JP2010027819A - Correction system of semiconductor laser array light quantity - Google Patents
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Description
本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機の光書込み装置をなす画像形成装置に使用される半導体レーザアレイの駆動制御方式に係り、特にレーザ出力の制御を安定に行うことができる半導体レーザアレイ光量補正方式に関するものである。 The present invention relates to a drive control system for a semiconductor laser array used in an image forming apparatus constituting an optical writing device of a laser printer or a digital copying machine, and more particularly, a semiconductor laser array light amount correction capable of stably controlling laser output. It relates to the method.
従来、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイを光源部に用い、複数のレーザビームを同時に感光体等の被走査面上に照射して、複数のラインを同時に走査する画像形成装置が提案されている。この画像形成装置によれば、走査速度を向上させることができ、画像形成装置の記録速度を向上させることが可能である。 Conventionally, a semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged on a single chip is used as a light source unit, and a plurality of laser beams are simultaneously irradiated onto a surface to be scanned such as a photoconductor to scan a plurality of lines simultaneously. A forming apparatus has been proposed. According to this image forming apparatus, the scanning speed can be improved, and the recording speed of the image forming apparatus can be improved.
画像形成装置の光源部に使用する半導体レーザは、温度依存性が非常に高く、又、半導体レーザアレイのように同一パッケージ内に複数の発光素子(光源)を有する場合、他素子(他光源)の温度上昇の影響も受けるため、温度変化・素子劣化に応じて、常時一定の光量を得るためには、駆動電流量を変化させなければならない。 The semiconductor laser used in the light source section of the image forming apparatus has a very high temperature dependency. When a plurality of light emitting elements (light sources) are provided in the same package as in the semiconductor laser array, other elements (other light sources) are used. Therefore, in order to always obtain a constant light amount according to temperature change and element deterioration, the drive current amount must be changed.
そこで従来から、この種の画像形成装置の半導体レーザアレイ駆動装置に於ける半導体レーザ駆動電流制御では、非走査領域(非印刷領域)にて各光源の光量を順次検出することで定光量制御を行う、APC(Auto Power Control)方式が一般的に採用されている。 Therefore, conventionally, in the semiconductor laser driving current control in the semiconductor laser array driving device of this type of image forming apparatus, the constant light quantity control is performed by sequentially detecting the light quantity of each light source in the non-scanning area (non-printing area). An APC (Auto Power Control) system is generally employed.
これにより半導体レーザ自身の発熱や周囲温度に関係なく、一定の光量を容易に得ることが可能になり、画像情報に応じた画像形成を適正に行う事が可能となる。又、半導体レーザの制御方法として、半導体レーザにある一定の微小電流(バイアス電流)を常時供給し、さらに上記APC方式にて、上記バイアス電流との和が、半導体レーザの発振閾値電流Ith未満になるように、サンプルホールド電流(可変値)の供給制御を行うことで、半導体レーザの光量を光量調整時と同等に制御することが可能であり、且つ、微小電流(バイアス電流)を常時供給することで、半導体レーザの高速応答性の向上や、半導体レーザ自体の発光による温度上昇の抑制を図ることが可能であった。 This makes it possible to easily obtain a certain amount of light regardless of the heat generation of the semiconductor laser itself and the ambient temperature, and it is possible to appropriately perform image formation according to image information. As a method for controlling the semiconductor laser, a constant small current (bias current) is constantly supplied to the semiconductor laser, and the sum of the bias current is less than the oscillation threshold current Ith of the semiconductor laser in the APC method. Thus, by performing supply control of the sample hold current (variable value), it is possible to control the light amount of the semiconductor laser to be equivalent to that at the time of light amount adjustment, and always supply a minute current (bias current). As a result, it was possible to improve the high-speed response of the semiconductor laser and to suppress the temperature rise due to light emission of the semiconductor laser itself.
特許文献1には、半導体レーザを駆動する電流をバイアス電流、補助(サンプルホールド)電流、発光電流で独立に分け、APC方式によりレーザ光量を一定に維持する方法として、バイアス電流と発光電流は固定し、補助(サンプルホールド)電流を可変する技術が提案されている。
In
しかしながら、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイの光量補正制御において、一つの光量検出手段を用いて、前記半導体レーザアレイの各光源の光量を順次補正する場合、光量検出を行っていない各光源のバイアス電流によるオフセット光量和の影響により、印刷動作時と光量調整時の光量に相違が発生するという、マルチビーム特有の問題点があった。 However, in the light amount correction control of the semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged on one chip, when the light amount of each light source of the semiconductor laser array is sequentially corrected using one light amount detection means, the light amount detection is performed. There is a problem peculiar to multi-beam, in that there is a difference in light quantity between the printing operation and the light quantity adjustment due to the influence of the offset light quantity sum due to the bias current of each light source that is not performed.
本発明の目的は、印刷動作時と光量調整時の発光量を同等にすることが可能な半導体レーザアレイの光量補正方式を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a light amount correction method for a semiconductor laser array that can make the light emission amount during printing operation and light amount adjustment equal.
上記目的を達成するため、本発明の第1の手段は、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイと、前記半導体レーザアレイの光量を検出する一つの光量検出手段と、前記半導体レーザアレイの各光源にバイアス電流を供給する複数のバイアス電流生成手段と、前記半導体レーザアレイの各光源に発光させるための発光電流を供給する複数の発光電流生成手段とから構成され、前記光量検出手段を用いて前記半導体レーザアレイの各光源の光量を順次補正する場合には、光量補正を行っていない光源への発光電流とバイアス電流を遮断し、光量補正を行う光源のみに発光電流とバイアス電流を供給することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a first means of the present invention includes a semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged on one chip, one light quantity detecting means for detecting the light quantity of the semiconductor laser array, A plurality of bias current generating means for supplying a bias current to each light source of the semiconductor laser array; and a plurality of light emitting current generating means for supplying a light emission current for causing each light source of the semiconductor laser array to emit light, When the light quantity of each light source of the semiconductor laser array is sequentially corrected using the detection means, the light emission current and the bias current to the light source that has not been subjected to the light quantity correction are cut off, and the light emission current and the light source for which the light quantity correction is performed only. A bias current is supplied.
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記光量検出手段には半導体レーザアレイ内蔵のフォトダイオードまたは外部フォトダイオードを用いることを特徴とするものである。 A second means of the present invention is characterized in that, in the first means, a photodiode or a built-in external photodiode of a semiconductor laser array is used as the light amount detecting means.
以上の通り本発明によれば、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイの光量補正制御において、一つの光量検出手段を用いて、前記半導体レーザアレイの各光源の光量を順次補正する場合、光量補正を行う光源のみに発光電流とバイアス電流を供給し、各光源のバイアス電流によるオフセット光量和の影響を抑制することで、印刷動作時と光量調整時の発光量を同等にすることを可能となる。 As described above, according to the present invention, in the light amount correction control of the semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged on one chip, the light amount of each light source of the semiconductor laser array is sequentially changed by using one light amount detecting means. When correcting, supply the light emission current and bias current only to the light source that performs light amount correction, and suppress the influence of the offset light amount sum due to the bias current of each light source, so that the light emission amount at the time of printing operation and light amount adjustment is equivalent It becomes possible to do.
本発明は、光出力をフィードバックして、断続的に自動光量制御を行う半導体レーザアレイ制御装置であって、複数の光源が一つのチップ上に配列された半導体レーザアレイと、前記半導体レーザアレイの光量を検知して、電位変換する一つの光量検出手段と、前記光出力検出手段の出力電位と発光量基準電圧を比較する複数の比較手段と、光量補正信号のON/OFFにより、前記比較手段の出力値に応じて、充放電を行う複数のサンプルホールドコンデンサと、前記サンプルホールドコンデンサに充電された電圧を電流に変換し、前記半導体レーザアレイの各光源にバイアス電流を供給する複数のバイアス電流生成手段と、前記半導体レーザアレイの各光源に発光させるための発光電流を供給する複数の発光電流生成手段から構成され、前記光量検出手段を用いて、前記半導体レーザアレイの各光源の光量を順次補正する場合には、光量補正を行っていない光源への発光電流とバイアス電流を遮断し、光量補正を行う光源のみに発光電流とバイアス電流を供給することを特徴とする。 The present invention relates to a semiconductor laser array control apparatus that performs automatic light quantity control intermittently by feeding back an optical output, a semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged on a single chip, and the semiconductor laser array One light quantity detection means for detecting the light quantity and converting the potential, a plurality of comparison means for comparing the output potential of the light output detection means and the light emission amount reference voltage, and the comparison means by ON / OFF of the light quantity correction signal A plurality of sample and hold capacitors for charging and discharging, and a plurality of bias currents for converting the voltage charged in the sample and hold capacitors into current and supplying a bias current to each light source of the semiconductor laser array. And a plurality of light emission current generation means for supplying a light emission current for causing each light source of the semiconductor laser array to emit light, When the light quantity of each light source of the semiconductor laser array is sequentially corrected using the recording light quantity detection means, the light emission current and the bias current to the light source that is not subjected to the light quantity correction are cut off, and only the light source that performs the light quantity correction. A light emitting current and a bias current are supplied.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図1に示すように本実施の形態に係る半導体レーザアレイ駆動装置は、半導体レーザアレイ1と、発光電流Iη生成手段2−1〜2−nと、バイアス電流Ibi生成手段3−1〜3−nと、発光電流IηON/OFF制御用SW(SW1)4−1〜4−nと、バイアス電流IbiON/OFF制御用SW(SW2)5−1〜5−nと、APC ON/OFF制御用SW(SW3)6−1〜6−nと、差動増幅器7−1〜7−nと、発光電流IηON信号(画像データ信号)8−1〜8−nと、バイアス電流IbiON信号9−1〜9−nと、APC ON信号10−1〜10−nと、発光量基準電位11−1〜11−nと、サンプルホールドコンデンサ12−1〜12−nとで概略構成され、図に示すような接続関係になっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser array driving apparatus according to the present embodiment includes a
図2は、図1における半導体レーザアレイ駆動装置の動作を説明する制御タイミングチャートである。図3は、図2における非印刷領域の動作を詳細に説明する制御タイミングチャートである。図4は、半導体レーザアレイ駆動装置の動作電流変動図である。 FIG. 2 is a control timing chart for explaining the operation of the semiconductor laser array driving apparatus in FIG. FIG. 3 is a control timing chart for explaining in detail the operation of the non-printing area in FIG. FIG. 4 is an operating current fluctuation diagram of the semiconductor laser array driving apparatus.
以下、半導体レーザアレイ1のch1の光量調整中と印刷動作中の発光量に着目し、概略説明する。半導体レーザアレイ1のch1の光量調整を行う場合、発光電流IηON/OFF制御用SW(SW1)4−1〜4−n、バイアス電流IbiON/OFF制御用SW(SW2)5−1〜5−n、APC ON/OFF制御用SW(SW3)6−1〜6−nが、全てON状態となるため、発光電流Iη生成手段2−1〜2−nとバイアス電流Ibi生成手段3−1〜3−nから、発光電流Iηとバイアス電流Ibiの電流和が半導体レーザアレイ1のch1に供給されている。
Hereinafter, a brief description will be given focusing on the light emission amount during the ch1 light amount adjustment and the printing operation of the
又、半導体レーザアレイ1のch1の光量調整中、光量調整を行っていない半導体レーザアレイ1のch2〜chnは、APC ON/OFF制御用SW(SW3)6−2〜6−nがOFF状態であるため、サンプルホールドコンデンサ12−2〜12−nに電荷が充電されないことから、半導体レーザアレイ1のch2〜chnへのバイアス電流Ibiの供給が不可能となり、光量調整を行っていない半導体レーザアレイ1のch2〜chnへの供給電流は0となる。よって、半導体レーザアレイ1のch1〜chnに供給される駆動電流Iop(ch)は数1となる。
Further, during the light amount adjustment of ch1 of the
従って数1より、図4の電流変動図に示す各動作電流に対する発光量から、半導体レーザアレイ1のch1の光量調整時において、光量検出手段である半導体レーザアレイ1の内部フォトダイオードが検出する光量Ppd(ch1)は、数2となる。
Therefore, from
次に、印刷動作中の非走査領域に於ける半導体レーザアレイ1のch1の光量補正制御について説明する。印刷動作中は、1ラスタ毎又は複数ラスタ毎の非印刷領域に、半導体レーザアレイ1のch1〜chnの光量を、光量検出手段である半導体レーザアレイ1の内部フォトダイオードが、順次検出することで、各光源の光量補正制御を行っているため、半導体レーザアレイ1のch1〜chnのサンプルホールドコンデンサ12−1〜12−nに電荷が充電され、半導体レーザアレイ1のch1〜chnに常時バイアス電流Ibiが供給される。よって、印刷動作中の非走査領域(非印刷領域)において、半導体レーザアレイ1のch1の光量検出を行う場合、半導体レーザアレイ1のch1〜chnに供給される電流Iop(ch)'は数3となる。
Next, the ch1 light quantity correction control of the
従って数3より、図4の電流変動図に示す各動作電流に対する発光量から、印刷動作中の半導体レーザアレイ1のch1の光量補正時において、光量検出手段である半導体レーザアレイ1の内部フォトダイオードが検出する光量Ppd(ch1)'は、数4となる。
Therefore, from equation (3), the internal photodiodes of the
ここで数2と数4を比較した場合、Ppd(ch1)=Ppd(ch1)'となり、光量検出手段である半導体レーザアレイ1の内部フォトダイオードが検出する光量は同等になるものの、印刷動作中におけるバイアス電流Ibi(ch2)〜Ibi(chn)のオフセット発光量の影響により、Pop(ch1)≠Pop(ch1)'となり、半導体レーザアレイ1のch1の光量調整時と印刷動作時の光量に相違が発生してしまう。ここでは、半導体レーザアレイ1のch1の光量調整中と印刷動作中の発光量に着目したが、半導体レーザアレイ1のch2〜chnにおいても、同様の問題が発生する。
Here, when comparing
よって、上記問題を解決するため、図2及び図3に示すタイミングチャートのように、印刷動作時の非走査領域(非印刷領域)において、半導体レーザアレイ1のch1〜chnの光量を、光量検出手段である半導体レーザアレイ1の内部フォトダイオードが、順次検出することで、各光源の光量補正制御を行う場合、光量補正を行っていない各光源のバイアス電流IbiON/OFF制御用SW(SW2)と、発光電流IηON/OFF制御用SW(SW1)をOFFすることで、光量補正を行っていない各光源へのバイアス電流Ibiと発光電流Iηの供給を遮断し、光量補正を行っている光源のみバイアス電流Ibiと発光電流Iηを供給する。
Therefore, in order to solve the above problem, as shown in the timing charts of FIG. 2 and FIG. 3, in the non-scanning region (non-printing region) during the printing operation, the light amounts of the ch1 to chn of the
前述のように、光量補正を行っている光源のみ発光させ、光量補正を行っていない光源のオフセット光量の影響を抑制することで、印刷動作時と光量調整時の発光量を同等し、マルチビーム特有の問題点を解決することが可能となる。 As described above, only the light source for which light amount correction is performed is caused to emit light, and the influence of the offset light amount of the light source that is not subjected to light amount correction is suppressed, so that the light emission amount at the time of printing operation and light amount adjustment is made equal, and multi-beam It becomes possible to solve specific problems.
1は半導体レーザアレイ、2−1〜2−nは発光電流Iη生成手段(固定値)、3−1〜3−nはバイアス電流Ibi生成手段(可変値)、4−1〜4−nは発光電流IηON/OFF制御用SW(SW1)、5−1〜5−nはバイアス電流IbiON/OFF制御用SW(SW2)、6−1〜6−nはAPC ON/OFF制御用SW(SW3)、7−1〜7−nは差動増幅器、8−1〜8−nは発光電流IηON信号(画像データ信号)、9−1〜9−nはバイアス電流IbiON信号、10−1〜10−nはAPC ON信号、11−1〜11−nは発光量基準電位、12−1〜12−nはサンプルホールドコンデンサである。 1 is a semiconductor laser array, 2-1 to 2-n are light emission current Iη generation means (fixed value), 3-1 to 3-n are bias current Ibi generation means (variable value), and 4-1 to 4-n are Light emission current IηON / OFF control SW (SW1), 5-1 to 5-n are bias current IbiON / OFF control SW (SW2), and 6-1 to 6-n are APC ON / OFF control SW (SW3). , 7-1 to 7-n are differential amplifiers, 8-1 to 8-n are light emission current IηON signals (image data signals), 9-1 to 9-n are bias current IbiON signals, and 10-1 to 10−. n is an APC ON signal, 11-1 to 11-n are light emission amount reference potentials, and 12-1 to 12-n are sample and hold capacitors.
Claims (2)
前記半導体レーザアレイの光量を検出する一つの光量検出手段と、
前記半導体レーザアレイの各光源にバイアス電流を供給する複数のバイアス電流生成手段と、
前記半導体レーザアレイの各光源に発光させるための発光電流を供給する複数の発光電流生成手段とから構成され、
前記光量検出手段を用いて前記半導体レーザアレイの各光源の光量を順次補正する場合には、光量補正を行っていない光源への発光電流とバイアス電流を遮断し、光量補正を行う光源のみに発光電流とバイアス電流を供給することを特徴とする半導体レーザアレイ光量補正方式。 A semiconductor laser array in which a plurality of light sources are arranged on one chip;
One light quantity detection means for detecting the light quantity of the semiconductor laser array;
A plurality of bias current generating means for supplying a bias current to each light source of the semiconductor laser array;
A plurality of light emission current generating means for supplying a light emission current for causing each light source of the semiconductor laser array to emit light;
When the light amount of each light source of the semiconductor laser array is sequentially corrected using the light amount detection means, the light emission current and the bias current to the light source that has not been subjected to light amount correction are cut off, and only the light source that performs light amount correction emits light. A semiconductor laser array light quantity correction method characterized by supplying a current and a bias current.
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