。プラス側への補正とマイナス側への補正とを実現するための回路は、コンデンサから電荷を流出するためのトランジスタと、コンデンサへ電荷を流入するためのトランジスタとを用いて容易に構成することが可能である。
【0024】
また、請求項1記載の前記補正手段は、例えば請求項10記載のように、補正量を最小光量で積分光量が理想値になるように設定する。これにより、光量が大きくなった場合でもCin特性が理想直線と略等しくなるように設定することができる。
【0025】
また、本発明は、請求項11記載のように、発光素子を電圧駆動するための電圧源と、前記発光素子を電流駆動するための電流源とを有する発光素子駆動装置を備えた画像形成装置において、前記電圧源が前記発光素子を電圧駆動するための駆動電圧を保持する保持手段を有し、目標光量に対応する電圧を基準として前記保持手段で保持された駆動電圧を補正する補正手段を有して構成される。目標光量に対応した電圧を基準として、正確に制御され且つ安定に、駆動電圧を保持するコンデンサの電位を補正することで、リンギング等の外部要因で変動する現象を利用することなく、理想的なCin特性を安定して得ることが可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【0027】
〔第1の実施形態〕
先ず、本発明の第1の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る発光素子駆動装置の全体構成を示す図である。図1において、発光素子駆動装置10は複数個の発光素子を駆動する。図1の構成では、発光素子駆動装置10は32個の発光素子LD1〜LD32を駆動する。換言すれば、発光素子駆動装置10は32チャネル構成である。各発光素子LD1〜LD32は面発光ダイオード(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)で形成され、マトリクス状に配置されている。発光素子駆動装置10は例えばICチップで形成され、内部に以下に説明する回路を備える。
【0028】
発光素子駆動装置10は各チャネル毎に、つまり発光素子LD1〜LD32毎にドライバ1001〜10032を有する。また、発光素子駆動装置10は各チャネルに共通の制御部として、共通制御電位設定回路200、電流アンプ300、光量モニタ400、強制点灯回路500、APC(Automatic Power Control)回路600を有する。
【0029】
ドライバ1001〜10032は、上記各チャネルに共通の制御部からの信号を、バス150を介して受け取り、それぞれ発光素子LD1〜LD32を駆動制御するための制御を行う。具体的には、ドライバ1001〜10032は各発光素子LD1〜LD32を光量制御を行うAPC制御と、APC制御後の変調制御とを行う。後述するように、APC制御では、ドライバ1001〜10032は発光素子LD1〜LD32に印加する電圧と電流との両方を制御する。電圧駆動時、ドライバ1001〜10032は各端子COUTを介して、発光素子LD1〜LD32のカソードにそれぞれ接続されているコンデンサCd1〜Cd32を制御する。電流駆動時、ドライバ1001〜10032は各端子LDOUTを介して、各発光素子LD1〜LD32に流れる電流量を制御する。
【0030】
ドライバ1001〜10032は複数個ずつが、端子LDCOMを介して共通に接続されるとともに、負荷105に接続されている。図1の構成では、ドライバ1001〜1004のLDCOM端子は共通に接続され、一端がグランドに接続された負荷105の他端に接続されている。各ドライバ1001〜10032は対応する発光素子を駆動していないときには、駆動電流に対応する電流(相補出力)を出力する。この電流を負荷105に流すことにより、発光素子の点灯の数等に依存することなく常に一定の電流が発光素子駆動装置10に流されるようにして、動作の安定化を図っている。
【0031】
光量制御装置10は、各発光素子LD1〜LD32のレーザ光量をAPC制御で適切な値に設定した後、変調制御を行う。APC制御の概略は次の通りである。まず、発光素子LD1のレーザ光量を調整する。ドライバ1001は発光素子LD1を駆動する。各発光素子LD1〜LD32に共通に設けられた受光器PD(例えばフォトダイオードであって、前述の受光器11に相当する)には、発光素子LD1のレーザ光量に応じた電流が流れる。電流アンプ300は受光器PDに流れる電流に対し、スイッチSWSaをオンし、電流源450からの加算電流を加算した電流を低インピーダンスで受けて増幅する。この場合、スイッチSWSbがオンすることで電流源460から供給される基準電流で加算電流を相殺し、残った電流を基準電圧Vref2に接続された抵抗に供給して電流アンプ300が出力する電流を電圧に変換し、この電圧(検出電圧という)を、スイッチSW19を介してAPC回路600に出力する。APC回路600はオペアンプ61と、1つのスイッチ(SWfb1〜SWfb32の何れか1つ)とコンデンサ(Cfb1〜Cfb32の何れか1つ)との直列回路とを複数個備える。各直列回路はオペアンプ61の出力端子と反転入力端子との間に接続されている。各直列回路はサンプルホールド回路を構成する。1つのサンプルホールド回路が1つの発光素子に対応する。例えば、スイッチSWfb1とコンデンサCfb1とのサンプルホールド回路は、発光素子LD1に対応する。同様に、スイッチSWfb32とコンデンサCfb32とのサンプルホールド回路は、発光素子LD32に対応する。
【0032】
オペアンプ61は、発光素子LD1を駆動したときの差電圧を増幅しバス150の対応する信号線に出力する。ドライバ1001はこの差電圧がゼロになるように発光素子LD1に与える駆動電流を変化させる。これにより、発光素子LD1のレーザ光量が変化し、受光器PDに流れる電流量が変化する。受光器PDに流れる電流に応じた検出電圧が電流アンプ300からAPC回路600に出力される。このようなフィードバック制御により、電流アンプ300の入力出力に加えられた加算電流は相殺される結果消え、APC基準電圧Vrefで発生した基準電流に対応するレーザ光量となるように発光素子LD1の駆動状態を設定する。なお、この駆動状態の設定とは、発光素子LD1に与える駆動電流と駆動電流の両方をAPC基準電圧Vrefに対応する値に調整することを意味している。
【0033】
このようにして発光素子LD1を制御している間、APC回路600の32個のサンプルホールド回路のうち、スイッチSWfb1のみがオンとなっており、発光素子LD1のレーザ光量がAPC基準電圧Vrefに相当する値に収束する際の電圧がコンデンサCfb1に蓄積される。以下同様に、発光素子LD2〜LD32を順番に1つずつAPC制御する。
【0034】
なお、後述するように、APC制御は2回行うことが好ましい。2回目のAPC制御では、1回目のAPCでオンしていたスイッチSWSaをオフする。電流アンプ300の出力側に供給されている相殺電流は基準電流+加算電流がそのままであるため、受光電流は基準電流+加算電流に対応する電流で制御が行われる。APC回路600中の32個のサンプルホールド回路を1回目及び2回目のAPC制御で共通に用いることができるが、2回目のAPC制御用に新たに32個のサンプルホールド回路を設けてもよい。
【0035】
光量モニタ400は、電流アンプ300に流れる電流から各発光素子LD1〜LD32のレーザ光量を示す光量モニタ信号を出力する。
【0036】
強制点灯回路500は、APC制御を行う前に必要となる同期信号を生成する回路である。発光素子駆動装置10が組み込まれるコピー機、プリンタ、ファクシミリなどの画像処理装置では、画像を描画する位置を正確に決定するために、描画開始位置の少し手前に光センサを設け、発光素子が出力する光が光センサを横切るタイミング基づき描画開始位置を決定している。
【0037】
図3に、本発明の発光素子駆動装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例と、各センサ出力とを示す。レーザゼログラフィ装置におけるレーザ光走査系の基本的な構成は、次の通りである。レーザ光源10dから出射されたレーザ光は、レンズ15、ポリゴンミラー12及びレンズ13、14を介して感光体表面16に照射される。そして、ポリゴンミラー12の回転により、上記レーザ光が感光体表面16を繰り返し走査する。また、レーザ光源10dから出射されたレーザ光の一部は、半透過型ミラー19を介して受光器11に入力する。図3において、このときの受光器11の出力を光量制御センサ出力として示し、描画開始位置の少し手前に設けられた光センサ17の出力をSOS(Start of Scan)センサ出力として示す。APCのための領域は、走査領域の前後に設けられている。なお、参照番号18は前述した発光素子駆動装置10に相当する。
【0038】
前述したように、発光素子LD1〜LD32の個々のレーザ光量は端面レーザに比べ小さいので、複数個を同時にオンさせて、SOSセンサ上を走査する。この場合、特に二次元に配列された発光素子のうち、中央部分に位置する複数の発光素子のみをオンすることが好ましい。しかしながら、APC制御では発光素子を1つずつオンさせて条件設定(フィードバックループのゲイン)を行っているため、所定数の発光素子を同時にオンさせてしまっては、APC制御のフィードバックループが発振してしまう可能性がある。従って、この問題点を解決するために、強制点灯回路500は、変調信号(変調データ)に応じて電流アンプ300の負荷の大きさを変化させる。つまり、オンすべき発光素子の数に応じた負荷を電流アンプ300の出力に接続する。図示する構成では、複数の抵抗がスイッチを介して電流アンプの出力に接続されている。オペアンプ61に着目すれば、強制点灯回路500は、オンすべき発光素子の数に応じて電流電源変換ゲインを小さくし全体として負帰還のゲインが変わらないようにする。このような構成により、常に1つの発光素子のみをオンさせた状態と等価な状態が得られるため、換言すれば、フィードバックループのゲインは1つの発光素子のみをオンさせた状態の値となる。この結果、フィードバックループが発振してしまうのを防止することができる。
【0039】
共通制御電位設定回路200は、各ドライバ1001〜10032内で必要とされる各種の電流を生成するために必要な制御電位を生成する回路である。図1の構成では、共通制御電位設定回路200は、各ドライバ1001〜10032内で流れるバイアス電流を設定するための共通電位を生成する回路と、オフセット電流を生成するための共通電位を生成する回路とを備えている。バイアス電流とオフセット電流とは典型的な例であって、各ドライバ1001〜10032は駆動と制御に必要なその他の電流を生成するために必要な制御電位を設定することができる。オフセット電流設定用の共通制御電位は、演算増幅器(オペアンプ)211、電流源212,213及び負荷214,215を含む回路で生成される。バイアス電流設定や他の電流設定用の共通制御電位もそれぞれ同様の回路で生成される。外部からのオフセット電流設定信号に応じて、電流源212は支持された電流を負荷214に供給する。負荷214の端子電圧がオペアンプ211のプラス側端子に与えられる。定電圧源216に接続された定電流源213は、オペアンプ211の出力に応じた電流を負荷215に流す。負荷215の端子電圧がオペアンプ211のマイナス側端子に与えられる。オペアンプ211は、電流源213がオフセット電流設定信号で設定されたオフセット電流と同一の電流を流すように電流源213を制御する。このときのオペアンプ211の出力信号は、バス150の対応するバス線に出力される。他方、定電圧源216のプラス側電圧がバス150の対応するバス線に出力される。このバス線は、夫々の共通制御電位に共通であって、かつ各ドライバ1001〜10032に共通である。このように、外部から設定されたオフセット電流値が差分電圧の形でバス150を介して各ドライバ1001〜10032に供給される。各ドライバ1001〜10032は後述するようにして、受け取った差分電圧からオフセット電流を生成する。この結果、たとえ定電圧源216の電源電圧が変動しても、上記電位差は一定となり、電源電圧の変動による影響を回避することができる。なお、オペアンプ211の出力電圧と定電圧源216の電圧とは、平行二線で伝送することが好ましい。
【0040】
次に、図2を参照してドライバ1001〜10032の内部構成について説明する。各ドライバ1001〜10032は同一構成なので、以下では1〜32の添え字を省略し、単にドライバ100として説明する。
【0041】
ドライバ100は2つの乗算器21、22を有する。乗算器21は電流源30を制御するために設けられ、乗算器22は図1に示すコンデンサCd1〜Cd32のうちの対応する1つを制御するために設けられている。以下、便宜上、対応する1つのコンデンサをCdとし、図2に破線で示す。コンデンサCdはレーザへの駆動電圧が立ち上がる短い時間電圧源として機能する。電流源30は対応する発光素子LDに流す電流を生成し、電圧源として機能するコンデンサCdは対応する発光素子LDに駆動電圧を与える。
【0042】
ここで、面発光レーザの駆動電流と駆動電圧(端子電圧)との関係(電圧−電流特性)は、面発光レーザの内部抵抗が高いことから実用的な範囲では比例関係(直線関係)となり、また、駆動電流とレーザ光量との関係も実用的な範囲で比例関係(直線関係)となる。このような特性を踏まえて、1回目のAPC制御において電流源30の電流量は発光素子LDのレーザ光量が基準光量(第1の光量)となるように決められ、2回目のAPC制御においてレーザ光量が第2の光量となるように決められる。同様に、1回目のAPC制御においてコンデンサCdが蓄積する駆動電圧は発光素子LDのレーザ光量が基準光量(第1の光量)となるように決められ、2回目のAPC制御においてレーザ光量が第2の光量となるように決められる。これらの2つの値を用いた内挿又は外挿処理により、レーザ光量を任意の光量に補正することができるようになる。
【0043】
乗算器21と22は4象限アナログ乗算器を用いることができ、その乗算器に接続されるべき電圧源としてコンデンサを用いることができる。各乗算器21、22の入力は差動構成となっている。各乗算器21、22の+と−で表記された2つの差動入力をそれぞれV1a、V1b及びV2a、V2bとすると、差動構成の各乗算器21、22はIout=α(V1a−V1b)(V2a−V2b)で記述される電流を出力する。但し、αは定数である。
【0044】
このようなレーザ駆動装置では、各乗算器21及び22の一方の入力端子(乗数端子)には補正信号が入力し、他方の入力端子(被乗数端子)には制御電圧が入力する。通常差動で構成する乗算器の相補出力の+側出力を利用した場合オフセット電流が存在するが上記各乗算器21及び22にオフセットが存在してもその出力に接続されたコンデンサC1、C2によりAPC時当該オフセットがキャンセルされる。補正信号は、レーザ光の走査位置によりレーザ光量が異なる状況を考量したもので、レーザ光の走査位置に応じた制御電圧を有する。
【0045】
まず、第1のAPC制御により、第1の光量(基準値とする)を次のように設定する。スイッチSWSaはオン、SWSbはオフ、SW1はオフ、SW2はオフ、SW3はオフ、SW5−1はオン、SW5−2はオフ、SW5−3はオフ、SW5−4はオン、SW6−1はオン、SW6−2はオフ、SW6−3はオフ、SW6−4はオン、SW7はオフ、SW8はオン、SW11はオン、SW11−1はオン、SW11−2はオフ、SW12はオフ、SW13はオン、SW15−1はオフ、SW15−2はオン、SW16はオフ、スイッチSWSaをオンに設定する。また、第1の光量を設定する際には、各乗算器21及び22の乗数端子に0Vの補正信号を与える。この状態では、乗数が0であるため、被乗数端子にどのような制御電圧が入力されても各乗算器21及び22はオフセット電圧を出力する。また、図1に示すAPC回路600のオペアンプ61には、第1のAPC基準電圧Vref1が与えられる。オペアンプ61は、発光素子LDのレーザ光量が第1のAPC基準電圧Vref1となるような制御電圧を出力する。この制御電圧は図2のスイッチSW8、オペアンプ26、インバータ28及びスイッチSW11を通り、電流源30に与えられる。電流源30は受け取った制御電圧に応じた電流を発光素子LDに与える。また、オペアンプ26が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサC3−1に格納される。補正信号は0Vに設定されているため、乗算器21はオフセット電圧を出力する。よって、コンデンサC1は、上記制御電圧と乗算器21から出力されるそのオフセット電圧との差電圧で充電される。他方、図1のオペアンプ61が出力する制御電圧は、コンデンサC2に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサC4−1に格納される。補正信号は0Vに設定されているため、乗算器22はオフセット電圧を出力する。よって、コンデンサC2には制御電圧と乗算器22のオフセット電圧との差電圧で充電される。
【0046】
そして、第2のAPC制御により第2の光量(これを補正光量という)を次のように設定する。スイッチSWSaはオフ、SWSbはオフ、SW1はオフ、SW2はオフ、SW3はオフ、SW5−1はオフ、SW5−2はオン、SW5−3はオン、SW5−4はオフ、SW6−1はオフ、SW6−2はオン、SW6−3はオン、SW6−4はオフ、SW7はオフ、SW8はオフ、SW11はオフ、SW11−1はオン、SW11−2はオフ、SW12はオフ、SW13はオン、SW15−1はオフ、SW15−2はオフ、SW16はオフ、SWSaをオフに設定する。また、第2の光量を設定する際には、各乗算器21及び22の乗数端子に所定電圧の補正信号を与える。更に、スイッチSWSaがオフになっていることからオペアンプ61は、第1のAPC制御に対し、電流源450の加算電流分、受光器PDからの光量が増大するように制御電圧を出力する。この制御電圧は図1のスイッチSW8、オペアンプ26、インバータ28及びスイッチSW5−2、SW5−3、乗算器21、抵抗R11、キャパシタC1を通り、電流源30に与えられる。電流源30は、受け取った制御電圧に応じ、受光器PDからの電流を、基準電流から、この基準電流に加算電流を加えた電流へと変化させる。また、オペアンプ26が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサC3−2に格納される。コンデンサC1は、上記制御電圧と乗算器21の出力との差電圧で充電される。第1のAPC制御において発光素子LDに与えられる電流はI+ΔIと記述することができる。他方、図1のオペアンプ61が出力する制御電圧は、コンデンサC2に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサC4−2に格納される。コンデンサC2には制御電圧と乗算器22の出力との差電圧で充電される。第1のAPC制御においてコンデンサC2に格納される電圧をVとすれば、第2のAPC制御のいてコンデンサC2に格納される電圧はV+ΔVと記述することができる。
【0047】
ここではスイッチSW6−1、SW6−4をオン、SW6−2,SW6−3をオフしたが、2回目以降のAPCではSW6−3、SW6−1をオン、SW6−2、SW6−4をオフとしてもよく、この方が変調時と同じ条件のため精度向上が期待できる。
【0048】
発光素子LDの変調時には、レーザ光の走査位置に応じた光量補正量に対応した補正電圧が各乗算器21、22の乗数端子に入力される。それにより、乗算器22、コンデンサC2及びオペアンプ26で構成される電圧源から面発光レーザに印加される駆動電圧、及び電流源30から発光素子LDに供給される駆動電流の双方が同時に制御され、上記レーザ光の走査位置に応じて補正された光量にて発光素子LDの発光がなされる。
【0049】
コンデンサC1には直列に抵抗R11を接続する。すなわち、本実施形態では、コンデンサC1を含むサンプルホールド回路110をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチSW11のオン/オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。また、このローパスフィルタにはコンデンサC11を並列に接続する。これにより、ローパスフィルタの時定数によって負帰還ループの位相が遅れることを防止できる。同様に、コンデンサC2に直列に抵抗R21を接続することで、これを含むサンプルホールド回路120をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチSW8のオン/オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。更に、コンデンサC2及び抵抗R21で構成されたローパスフィルタに、負帰還ループの位相遅れを防止するためのコンデンサC22を並列に接続し、負帰還ループでの発振を防止する。
【0050】
電圧印加時間調整回路800は、スイッチSW2を制御して発光素子LDに電圧を印加する時間を調整する。この電圧はコンデンサCdに蓄積された電圧である。前述したように、本実施形態では、発光素子LDに与える電圧と電流との両方を制御して発光素子LDを駆動する。発光素子LDを駆動する際、まず電圧で駆動し次に電流で駆動する。電圧駆動の電圧印加時間を調整可能にすることで、図2のLDOUT端からレーザまでの配線が長く立ち上がりに時間がかかる場合のように発光素子LDの実装状態に応じた電圧印加時間を適切に設定することができる。
【0051】
電圧印加時間調整回路800は、遅延回路81と排他的論理和回路82とを2組有2つの遅延回路81は、インバータ83で図示するように接続されている。遅延回路81は、電圧印加時間信号と変調信号とを受け取り、電圧印加時間信号に従って変調信号を遅延させる。一方の遅延回路81の出力信号と変調信号との排他的論理和をとり、その出力信号でスイッチSW2をオンさせる。この結果、出力信号は変調信号の立ち上がりで立ち上がり、遅延した変調信号の立ち上がりで立ち下がる第1のパルスと変調信号の立ち下がりで立ち上がり、遅延した変調信号の立ち下がりで立ち下がる第2のパルスを発生する。つまり、遅延回路81の遅延時間と同じパルス幅で電圧を変調信号の立ち上がり時と立ち下り時に印加するようになる。このようにして、適切な電圧印加時間を設定することが可能になる。同様に、他方の遅延回路81と排他的論理和回路82の作用によりスイッチSW1を制御しえOFFバイアスを供給することで、発光素子LDがオンからオフへの動作を制御する(高速化する)。
【0052】
電流生成回路700は、図1に示す共通制御電位設定回路200が出力する電流毎の差分電圧を受け取り、差分電圧に応じた電流を出力する。電流生成回路700のオペアンプ34と定電流源32とは基準共通電位と基準オフセット電位で形成される差分電圧を受け取り、差分電圧に応じたオフセット電流を生成する。オフセット電流はスイッチSW16を介して負荷24に流れる。オフセット電流に応じてコンデンサC2の端子電位が決まり、これにより電圧源として機能するコンデンサC2が発光素子LDに与える駆動電圧を調整することができる。駆動電圧を調整することで、駆動パルスをオーバシュートさせ、短いパルス幅までレーザを追従させることでハイライトの再現性を高めることができ、駆動電圧を少し大きめに設定することで画像の輪郭を強調できるなど、画像に合わせてこれらを適宜設定することで画質の調整にも使用することができる。オペアンプ35と電流源31とは、基準共通電位と基準バイアス電位で形成される差分電圧をスイッチ750を介して受け取り、差分電圧に応じたバイアス電流を生成する。また、スイッチ750に接続される図中の電圧源が設定するOFFバイアス電圧を受けた電流源31は、OFFバイアス電圧応じたレーザ駆動電流を生成する。
【0053】
尚、図2におけるスイッチSW16,負荷24及び電流源32は補正回路250を構成する。補正回路250は、図1におけるオペアンプ211,定電流源212,213及び負荷214,215で生成された共通基準電位(図中、共通基準と記す)と基準オフセット電位(図中、基準オフセットと記す)とに基づいて電圧源230から出力される駆動電圧を補正する。この構成及び作用については、後述において図面を用いて詳細に説明する。
【0054】
次に、本実施形態による補正回路250について図面を用いて詳細に説明する。図4は、図2における発光素子LDを点灯するための概略構成を示すブロック図である。本実施形態では発光素子LDを点灯する際、先ず、図4(a)に示すように、スイッチSW2をオンにすることで、発光素子LDが立ち上がるのに必要な時間だけ、コンデンサC2やCdを含んで構成された電圧源230から発光素子LDへ電圧を印加する。尚、コンデンサCdは発光素子LDを電圧駆動するための駆動電圧を保持する保持手段であり、コンデンサC2はコンデンサCdに保持された駆動電圧を補正するための電圧(以下に示す補正回路250から出力された電圧を含む)を保持する保持手段である。また、コンデンサC2及びこれに並列に接続された抵抗R21には、図2に示すように、コンデンサC22が並列に接続されていてもよい。この場合、コンデンサC22もコンデンサCdに保持された駆動電圧を補正するための電圧を保持する保持手段として機能する。その後、図4(b)に示すように、スイッチSW2をオフにし、スイッチSW11−1をオンにすることで、発光素子LDを電流源30から出力された駆動電流で点灯させる。すなわち、上記した構成では発光素子LDの駆動における初期段階その後の段階とで、駆動方式を電圧駆動から電流駆動へ切り替えている。このような構成によれば、高速変調と光量の安定性を両立させることができるが、これを面発光レーザに適用した場合では、配線間の隣接間容量も含めた寄生容量が大きくなってしまうため、発光素子LDから出力されるレーザ光の波形がなまってしまい、図5に示すように、Cin特性(図5中『補正無しのCin特性』)が理想直線よりも下になる。尚、図5は、補正量を無し、A又はBとした場合の駆動電流の積分値と積分光量との関係を示すグラフである。
【0055】
そこで本実施形態では、図4に示すように、電圧源230に駆動電圧を補正するための手段として補正回路250を設ける。この補正回路250は上述のように、スイッチSW16,負荷24及び電流源32を含んで構成されており、外部から入力された基準オフセット(オフセット電流)に基づいて電圧源230から出力される駆動電圧を補正する。尚、駆動電圧を補正する補正手段としては、オペアンプ34,オペアンプ211,定電流源212,213及び負荷214,215を含む。すなわち、本実施形態による補正手段は、オペアンプ34,オペアンプ211,定電流源212,213及び負荷214,215を含んで構成された回路(制御回路)から出力された基準オフセットに基づいて補正回路250の電流源32から出力される電流を制御し、これにより電圧源230におけるコンデンサC2、C22又はCdの電位を補正することで、発光素子LDを電圧駆動するための駆動電圧を補正する。これを簡略化して説明すると、本実施形態による補正手段は、外部から入力されたオフセット電流設定信号に基づいて基準オフセットを生成し、これに基づいて補正回路250により駆動電圧を補正する。尚、本発明による補正手段には、電圧源230におけるコンデンサC2,C22を含めても良い。また、オフセット電流設定信号とは、発光素子LDからのレーザ光量が目標光量となるためのオフセット電流を設定するための信号であり、予め目標光量に対応して保持されているものである。この他、図1に示すように、オペアンプ211,定電流源212,213及び負荷214,215を含んで構成された回路(制御回路)は、各ドライバ1001〜10032で共用されるように構成することができる。すなわち、制御回路で生成した基準オフセットを、各ドライバ100に設けられた補正回路250における電流源32(以下の説明ではトランジスタTr3のゲート)に共通に入力するように構成しても良い。
【0056】
このように構成することで、本実施形態では、Cin特性を理想直線に近づくように調整したり(図5における『補正量AのCin特性』)、画像の輪郭を強調できるようにCin特性を理想直線よりも高く調整したり(図5における『補正量BのCin特性』)等の補正を自由に行うことが可能となる。尚、理想直線とは、発光信号入力のパルス幅と発光素子LDからの積分光量(レーザ光量の積分値)とが原点を通る比例関係となった場合に得られる直線である。
【0057】
また、図5の『補正量AのCin特性』に示すように、最小パルス幅における積分光量が理想直線と一致するように補正量(A)を設定しておくことで、その他のパルス幅におけるCin特性が理想直線に重なるため、補正量の再設定が不要となる。尚、この時の最小パルス幅の最小値は、発光信号入力から電流源30から出力した駆動電流が収束するまでの時間とする。
【0058】
更に、以上のような構成では、リンギングなど外部要因で変動する恐れのある現象を利用して補正するのではなく、正確に制御された電圧源230によって補正が行われるため、高い安定性を確保することができる。更にまた、補正量を外部から電気信号によって設定できるため、これを含むドライバ100を例えばIC(集積回路)化した場合でも実装状態に合わせて補正量(基準オフセットに相当)を外部から設定することができ、1つのドライバICで様々な実装条件のゼログラフィープリンターに適応することが可能となる。
【0059】
次に、図4に示す構成を具体化した回路構成及びその動作を図6を用いて詳細に説明する。尚、図6(a)に示す回路図は、図1及び図2におけるドライバ100の回路構成における補正回路250とこれに関連する周辺回路とを抜粋した図である。
【0060】
図6(a)に示す回路構成の主な動作としては、自動光量制御(APC)動作と、自動光量制御で設定された光量で点灯・消灯を繰り返す変調動作とがある。各動作におけるスイッチSW2,SW8,SW11,SW11−1及びSW16の切り替え(オン/オフ)動作を図6(b)のタイミングチャートに示す。
【0061】
自動光量制御時(図6(b)参照)には、スイッチSW11−1とSW11とがオン状態になり、電流源30を構成するP−MOSトランジスタTr1から発光素子LDに駆動電流が供給され、発光素子LDが点灯する。受光器PDはこの際の発光量に応じた電流(モニタ電流ともいう)を出力する。抵抗R2は、このモニタ電流に対応した光出力電圧(検出電圧に相当)を生成する。オペアンプ61は、この光出力電圧と基準電圧Vrefとが一致するように負帰還制御を行い、電流源30から出力される駆動電流を調整する。これにより、発光素子LDのレーザ光量を目的の光量(目標光量という)に調整することができる。この時、図6(b)のタイミングチャートに示すように、スイッチSW8,SW11をオン状態とし、スイッチSW16をオフ状態とすることで、発光素子LDのレーザ光量が目標光量となるように制御された際の駆動電圧がコンデンサC2に充填される。更に、コンデンサC1には、発光素子LDのレーザ光量が目標光量となるように制御された際の電流源30の制御電圧が充填される。その後、図6(b)のタイミングチャートに示すように、自動光量制御終了直前にスイッチSW8及びSW11をオフ状態とすることで、光量制御時の充電電圧をコンデンサC1及びC2にそのまま保持させることができる。
【0062】
次に補正を実施する変調動作時(図6(b)参照)には、スイッチSW16がオン状態になり、外部入力信号であるオフセット電流設定信号に基づいて生成された基準オフセットよって調整された電流値I1がP−MOSトランジスTr3から出力され、抵抗R3で電流電圧変換される。この時、コンデンサC2の抵抗R3側の端子電圧は、スイッチSW16がオフ状態でとなり接地された状態である場合の電圧値、すなわち、電流値が0である自動光量制御の場合の電圧値と比較すると、I1×R3に相当する電圧値分だけ嵩上げされる。これにより、コンデンサC2におけるスイッチSW8側の電圧値、すなわち電圧源230から出力される駆動電圧を、自動光量制御時に設定された目標光量に対応する電圧値を基準とすると、この値からI1×R3に相当する値分だけプラス側に補正することができる。尚、電流値I1は、電流源32を構成するP−MOSトランジスタTr3のゲート電位を基準オフセットで制御することで得られた電流であり、その負荷は抵抗R3である。
【0063】
以上のようにオフセット電流設定信号(これに基づく基準オフセット)で電流I1を調整し、電圧源230に保持された駆動電圧を嵩上げするように設定することで、補正量を正確に制御することができる。また、スイッチSW2を発光素子LDを点灯させる際の立ち上がり時にのみ数ns〜十ns程度オン状態として補正された電圧源230の駆動電圧を発光素子LDに印加することで、補正量に基づく定電圧駆動を行うことができる。また、スイッチSW11−1は発光素子LDを点灯中常にオン状態であり、電流源30から自動光量制御時に設定された電流を出力することにより、スイッチSW2がオンになり電圧駆動する時に、電流源30は電圧源から見た負荷の変動を小さくする補償電流源として動作して発光素子LDの端子電圧の変動を最小限にでき、点灯時にスイッチSW2がオフ状態となった後は、電流駆動に移行する。図4では単純化の為にSW11−1は電圧駆動時にオフになるとしたが、オンであってもSW2がオンである立ち上がり数nsの期間は、低出力インピータンスで駆動される電圧駆動が支配的になり、回路動作としては同じである。
【0064】
次に、以上のような補正がなされた駆動電流の波形と、これに基づいて駆動されることで発光素子LDから出力されるレーザ光の積分光量との関係を図面を用いて詳細に説明する。
【0065】
図7は、Cin特性が理想直線に近づくように補正した場合の駆動電流波形と積分光量との関係を示すグラフである。この際の補正量をAとする。図9は、画像の輪郭を強調するためにCin特性を理想直線よりも高く補正した場合の駆動電流波形と積分光量との関係を示すグラフである。この際の補正量をBとする。また、図8は、補正量を無しとした場合の駆動電流波形と積分光量との関係を示すグラフである。尚、それぞれの図面において、(a)は発光素子LDの発光時間が、駆動電流が収束するまでの時間よりも短い場合の駆動電流波形と積分光量との関係を示し、(b)は発光素子LDの発光時間が、駆動電流が収束するまでの時間である場合の駆動電流波形と積分光量との関係を示し、(c)は発光素子LDの発光時間が、駆動電流が収束するまでの時間よりも長い場合の駆動電流波形と積分光量との関係を示す。
【0066】
図7及び図9において、発光素子LDが発光を始める閾値電流以上の領域を図中にあるようにa,b,c及びdの4つの領域に区分けすると、駆動電流波形が理想的な矩形波になった場合の理想積分光量は(a+c)で表され、実際の立ち上がり及び下がりにおける遅延(波形のなまり)を加味した積分光量は(b+c+d)で表される。したがって、Cin特性が理想直線に近づくように補正する場合(図7)、駆動電流が収束するまでの時間を最小パルス幅に設定してa=b+dが成立するように補正量(A)を調整する(図7(b)に相当)。これにより、最小パルス幅以上の領域でのCin特性を理想直線に一致させる又は近づけることが可能となる。また、このように最小パルス幅における積分光量に基づいて補正量Aを決定することにより、補正量を最小に抑えることが可能となり、結果として補正による画質の劣化を抑制することができる。また、画像の輪郭を強調するためにCin特性を理想直線よりも高く補正する場合(図9)、駆動電流が収束するまでの時間を最小パルス幅に設定して最小パルス幅においてa<b+dとなるように補正量(B)を調整する(図8(b)に相当)。すなわち、B>Aとなるような補正量を用いる。これにより、最小パルス幅以上の領域でのCin特性を理想直線よりも大きくすることが可能となり、これに基づいて駆動することで画像の輪郭を強調することが可能となる。
【0067】
尚、図8を参照すると明らかなように、補正量無しの場合では、発光素子LDからの発光波形の大小に関わらず、(a)〜(c)いずれの場合においてもa>dのため、Cin特性は常に理想直線を下を通ることになる。結果として、補正量無しの場合では、出力される画像の輪郭が薄くなり、ぼやけた状態となってしまう。
【0068】
また、発光素子LDから出力されるレーザ光量を大きくした場合(以下、光量大という)と小さくした場合(以下、光量小という)とにおける補正の効果について、図10を用いて説明する。
【0069】
図10(a)は光量小での駆動電流波形を示す図である。また、図10(b)は光量大での駆動電流波形を示す図である。尚、図10では光量小と光量大とで同じ補正量Aを用いる。尚、補正量Aは、光量小の場合にCin特性が理想直線に一致する(但し、駆動電流が収束するまでの時間以上の領域)ように設定された値、すなわちa=b+dとなるように設定された値である。
【0070】
まず、図10(a)及び(b)における駆動電流波形の立ち上がり部分に注目する。立ち上がりの時定数は配線の抵抗やスイッチのオン抵抗や配線の寄生容量等で決まる定数であるので、光量の大小にかかわらず一定である。時定数が同じであることから、図10を参照すると明らかなように、駆動電流波形が発光閾値を超えるのは光量大の方が先である。したがって、立ち上がりのなまりに起因した理想直線からのCin特性のずれの割合は、光量大と光量小とで比較すると、(a’/(a’+c’)<(a/(a+c))となる。一方、立ち下がり時には、逆に発光閾値を超えるのは光量小の駆動電流波形の方が先であるので、(d’/(a’+c’))>(d/(a+c))となる。
【0071】
したがって、積分光量という観点から鑑みると、立ちあがり時及び立ち下がり時のどちらにおいても、レーザ光量を大きくするにつれてCin特性が大きくなる(上側に移動する)ように寄与している。
【0072】
また、立ち上がり及び立ち下がりの時定数が同じであるとすると、a’>d’となることから、((a−d))/(a+c))>((a’−d’)/(a’+c’))>0となり、レーザ光量を大きくする方が立ち上がり・下がりなまりの影響が小さくなることが分かる。また、補正量Aは光量により変わらず一定であるので、積分光量の増分b’とbとは略等しい。
【0073】
以上のことから、全ての積分光量に対する補正の効果は、(b’/(a’+b’+c’))<(b/(a+b+c))となり、光量が大きくなると補正の効果が相対的に小さくなることが分かる。
【0074】
このように、光量が大きくなるほど積分光量は大きくなり理想値に近づき、この反面、補正の効果は光量が大きくなるほど小さくなる。そこで本実施形態では、補正量を最小光量で積分光量が理想値になるように設定する。これにより、光量が大きくなった場合でもCin特性が理想直線と略等しくなるように設定することができる。
【0075】
以上のように、本実施形態によれば、外部から入力される信号(基準オフセット)により電圧駆動の電圧値を安定的且つ正確に調整することができるため、発光素子LDオーバーシュート量を正確に制御することが可能となり、リンギング等の外部要因で変動する現象を利用することなく、所望するCin特性を安定して得ることが可能となる。また、結果として画像を良好な画質で出力することが可能となる。
【0076】
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、上記した第1の実施形態における補正回路250の他の構成例を示す。尚、以下の説明において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付す。
【0077】
図11は、本実施形態による補正回路250’の構成を示す回路図である。図11に示すように、本実施形態では、第1の実施形態における電流源32が、N−MOSトランジスタTr32と、P−MOSトランジスタTr33と、N−MOSトランジスタTr32及びP−MOSトランジスタTr33のソース電位を基準オフセットの電位に制御するオペアンプ251とを含んで構成された電流源32’に置き換えられている。また、電流源32’には、カレントミラー回路252,253が設けられており、これとは別に入力段及び出力段に抵抗R31及びR32又は抵抗R33及びR34を含んで構成されたバッファ回路が設けられている。尚、抵抗R31〜R34は全て抵抗値が等しく、その値がRであるとする。また、図11において点aは図6においてコンデンサC2に接続されている点aに相当する。
【0078】
図11に示すような構成とすることで、本実施形態では、補正範囲をプラス側及びマイナス側の両方とすることが可能となる。換言すれば、電圧源230における駆動電位を、目標光量に対応した電圧に対して正又は負の何れかに補正することが可能となる。尚、第1の実施形態ではプラス側のみであった。
【0079】
次に、図11に示す補正回路250’の回路動作を以下に説明する。スイッチSW16は図6に示すスイッチSW16と同じ機能を持つスイッチであり、補正量を決定する電流値の出力をオン/オフする。したがって、上述したように、補正を実施しない自動光量制御の期間では、スイッチSW16をオフ状態とする。また、図6では、スイッチSW16がオフ状態の場合、補正回路250の出力は接地されており、この状態を基準にしてプラス側に補正を行っていた。これに対し本実施形態では、図11に示すように、スイッチSW16がオフ状態の場合、点aの電圧(つまり補正回路250’の出力)は、電源電圧AVDDを抵抗R33、抵抗R34とで分圧した電圧、すなわちAVDD/2(=R×AVDD/2R)となる。したがって、本実施形態での補正は、AVDD/2の電圧値を基準にして行われる。
【0080】
補正動作時にはスイッチSW16をオン状態とし、これを介して流出する電流値又は流入する電流値を調整することで、プラス側又はマイナス側に補正を行う。尚、図11には、プラス側に補正を実施する場合(つまりスイッチSW16を介して電流を流出する場合)の電流の流れが示されている。このようにプラス側に補正する場合、基準オフセットがAVDD/2よりも大きくなるように設定する。この時に流れる電流I1及びI2の関係式は、図11中の点aの電圧値をVaとし、点bの電圧値をVbとし、オペアンプ251が入力オフセット電圧=0で且つゲイン無限大の理想的なアンプだとすると、以下の式1から式4に示すようになる。
【数1】
【0081】
また、N−MOSトランジスタTr32に電流が流れる場合、N−MOSトランジスタTr32とP−MOSトランジスタTr33とのゲートに共通に接続されている端子の電圧は、共通に接続されているN−MOSトランジスタTr32とP−MOSトランジスタTr33とのソースである点bの端子の電圧よりも大きな値となるため、P−MOSトランジスタTr33に流れる電流は無視できる程度に小さい。したがって、P−MOSトランジスタTr33とカレントミラー回路253を構成しているN−MOSトランジスタTr34及び35に流れる電流は略0であり、図11に示すような電流の流れとなる。このように本実施形態では、電圧源230の駆動電圧をプラス側に補正する場合、P−MOSトランジスタTr36を用いて電圧源230のコンデンサC2又はCdに電荷を流入する。
【0082】
そこで、上記式1〜式4を解くと、基準オフセットとVaが等しくつまりVb=Vaとなり、基準オフセットの電圧値を調整することで補正量を設定できることが解る。
【0083】
尚、図11ではプラス側に補正を実施する場合を例にして説明したが、マイナス側に補正する場合には、基準オフセットをAVDD/2よりも小さくなるように設定する。これにより、プラス側に補正する場合とは逆に、P−MOSトランジスタTr31,Tr36及びN−MOSトランジスタTr36に流れる電流が略0となり、スイッチSW16を介して点aからN−MOSトランジスタTr35に電流が流れ込むことで,マイナス側への補正が可能となる。すなわち、N−MOSトランジスタTr35を用いて電圧源230のコンデンサC2又はCdに蓄積された電荷を放電して、駆動電圧をマイナス側に補正する。
【0084】
以上のように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、外部から入力される信号(基準オフセット)により電圧駆動の電圧値を安定的且つ正確に調整することができるため、発光素子LDオーバーシュート量を正確に制御することが可能となり、リンギング等の外部要因で変動する現象を利用することなく、所望するCin特性を安定して得ることが可能となる。また、結果として画像を良好な画質で出力することが可能となる。更に、本実施形態では、補正範囲をプラス側及びマイナス側の両方とすることが可能となるため、より自由度を持って補正を行うことが可能となる。尚、他の構成は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0085】
〔他の実施形態〕
以上、説明した実施形態は本発明の好適な一実施形態にすぎず、本発明はその趣旨を逸脱しない限り種々変形して実施可能である。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、リンギング等の外部要因で変動する現象を利用することなく、所望するCin特性を安定して得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る発光素子駆動装置の全体構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る発光素子駆動装置のドライバ100の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の発光素子駆動装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例を示す図である。
【図4】図2に示すドライバ100における発光素子LDを点灯するための概略構成を示すブロック図であり、(a)は発光素子LDを電圧駆動する際の接続構成を示す回路図であり、(b)は発光素子LDを電流駆動する際の接続構成を示す回路図である。
【図5】本発明の第1の実施形態において補正量を無し,A又はBとした場合の駆動電流の積分値と積分光量との関係を示すグラフである。
【図6】(a)は図1及び図2におけるドライバ100の回路構成における補正回路250とこれに関連する周辺回路とを抜粋した図であり、(b)は(a)におけるスイッチSW2,SW8,SW11,SW11−1及びSW16の切り替え(オン/オフ)動作を示すタイミングチャートである。
【図7】本発明の第1の実施形態においてCin特性が理想直線に近づくように補正した場合(補正量A)の駆動電流波形と積分光量との関係を示すグラフである。
【図8】Cin特性を補正しない場合(補正無し)の駆動電流波形と積分光量との関係を示すグラフである。
【図9】本発明の第1の実施形態において画像の輪郭を強調するためにCin特性を理想直線よりも高く補正した場合(補正量B)の駆動電流波形と積分光量との関係を示すグラフである。
【図10】(a)は光量小での駆動電流波形を示す図であり、(b)は光量大での駆動電流波形を示す図である。
【図11】本発明の第2の実施形態による補正回路250’の構成を示す回路図である。
【図12】(a)は内部抵抗が高いレーザの出射光を高速変調する方法として電圧駆動を用いた場合の従来技術(特許文献1)の構成を示す図であり、(b)は(a)に示す駆動回路における半導体レーザ703の発光波形を示すグラフである。
【図13】(a)はCin特性を改善するための他の従来技術(特許文献2)を示す回路図であり、(b)は(a)に示す駆動回路におけるレーザダイオード810の発光波形を示すグラフである。
【図14】(a)は半導体レーザ902から出力される光量の積分値を所望の値とするための他の従来技術(特許文献3)を示す回路図であり、(b)は(a)による駆動電流の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
10、18 発光素子駆動装置 105 負荷
10d レーザ光源 11 受光器
12 ポリゴンミラー 13、14、15 レンズ
16 感光体表面 17 SOSセンサ
21、22 乗算器 28 インバータ
23、24、214、215 負荷 81 遅延回路
82 排他的論理和回路 150 バス
1001〜10032、100 ドライバ PD 受光器
200 共通制御電位設定回路 216 定電圧源
230 電圧源 250、250’ 補正回路
252、253 カレントミラー回路 212、213 定電流源
300 電流アンプ 400 光量モニタ
500 強制点灯回路 600 APC回路
700 電流生成回路 800 電圧印加時間調整回路
26、34、35、61、211、251 演算増幅器(オペアンプ)
30、31、32、32’、450、460 電流源
110、220 サンプルホールド回路
LD1〜LD32 発光素子
Vref、Vref1、Vref2 APC基準電圧
COUT、LDOUT、LDCOM 端子
R2、R3、R11、R21、R31、R32、R33、R34 抵抗
C1、C2、C3−1、C4−1、C3−2、C4−2、C11、C22、Cd、Cd1〜Cd32、Cfb32〜Cfb32 コンデンサ
SW1、SW2、SW3、SW5−1、SW5−2、SW5−3、SW5−4、SW6−1、SW6−2、SW6−3、SW6−4、SW7、SW8、SW11、SW11−1、SW11−2、SW12、SW13、SW15−1、SW15−2、SW16、SW19、SWfb1〜SWfb32 スイッチ
Tr1、Tr3、Tr31、Tr33、Tr36 P−MOSトランジスタ
Tr32、Tr34、Tr35 N−MOSトランジスタ
Claims (11)
- 発光素子を電圧駆動するための電圧源と、前記発光素子を電流駆動するための電流源とを有する発光素子駆動装置において、
前記電圧源は前記発光素子を電圧駆動するための駆動電圧を保持する保持手段を有し、
目標光量に対応する電圧を基準として前記保持手段で保持された駆動電圧を補正する補正手段を有することを特徴とする発光素子駆動装置。 - 前記補正手段は、前記発光素子を最小パルス幅で駆動した場合に該発光素子から出力される光の積分値が、前記電流源から出力される駆動電流が収束したときに該発光素子から出力される光の発光値と最小パルス幅との積に一致するように、前記駆動電圧を補正することを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記最小パルス幅を、発光信号入力より前記電流源から出力される駆動電流が収束するまでの時間以上に設定することを特徴とする請求項2記載の発光素子駆動装置。
- 前記補正手段は、外部から入力された信号に基づいて前記駆動電圧を補正することを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記補正手段は、2つ以上の前記電圧源で共用されていることを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記補正手段は、前記駆動電圧を保持するコンデンサの電位を補正するための電流を出力するトランジスタを含んで構成され、該トランジスタのゲート電位を制御することで前記駆動電圧を補正することを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記補正手段は、トランジスタのゲート電位を制御する制御回路を含んで構成され、
前記制御回路は、2つ以上の前記トランジスタのゲートに共通に接続されていることを特徴とする請求項5記載の発光素子駆動装置。 - 前記補正手段は、前記目標光量に対応する電圧に対して正又は負の何れかに前記駆動電圧を補正することを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記補正手段は、前記コンデンサに電荷を流入するための第1のトランジスタと、前記コンデンサに蓄積された電荷を流出するための第2のトランジスタとを含んで構成されていることを特等とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 前記補正手段は、該発光素子が最小光量値で発光する時に、前記駆動電圧を補正することを特徴とする請求項1記載の発光素子駆動装置。
- 発光素子を電圧駆動するための電圧源と、前記発光素子を電流駆動するための電流源とを有する発光素子駆動装置を備えた画像形成装置において、
前記電圧源は前記発光素子を電圧駆動するための駆動電圧を保持する保持手段を有し、
目標光量に対応する電圧を基準として前記保持手段で保持された駆動電圧を補正する補正手段を有することを特徴とする画像形成装置。
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