JP3574580B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザを光源とするレーザ走査装置等の半導体レーザ装置に関し、特に半導体レーザに供給される過大電流を防止して半導体レーザを保護するための保護機能を有する半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（以下、ＬＤと記す）を光源とするＬＤ走査装置では、均一な画像パターンを形成するためには光強度を一定に保持することが必要であり、そのためにＬＤの発光出力を制御するためのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が提案されている。このＡＰＣ回路では、ＬＤで発光した光をフォトダイオード等の受光素子（以下、ＰＤと略称する）で受光し、このＰＤで受光して得られる出力電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいてＬＤに通流する発光用の電流をフィードバック制御してＰＤの出力電圧を基準電圧と一定の関係になるようにＬＤの発光を制御することで、結果としてＬＤの光強度を一定に制御することが可能となる。このようなＡＰＣ回路を構成する場合、従来ではＬＤのパッケージ内に一体に組み込まれているモニタ用ＰＤでＬＤで発光したレーザ光を受光し、その受光によって得られる受光出力を用いてＡＰＣを行う内部ＰＤ方式が提案されている。しかしながら、この内部ＰＤ方式では、単にＬＤの光強度を一定に保持する上では有効であるが、モニタ用ＰＤは走査用に利用されるレーザ光を出射するＬＤの一方の面と反対側の面から出射されるレーザ光を受光する構成であるため、実際の走査用のレーザ光とモニタ用レーザ光との光強度とに差が生じる場合には、光走査位置での光強度を所定の強度に制御することは困難であり、これを補正するための回路構成が複雑化することになる。
【０００３】
このような問題に対し、実際にＬＤから出射されて光走査に用いられるレーザ光を受光するために、ＬＤの外部に外部ＰＤを配置し、この外部ＰＤで受光して得られる電圧に基づいてＡＰＣ回路を構成する外部ＰＤ方式が提案されている。この外部ＰＤ方式では、実際に光走査に用いられるレーザ光の光強度に基づいてＡＰＣを行うことが可能であるため、前記したモニタ用ＰＤ、すなわち内部ＰＤ放棄のような問題が生じることは少なく、かつレーザ走査装置ないしＡＰＣ回路の構成を簡略化する上で有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の外部ＰＤ方式のＡＰＣ回路では、ＬＤと外部ＰＤとの間の距離が長くなるために、両者間に空間が存在し、かつ両者間の光路も比較的に長くなる。そのため、光路上に異物や障害物が侵入される状態が生じ易く、これら異物や障害物によってＬＤの発光光が遮光されて外部ＰＤにまで到達せず、あるいは外部ＰＤで受光する光強度が低下されてしまう。このような状況になると、ＡＰＣ回路の前記した制御により、ＬＤの発光強度を高めるべく、ＬＤに供給する電流が増大され、過大電流となってＬＤが劣化し、あるいはＬＤが破損されることがあり、レーザ走査装置が正常に機能しなくなるという問題が生じるおそれがある。また、このような問題は、前記したような内部ＰＤ方式においても同様であり、ＬＤのチップ内の端面が熱破損し、内部ＰＤの受光量と外部へ出力するレーザ光の光量の比率が変化される状態となったとき、特に内部ＰＤの受光量の比率が低下されたときに、外部に対するレーザ光の出力を増大するようにＬＤの供給電流が過大電流となり、ＬＤを劣化し、あるいは破損することになる。
【０００５】
本発明の目的は、外部ＰＤ方式のＡＰＣ回路を備えるＬＤ回路において、ＬＤへの過電流を防止してＬＤの劣化を防止することを可能にしたＬＤ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部ＰＤを有するＬＤと、前記ＬＤで発光した光を受光する外部ＰＤと、前記ＬＤに供給する電流を制御するための電流制御回路と、前記内部ＰＤの受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第１の出力制御回路と、前記外部ＰＤの受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第２の出力制御回路と、前記内部ＰＤの受光出力と前記外部ＰＤの受光出力とに基づいて、各ＰＤの異常を判定する手段と、前記異常の判定結果に基づいて前記第１又は第２のいずれか一方の出力制御回路を選択して前記電流制御回路の制御を行う選択手段と、前記異常を判定する手段での異常の判定結果に基づいて前記半導体レーザへの電流供給を停止することが可能な手段を備え、前記ＰＤの異常を判定する手段として、前記内部ＰＤの出力電圧を分圧する第１の分圧手段と、前記外部ＰＤの出力電圧を分圧する第２の分圧手段とを備え、前記内部ＰＤの出力電圧又は前記外部ＰＤの出力電圧、前記第１の分圧手段で分圧された電圧、前記第２の分圧手段で分圧された電圧の大小関係に基づいて前記ＰＤの異常判定を行う構成とし、前記選択手段は、一方のＰＤの異常を検出したときに、他方のＰＤを選択し、当該ＰＤによる出力制御回路での出力制御を実行する構成とする。
【０００７】
また、本発明は、前記ＰＤの異常を判定する手段として、前記内部ＰＤの出力電圧と、前記外部ＰＤの出力電圧の一方の電圧にマージン電圧を加えた電圧と、他方の出力電圧との大小関係に基づいて前記ＰＤの異常判定を行う構成とし、選択手段は、一方のＰＤの異常を検出したときに、他方のＰＤを選択し、当該ＰＤによる出力制御回路での出力制御を実行する構成とする。
【０００８】
本発明においては、内部ＰＤの異常、あるいは外部ＰＤの異常を適正に判定し、異常が生じていない側のＰＤを用いてＬＤの出力制御を行うとともに、その後においてもＬＤの適正な出力制御が実現されない場合に、ＬＤへの電流供給を停止して、ＬＤに過大電流が供給されることを未然に防止し、ＬＤの破損を防止することを可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明にかかるＬＤ保護機能を備えた半導体レーザ装置として、レーザ走査装置に適用した実施形態の構成配置である。レーザ走査装置１は、内部ＰＤ１２を一体化したＬＤ１１で発光したレーザビームＬＢをコリメートレンズ１３で平行ビームにし、ビームスプリッタ１４、及びシリンドリカルレンズ１５を透過した後、高速回転駆動されるポリゴンミラー１６に投射する。そして、前記レーザビームＬＢを前記ポリゴンミラー１６の反射面で反射することによって主走査方向に偏向し、ｆθレンズ１７を通して感光ドラム１８の感光面に主走査する。また、前記感光ドラム１８は主走査方向に回転軸１８ａを有しており、その回転軸１８ａの回りに回転駆動することで、前記レーザビームＬＢを副走査し、所定のパターンを描画する。ここで、前記ビームスプリッタ１４の一側位置には、当該ビームスプリッタ１４によって分離されたレーザビームを集光レンズ１９を介して受光する外部ＰＤ２０が配置されており、前記ＬＤ１１でのレーザ光の発光強度を検出するように構成されている。また、前記感光ドラム１８の一側位置には、走査される前記レーザビームをミラー２２を介して受光して水平同期信号ＨＳＹＮＣを出力する同期信号検出器としての同期ＰＤ２１が配置されている。さらに、前記ＬＤ１１、内部ＰＤ１２、外部ＰＤ２０、同期ＰＤ２１等に接続されるレーザ回路２３が設けられている。そして、前記レーザ走査装置１の前記レーザ回路２３には、プリントコントローラ２が接続されており、前記レーザ走査装置１で描画する描画パターンデータを格納し、所要のタイミングでその描画パターンデータを前記レーザ走査装置１に入力させるように構成されている。
【００１０】
図２は前記レーザ走査装置１とプリントコントローラ２の、第１の実施形態の内部構成を示すブロック回路図である。前記プリントコントローラ２は、描画するパターンデータを格納する画像メモリ２０２を有しており、後述する水平同期信号ＨＳＹＮＣに同期して画像クロック２０３から出力されるクロックＣＬＫに基づいて、１主走査ライン毎にパターンデータの強度データを出力する。また、ＣＰＵ２０１は、前記画像メモリ２０２を制御するとともに、前記レーザ走査装置１からの前記内部ＰＤ１２及び外部ＰＤ２０の各動作状態を示す内部動作状態信号と外部動作状態信号を入力し、これらの動作状態信号から得られる各ＰＤの動作状態に基づいて前記レーザ走査装置１での描画濃度を設定する白レベルデータ、黒レベルデータを出力するように構成されている。
【００１１】
一方、前記レーザ走査装置１に備えられている前記ＬＤ１１は、前記レーザ回路２３によってその発光強度が制御され、この制御に基づいて前記画像メモリ２０２に格納されている描画パターンを均一化された濃度で描画するように発光が制御される。すなわち、前記レーザ回路２３内には、前記ＬＤ１１を発光して描画を行うために、前記プリントコントローラ２からのパターンデータに基づいて変調電圧を生成する変調回路部２４と、前記内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０での受光出力に基づいて前記ＬＤ１１の発光強度を制御するＡＰＣ回路部２５を備えている。そして、前記ＬＤ１１は、前記変調回路部２４とＡＰＣ回路部２５によって駆動されるＶ−Ｉ変換器１０１によって供給駆動電流源１０２が制御され、その制御された駆動電流に対応してその発光強度が制御されるように構成されている。
【００１２】
前記変調回路部２４は、前記プリントコントローラ１から出力される白レベルデータを入力する白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３と、同様に黒レベルデータを入力する黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４と、前記クロックＣＬＫと強度データを入力し、クロックＣＬＫに同期した描画レベルを出力する強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５と、前記白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３の出力と前記強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５の出力を加算する加算器１０６とを備えている。
【００１３】
前記変調回路部２４では、図３に示すＬＤの電流−出力強度特性の、しきい値電流Ｉｔｈよりも若干高い電流ＩＷを白レベルとし、この電流ＩＷに対応する白レベルデータが、プリントコントローラ２から白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３に入力され、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３はこの白レベルデータをＤ／Ａ変換して白レベル電圧ＶＷとして出力する。同様に、前記電流−出力強度特性の最大電流に近いＩｍａｘよりも若干低い電流ＩＢを黒レベルとし、この電流ＩＢに対応する黒レベルデータがプリントコントローラ２から黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４に入力され、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４はこの黒レベルデータをＤ／Ａ変換して黒レベル電圧ＶＢとして出力し、この黒レベル電圧ＶＢは、強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５に入力する。強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５では、プリントコントローラ２からの階調化された描画パターンデータ、例えば１０２４階調の描画データと、前記黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４からの電圧ＶＢとを乗算することにより、その乗算結果を前記黒レベル電圧ＶＢをフルスケールとする強度変調用電圧ＶＭとして出力する。そして、この強度変調用電圧ＶＭと前記白レベル電圧ＶＷとを加算器１０６において加算することで、前記白レベル電圧ＶＷと黒レベル電圧ＶＢとの間を、前記描画パターンに基づいて階調化した描画電圧を得ることができ、この描画電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。この基準電圧Ｖｒｅｆは、前記Ｖ−Ｉ変換器１０１の入力に接続されている第１コンパレータ１０７の正入力端に入力される。
【００１４】
一方、前記ＡＰＣ回路部２５では、前記内部ＰＤ１２がＬＤ１１のレーザ光を検出して出力する電流を入力とする内部Ｉ−Ｖ変換器１０８と、前記外部ＰＤ２０がＬＤのレーザ光を検出して出力する電流を入力とする外部Ｉ−Ｖ変換器１０９を備えている。前記各Ｉ−Ｖ変換器１０８，１０９の出力端は、それぞれの出力電圧を選択するための選択スイッチ１１０の選択接点に接続されており、この選択スイッチ１１０で選択された側の電圧が前記第１コンパレータ１０７の負入力端に入力されるように構成されている。また、前記内部Ｉ−Ｖ変換器１０８で変換した電圧Ｖ１を分圧するための第１可変抵抗器１１１と、前記外部Ｉ−Ｖ変換器１０９で変換した電圧Ｖ２を分圧するための第２可変抵抗器１１２が設けられている。そして、前記内部Ｉ−Ｖ変換器１０８の出力電圧Ｖ１と前記第２可変抵抗器１１１の分圧電圧Ｖ２Ｄはそれぞれ第２コンパレータ１１３の正入力端、負入力端に入力され、前記第１可変抵抗器１１１の分圧電圧Ｖ１Ｄと第２可変抵抗器１１２の分圧電圧Ｖ２Ｄはそれぞれ第３コンパレータ１１４の負入力端、正入力端に入力されている。前記第２コンパレータ１１３の出力は、前記内部ＰＤ１２の動作状態を示す内部動作状態信号として、また前記第３コンパレータ１１４の出力は、前記外部ＰＤ２０の動作状態を示す外部動作状態信号として、それぞれ前記選択スイッチ１１０と、前記プリントコントローラ２に入力される。なお、前記内部ＰＤ１２及び外部ＰＤ２０が正常なときには、前記電圧Ｖ１，Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄの間には、Ｖ１＞Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄの関係を満たすように、前記各可変抵抗器１１１，１１２を設定している。
【００１５】
以上の構成のレーザ走査装置では、プリント動作に際しては、プリントコントローラ２からの白レベルデータにより白レベル電圧ＶＷが出力され、描画する像面上での最小パワーが決定される。また、黒レベルデータにより黒レベル電圧ＶＢが出力され、この黒レベル電圧ＶＢによって強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５のフルスケール電圧が設定される。そのため、前記白レベル電圧ＶＷと、強度変調電圧ＶＭとを加算した描画電圧からなる前記基準電圧Ｖｒｅｆは、例えば、強度変調用データに「０」を入れれば、Ｖｒｅｆは白レベル電圧ＶＷになり、また最大値を入れれば黒レベル電圧ＶＢとなる。そして、ＬＤ１１が発光すると、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれにおいて電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、これと同時に外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。これを受けて、ＡＰＣ回路部２５では、前記基準電圧Ｖｒｅｆと、内部ＰＤ１２又は外部ＰＤ２０の出力との関係が一定になるようにＬＤ１１の出力を制御する。
【００１６】
このＡＰＣ回路部２５を含むレーザ走査装置１及びプリントコントローラ２の動作を、図４のフローチャートを用いて説明する。レーザ走査装置１においてＬＤ１１が発光し、出力されるレーザ光がポリゴンミラー１６、ｆθレンズ１７によって感光ドラム１８に対して主走査され、かつ同期ＰＤ２１がレーザ光を受光すると水平同期信号ＨＳＹＮＣを検出する（Ｓ１０１）。すると、変調回路部２４ではプリントコントローラ２の画像メモリ２０２から強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５に強度データを読み込むとともに、ＣＰＵ２０１から白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３及び黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４にそれぞれ白レベルデータ及び黒レベルデータを読み込む（Ｓ１０２）。そして、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３と強度設定用Ｄ／Ａコンバータ１０５の各出力ＶＷ，ＶＭを受けて、加算器１０６では、前記した演算を行い、白レベル電圧ＶＷと、黒レベル電圧ＶＢから求めたフルスケール電圧とに基づいて、当該強度データに対応した基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、第１コンパレータ１０７の正入力端に入力する（Ｓ１０３）。一方、ＡＰＣ回路部２５では、ＬＤ１１の発光に伴い内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれで受光出力としての電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。
【００１７】
そして、第１可変抵抗器１１１と第２可変抵抗器１１２によって前記電圧Ｖ１により電圧Ｖ１Ｄが発生され、前記電圧Ｖ２により電圧Ｖ２Ｄが発生される。ここで、前記電圧Ｖ１，Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄの間には、Ｖ１＞Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄに設定されているため、正常時には第２コンパレータ１１３においてＶ１＞Ｖ２Ｄが判定され（Ｓ１０９）、さらに第３コンパレータ１１４において、Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄが判定される（Ｓ１１０）ため、選択スイッチ１０７はその接続が外部ＰＤ２０側に切り替えられる（Ｓ１１１）。また、このとき、プリントコントローラ２には、内部ＰＤと外部ＰＤの各動作状態を示す信号としてそれぞれ「異常なし」が送信され、かつ「異常なしモード」に移行する（Ｓ１１２）。この「異常なしモード」では、図５（ａ）のフローチャートのステップＳ２０１において、前記ステップＳ１０２に戻される。そして、このとき選択スイッチ１１０は外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に接続されているため、前記電圧Ｖ２が第１コンパレータ１０７の負入力端に入力され、前記基準電圧Ｖｒｅｆと比較される（Ｓ１０４）。そして、Ｖｒｅｆ＞Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を増加し（Ｓ１０５）、ＬＤ１１の発光強度を増加する（Ｓ１０６）。また、Ｖｒｅｆ＜Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を減少し（Ｓ１０７）、ＬＤ１１の発光強度を減少する（Ｓ１０８）。これにより、外部ＰＤ２０に基づくＡＰＣ制御が実現され、ＬＤ１１の発光強度を一定に保持することが可能となる。
【００１８】
ここで、前記ステップＳ１０９において、Ｖ１＞Ｖ２Ｄを満たしていないときには、内部ＰＤ１２が何らかの理由によって受光電流が低下されたことであると判定できるため、第２コンパレータ１１３の出力により、選択スイッチ１１０を外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に設定し、以降は外部ＰＤ２０の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２に対する動作状態を示す信号として「内部ＰＤ異常」が送信され、かつ「内部ＰＤ異常モード」に移行する（Ｓ１１４）。この「内部ＰＤ異常モード」の動作を、図５（ｂ）のフローチャートに示す。内部ＰＤ１２に異常が生じる要因としては、ＬＤ１１のチップ端面が熱破損し、内部ＰＤ１２の受光量と外部へ出力するレーザ光の光量の比率が変化されたことが考えられる。そのため、プリントコントローラ２のＣＰＵ２０１からの強度データ出力を“０”にし（Ｓ３０１）、次いで白レベルデータ出力を“０”にし（Ｓ３０２）、さらにＬＤ１１への電流供給を停止するとともにレーザ走査装置の動作を停止する（Ｓ３０３）。このとき、通常ではプリントコントローラ２に「内部ＰＤ異常」の表示を行う。したがって、その後に「内部ＰＤ異常」の表示に基づいてＬＤ１１を交換し、前記した異常状態から正常状態に復帰されると（Ｓ３０４）、動作が再スタートされることになる（Ｓ３０５）。
【００１９】
また、前記ステップＳ１１０において、Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄを満たしていないときには、外部ＰＤ２０が何らかの理由によって受光による電流が低下されたことであると判定できるため、第３コンパレータ１１４の出力により、選択スイッチ１１０を内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に設定し、以降は内部ＰＤ１２の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２に動作状態を示す信号として「外部ＰＤ異常」が送信され、かつ「外部ＰＤ異常モード」に移行する。この「外部ＰＤ異常モード」では、図５（ｂ）に示したフローチャートのように、レーザ走査装置が調整中であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。レーザ走査装置が調整中の場合には、作業者の手や工具等がＬＤ１１と外部ＰＤ２０との間の光路を遮断していることが要因となることがあるため、調整が終わるまでステップＳ３０６を繰り返す。調整中で無い場合には、前記した内部ＰＤ異常モードで説明したステップＳ３０１に移行する。
【００２０】
このように、この第１の実施形態のレーザ走査装置１及びプリントコントローラ２では、内部ＰＤ１２の異常と、外部ＰＤ２０の異常を直ちに検知した上で、ＬＤ１１をオフしてレーザ走査装置１を停止させるため、内部ＰＤ１２又は外部ＰＤ２０のいずれが劣化された場合でも、ＡＰＣ回路部２５での動作によってＬＤ１１に過大電流を供給することがなくなり、ＬＤ１１の劣化ないし破損を防止することが可能になる。また、この場合、プリントコントローラ２では、内部ＰＤ１２の異常と、外部ＰＤ２０の異常を表示することにより、内部ＰＤ１２と一体のＬＤ１１の交換、あるいは外部ＬＤ２０の交換等の適切な対応をとることが可能になる。
【００２１】
なお、前記第１の実施形態では、内部ＰＤ１２の出力電圧Ｖ１と、第１及び第２の可変抵抗器１１１，１１２で分圧されて分圧電圧Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄを比較して各ＰＤの異常を判定しているが、外部ＰＤ２０の出力電圧Ｖ２と、前記各分圧電圧Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄを比較して異常を判定することも可能である。
【００２２】
図６は本発明のレーザ走査装置とプリントコントローラの第２の実施形態の内部構成を示すブロック図である。前記第１の実施形態では、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常をレーザ走査装置１で判定しているが、この第２の実施形態では内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常をプリントコントローラ２で判定している。なお、図６において、第１の実施形態と等価な部分には同一符号を付してある。第１の実施形態と異なる構成は、レーザ走査装置１では、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８の出力と、外部Ｉ−Ｖ変換器１０９の出力のそれぞれを分割するために第１の実施形態で設けられた可変抵抗器１１１，１１２と、第２及び第３のコンパレータ１１３，１１４を省略した代わりに、前記各Ｉ−Ｖ変換器１０８，１０９の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１１５，１１６を接続し、これらＡ／Ｄコンバータ１１５，１１６の出力をそれぞれ内部ＰＤ信号、外部ＰＤ信号として前記プリントコントローラ２のＣＰＵ２０１に入力し、このＣＰＵ２０１において内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常を判定し、その判定結果により前記選択スイッチ１１０を選択動作するように構成している。
【００２３】
この第２の実施形態の構成のレーザ走査装置においても、前記したように、プリントコントローラ２からの白レベルデータにより白レベル電圧ＶＷが出力され、描画する像面上での最小パワーが決定される。また、黒レベルデータにより黒レベル電圧ＶＢが出力され、この黒レベル電圧によって強度変調用Ｄ／Ａコンバータのフルスケール電圧が設定される。そのため、前記白レベル電圧ＶＷと、強度変調電圧ＶＭとを加算した描画電圧からなる前記基準電圧Ｖｒｅｆは、例えば、強度変調用データに「０」を入れれば、Ｖｒｅｆは白レベル電圧ＶＷになり、また最大値を入れれば黒レベル電圧ＶＢとなる。そして、ＬＤ１１が発光すると、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれにおいて電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、これと同時に外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。これを受けて、ＡＰＣ回路部２５では、前記基準電圧Ｖｒｅｆと、内部ＰＤ１２又は外部ＰＤ２０の出力との関係が一定になるように動作してＬＤ１１の出力を制御する。
【００２４】
このＡＰＣ回路部を含むレーザ走査装置及びプリントコントローラの動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４０１からＳ４０ までは、第１の実施形態と同様であり、ＬＤ１１が発光し、出力されるレーザ光がポリゴンミラー１６、ｆθレンズ１７によって主走査され、同期ＰＤ２１がレーザ光を受光すると水平同期信号ＨＳＹＮＣを検出する（Ｓ４０１）。すると、変調回路部２４ではプリントコントローラ２の画像メモリ２０２から強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５に強度データを読み込むとともに、ＣＰＵ２０１から白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３及び黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０５にそれぞれ白レベルデータ及び黒レベルデータを読み込む（Ｓ４０２）。そして、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３と強度設定用Ｄ／Ａコンバータ１０５の各出力ＶＷ，ＶＭを受けて、加算器１０６では、前記した演算を行い、白レベル電圧ＶＷと、黒レベル電圧から求めたフルスケール電圧とに基づいて、当該強度データに対応した基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、第１コンパレータ１０８の正入力端に入力する。一方、ＡＰＣ回路部２５では、ＬＤ１１の発光に伴い内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれで電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。
【００２５】
そして、前記電圧Ｖ１，Ｖ２はそれぞれＡ／Ｄコンバータ１１５，１１６によってディジタル化されて内部ＰＤデータと外部ＰＤデータとしてプリントコントローラ２のＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１では、内部ＰＤデータＤＶ１と外部ＰＤデータＤＶ２とを比較する。このとき、最初にステップＳ４０９では、ＤＶ１にマージンαを加えた値、ＤＶ１＋αとＤＶ２を比較し、正常時には、ＤＶ１ ＋α＞ＤＶ２と判定されるため、ステップＳ４１０に移行する。ステップＳ４１０では、逆にＤＶ２にマージンβを加えた値、ＤＶ２＋βとＤＶ１を比較し、正常時には、ＤＶ２＋β＞ＤＶ１と判定されるため、スイッチ切替信号を出力し、選択スイッチ１１０を外部ＰＤ側に設定する（Ｓ４１１）。また、このとき、プリントコントローラ２は「異常なし」を出力し、かつ「異常なしモード」に移行する（Ｓ４１２）。この「異常なしモード」は第１の実施形態と同じであり、選択スイッチ１１０は外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に接続されているため、前記電圧Ｖ２が第１コンパレータ１０７の負入力端に入力され、前記基準電圧Ｖｒｅｆと比較される（Ｓ４０４）。そして、Ｖｒｅｆ＞Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を増加し（Ｓ４０５）、ＬＤ１１の発光強度を増加する（Ｓ４０６）。また、Ｖｒｅｆ＜Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を減少し（Ｓ４０７）、ＬＤ１１の発光強度を減少する（Ｓ４０８）。これにより、外部ＰＤ２０に基づくＡＰＣ制御が実現され、ＬＤ１１の発光強度を一定に保持することが可能となる。
【００２６】
一方、前記ステップＳ４０９において、ＤＶ１＋α＞ＤＶ２を満たしていないときには、内部ＰＤ１２が何らかの理由によって受光による電流が低下されたことであると判定できるため、ＣＰＵ２０１はスイッチ切替信号により、選択スイッチ１１０を外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に設定し、以降は外部ＰＤ２０の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２は「内部ＰＤ異常」を出力し（Ｓ４１３）、かつ「内部ＰＤ異常モード」に移行する（Ｓ４１４）。この「内部ＰＤ異常モード」の動作は第１の実施形態と同じであり、図５（ｂ）に示したように、ＣＰＵ２０１からの強度データ出力を“０”にし（Ｓ３０１）、次いで白レベルデータ出力を“０”にし（Ｓ３０２）、さらにＬＤ１１への電流供給を停止するとともにレーザ走査装置の動作を停止する（Ｓ３０３）。その後、プリントコントローラ２での「内部ＰＤ異常」の表示に基づいてＬＤ１１の交換等が行われ、異常状態ーから復帰されると（Ｓ３０４）、再スタートされる（Ｓ３０５）。
【００２７】
また、前記ステップＳ４１０において、ＤＶ２＋β＞ＤＶ１を満たしていないときには、外部ＰＤ２０が何らかの理由によって受光による電流が低下されたことであると判定できるため、ＣＰＵ２０１からのスイッチ切替信号により、選択スイッチ１１０を内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に設定し、以降は内部ＰＤ１２の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２は「外部ＰＤ異常」を出力し（Ｓ４１５）、かつ「外部ＰＤ異常モード」に移行する（Ｓ４１６）。この「外部ＰＤ異常モード」についても第１の実施形態と同様であり、レーザ走査装置１が調整中であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。レーザ走査装置が調整中の場合には、作業者の手や工具等がＬＤと外部ＰＤとの間の光路を遮断していることが要因となることがあるため、調整が終わるまでステップＳ３０６を繰り返す。調整中でない場合には、前記したステップＳ３０１に移行する。
【００２８】
このように、第２の実施形態においても、内部ＰＤ１２の異常と、外部ＰＤ２０の異常を直ちに検知した上で、ＬＤ１１をオフし、レーザ装置装置１を停止するため、ＡＰＣ動作によってＬＤ１１に過大電流を供給することがなくなり、ＬＤ１１の劣化ないし破損を防止することが可能になる。なお、この第２の実施形態では、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常をプリントコントローラ２のＣＰＵ２０１で行っているため、レーザ走査装置１には第１の実施形態で必要とされていた可変抵抗器や第２及び第３のコンパレータが不要となり、代わりにＡ／Ｄコンバータを設けるのみでよいため、レーザ走査装置の構成を簡略化することが可能となる。また、第１の実施形態と同様に、プリントコントローラにおいて、内部ＰＤの異常と、外部ＰＤの異常を表示することも可能であり、これに基づいて内部ＰＤと一体のＬＤの交換、あるいは外部ＬＤの交換等の適切な対応をとることが可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、内部フォトダイオードの受光出力と外部フォトダイオードの受光出力の両方の受光出力に基づき、両受光出力とその分圧出力とを比較することで、あるいは一方の受光出力と他方の受光出力にマージンを加えた出力とを比較することで、各フォトダイオードの異常を判定し、その判定結果に基づいて異常が生じていない側の内部ＰＤ又は外部ＰＤのいずれか一方による出力制御回路を選択してＬＤの電流制御回路の制御を選択し、また異常の判定結果に基づいてＬＤへの電流供給を停止することが可能な構成としているので、内部ＰＤの異常、あるいは外部ＰＤの異常を適正に判定するとともに、異常が生じていない側のＰＤを用いてＬＤの出力制御を行うとともに、その後においてもＬＤの適正な出力制御が実現されない場合に、ＬＤへの電流供給を停止して、ＬＤに過大電流が供給されることを未然に防止し、ＬＤの破損を未然に防止してＬＤを確実に保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をレーザ走査装置に適用した全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のレーザ走査装置とプリントコントローラの主要部のブロック回路図である。
【図３】ＬＤの電流−強度特性を示すグラフである。
【図４】第１の実施形態におけるＰＤの異常判定動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】異常判定時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態のレーザ走査装置とプリントコントローラの主要部のブロック回路図である。
【図７】第２の実施形態におけるＰＤの異常判定動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ レーザ走査装置
２ プリントコントローラ
１１ ＬＤ（半導体レーザ）
１２ 内部ＰＤ（内部フォトダイオード）
１６ ポリゴンミラー
１８ 感光ドラム
２０ 外部ＰＤ（外部フォトダイオード）
２１ 同期ＰＤ（同期フォトダイオード）
１０１ Ｖ−Ｉ変換器
１０２ 供給駆動電流源
１０３ 白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ
１０４ 黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ
１０５ 強度変調用Ｄ／Ａコンバータ
１０６ 加算器
１０７ 第１コンパレータ
１０８ 内部Ｉ−Ｖ変換器
１０９ 外部Ｉ−Ｖ変換器
１１０ 選択スイッチ
１１１ 第１可変抵抗器
１１２ 第２可変抵抗器
１１３ 第２コンパレータ
１１４ 第３コンパレータ
１１５ 内部Ａ／Ｄコンバータ
１１６ 外部Ａ／Ｄコンバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザを光源とするレーザ走査装置等の半導体レーザ装置に関し、特に半導体レーザに供給される過大電流を防止して半導体レーザを保護するための保護機能を有する半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ（以下、ＬＤと記す）を光源とするＬＤ走査装置では、均一な画像パターンを形成するためには光強度を一定に保持することが必要であり、そのためにＬＤの発光出力を制御するためのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路が提案されている。このＡＰＣ回路では、ＬＤで発光した光をフォトダイオード等の受光素子（以下、ＰＤと略称する）で受光し、このＰＤで受光して得られる出力電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に基づいてＬＤに通流する発光用の電流をフィードバック制御してＰＤの出力電圧を基準電圧と一定の関係になるようにＬＤの発光を制御することで、結果としてＬＤの光強度を一定に制御することが可能となる。このようなＡＰＣ回路を構成する場合、従来ではＬＤのパッケージ内に一体に組み込まれているモニタ用ＰＤでＬＤで発光したレーザ光を受光し、その受光によって得られる受光出力を用いてＡＰＣを行う内部ＰＤ方式が提案されている。しかしながら、この内部ＰＤ方式では、単にＬＤの光強度を一定に保持する上では有効であるが、モニタ用ＰＤは走査用に利用されるレーザ光を出射するＬＤの一方の面と反対側の面から出射されるレーザ光を受光する構成であるため、実際の走査用のレーザ光とモニタ用レーザ光との光強度とに差が生じる場合には、光走査位置での光強度を所定の強度に制御することは困難であり、これを補正するための回路構成が複雑化することになる。
【０００３】
このような問題に対し、実際にＬＤから出射されて光走査に用いられるレーザ光を受光するために、ＬＤの外部に外部ＰＤを配置し、この外部ＰＤで受光して得られる電圧に基づいてＡＰＣ回路を構成する外部ＰＤ方式が提案されている。この外部ＰＤ方式では、実際に光走査に用いられるレーザ光の光強度に基づいてＡＰＣを行うことが可能であるため、前記したモニタ用ＰＤ、すなわち内部ＰＤ放棄のような問題が生じることは少なく、かつレーザ走査装置ないしＡＰＣ回路の構成を簡略化する上で有効である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の外部ＰＤ方式のＡＰＣ回路では、ＬＤと外部ＰＤとの間の距離が長くなるために、両者間に空間が存在し、かつ両者間の光路も比較的に長くなる。そのため、光路上に異物や障害物が侵入される状態が生じ易く、これら異物や障害物によってＬＤの発光光が遮光されて外部ＰＤにまで到達せず、あるいは外部ＰＤで受光する光強度が低下されてしまう。このような状況になると、ＡＰＣ回路の前記した制御により、ＬＤの発光強度を高めるべく、ＬＤに供給する電流が増大され、過大電流となってＬＤが劣化し、あるいはＬＤが破損されることがあり、レーザ走査装置が正常に機能しなくなるという問題が生じるおそれがある。また、このような問題は、前記したような内部ＰＤ方式においても同様であり、ＬＤのチップ内の端面が熱破損し、内部ＰＤの受光量と外部へ出力するレーザ光の光量の比率が変化される状態となったとき、特に内部ＰＤの受光量の比率が低下されたときに、外部に対するレーザ光の出力を増大するようにＬＤの供給電流が過大電流となり、ＬＤを劣化し、あるいは破損することになる。
【０００５】
本発明の目的は、外部ＰＤ方式のＡＰＣ回路を備えるＬＤ回路において、ＬＤへの過電流を防止してＬＤの劣化を防止することを可能にしたＬＤ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部ＰＤを有するＬＤと、前記ＬＤで発光した光を受光する外部ＰＤと、前記ＬＤに供給する電流を制御するための電流制御回路と、前記内部ＰＤの受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第１の出力制御回路と、前記外部ＰＤの受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第２の出力制御回路と、前記内部ＰＤの受光出力と前記外部ＰＤの受光出力とに基づいて、各ＰＤの異常を判定する手段と、前記異常の判定結果に基づいて前記第１又は第２のいずれか一方の出力制御回路を選択して前記電流制御回路の制御を行う選択手段と、前記異常を判定する手段での異常の判定結果に基づいて前記半導体レーザへの電流供給を停止することが可能な手段を備え、前記ＰＤの異常を判定する手段として、前記内部ＰＤの出力電圧を分圧する第１の分圧手段と、前記外部ＰＤの出力電圧を分圧する第２の分圧手段とを備え、前記内部ＰＤの出力電圧又は前記外部ＰＤの出力電圧、前記第１の分圧手段で分圧された電圧、前記第２の分圧手段で分圧された電圧の大小関係に基づいて前記ＰＤの異常判定を行う構成とし、前記選択手段は、一方のＰＤの異常を検出したときに、他方のＰＤを選択し、当該ＰＤによる出力制御回路での出力制御を実行する構成とする。
【０００７】
また、本発明は、前記ＰＤの異常を判定する手段として、前記内部ＰＤの出力電圧と、前記外部ＰＤの出力電圧の一方の電圧にマージン電圧を加えた電圧と、他方の出力電圧との大小関係に基づいて前記ＰＤの異常判定を行う構成とし、選択手段は、一方のＰＤの異常を検出したときに、他方のＰＤを選択し、当該ＰＤによる出力制御回路での出力制御を実行する構成とする。
【０００８】
本発明においては、内部ＰＤの異常、あるいは外部ＰＤの異常を適正に判定し、異常が生じていない側のＰＤを用いてＬＤの出力制御を行うとともに、その後においてもＬＤの適正な出力制御が実現されない場合に、ＬＤへの電流供給を停止して、ＬＤに過大電流が供給されることを未然に防止し、ＬＤの破損を防止することを可能とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明にかかるＬＤ保護機能を備えた半導体レーザ装置として、レーザ走査装置に適用した実施形態の構成配置である。レーザ走査装置１は、内部ＰＤ１２を一体化したＬＤ１１で発光したレーザビームＬＢをコリメートレンズ１３で平行ビームにし、ビームスプリッタ１４、及びシリンドリカルレンズ１５を透過した後、高速回転駆動されるポリゴンミラー１６に投射する。そして、前記レーザビームＬＢを前記ポリゴンミラー１６の反射面で反射することによって主走査方向に偏向し、ｆθレンズ１７を通して感光ドラム１８の感光面に主走査する。また、前記感光ドラム１８は主走査方向に回転軸１８ａを有しており、その回転軸１８ａの回りに回転駆動することで、前記レーザビームＬＢを副走査し、所定のパターンを描画する。ここで、前記ビームスプリッタ１４の一側位置には、当該ビームスプリッタ１４によって分離されたレーザビームを集光レンズ１９を介して受光する外部ＰＤ２０が配置されており、前記ＬＤ１１でのレーザ光の発光強度を検出するように構成されている。また、前記感光ドラム１８の一側位置には、走査される前記レーザビームをミラー２２を介して受光して水平同期信号ＨＳＹＮＣを出力する同期信号検出器としての同期ＰＤ２１が配置されている。さらに、前記ＬＤ１１、内部ＰＤ１２、外部ＰＤ２０、同期ＰＤ２１等に接続されるレーザ回路２３が設けられている。そして、前記レーザ走査装置１の前記レーザ回路２３には、プリントコントローラ２が接続されており、前記レーザ走査装置１で描画する描画パターンデータを格納し、所要のタイミングでその描画パターンデータを前記レーザ走査装置１に入力させるように構成されている。
【００１０】
図２は前記レーザ走査装置１とプリントコントローラ２の、第１の実施形態の内部構成を示すブロック回路図である。前記プリントコントローラ２は、描画するパターンデータを格納する画像メモリ２０２を有しており、後述する水平同期信号ＨＳＹＮＣに同期して画像クロック２０３から出力されるクロックＣＬＫに基づいて、１主走査ライン毎にパターンデータの強度データを出力する。また、ＣＰＵ２０１は、前記画像メモリ２０２を制御するとともに、前記レーザ走査装置１からの前記内部ＰＤ１２及び外部ＰＤ２０の各動作状態を示す内部動作状態信号と外部動作状態信号を入力し、これらの動作状態信号から得られる各ＰＤの動作状態に基づいて前記レーザ走査装置１での描画濃度を設定する白レベルデータ、黒レベルデータを出力するように構成されている。
【００１１】
一方、前記レーザ走査装置１に備えられている前記ＬＤ１１は、前記レーザ回路２３によってその発光強度が制御され、この制御に基づいて前記画像メモリ２０２に格納されている描画パターンを均一化された濃度で描画するように発光が制御される。すなわち、前記レーザ回路２３内には、前記ＬＤ１１を発光して描画を行うために、前記プリントコントローラ２からのパターンデータに基づいて変調電圧を生成する変調回路部２４と、前記内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０での受光出力に基づいて前記ＬＤ１１の発光強度を制御するＡＰＣ回路部２５を備えている。そして、前記ＬＤ１１は、前記変調回路部２４とＡＰＣ回路部２５によって駆動されるＶ−Ｉ変換器１０１によって供給駆動電流源１０２が制御され、その制御された駆動電流に対応してその発光強度が制御されるように構成されている。
【００１２】
前記変調回路部２４は、前記プリントコントローラ１から出力される白レベルデータを入力する白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３と、同様に黒レベルデータを入力する黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４と、前記クロックＣＬＫと強度データを入力し、クロックＣＬＫに同期した描画レベルを出力する強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５と、前記白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３の出力と前記強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５の出力を加算する加算器１０６とを備えている。
【００１３】
前記変調回路部２４では、図３に示すＬＤの電流−出力強度特性の、しきい値電流Ｉｔｈよりも若干高い電流ＩＷを白レベルとし、この電流ＩＷに対応する白レベルデータが、プリントコントローラ２から白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３に入力され、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３はこの白レベルデータをＤ／Ａ変換して白レベル電圧ＶＷとして出力する。同様に、前記電流−出力強度特性の最大電流に近いＩｍａｘよりも若干低い電流ＩＢを黒レベルとし、この電流ＩＢに対応する黒レベルデータがプリントコントローラ２から黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４に入力され、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４はこの黒レベルデータをＤ／Ａ変換して黒レベル電圧ＶＢとして出力し、この黒レベル電圧ＶＢは、強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５に入力する。強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５では、プリントコントローラ２からの階調化された描画パターンデータ、例えば１０２４階調の描画データと、前記黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４からの電圧ＶＢとを乗算することにより、その乗算結果を前記黒レベル電圧ＶＢをフルスケールとする強度変調用電圧ＶＭとして出力する。そして、この強度変調用電圧ＶＭと前記白レベル電圧ＶＷとを加算器１０６において加算することで、前記白レベル電圧ＶＷと黒レベル電圧ＶＢとの間を、前記描画パターンに基づいて階調化した描画電圧を得ることができ、この描画電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。この基準電圧Ｖｒｅｆは、前記Ｖ−Ｉ変換器１０１の入力に接続されている第１コンパレータ１０７の正入力端に入力される。
【００１４】
一方、前記ＡＰＣ回路部２５では、前記内部ＰＤ１２がＬＤ１１のレーザ光を検出して出力する電流を入力とする内部Ｉ−Ｖ変換器１０８と、前記外部ＰＤ２０がＬＤのレーザ光を検出して出力する電流を入力とする外部Ｉ−Ｖ変換器１０９を備えている。前記各Ｉ−Ｖ変換器１０８，１０９の出力端は、それぞれの出力電圧を選択するための選択スイッチ１１０の選択接点に接続されており、この選択スイッチ１１０で選択された側の電圧が前記第１コンパレータ１０７の負入力端に入力されるように構成されている。また、前記内部Ｉ−Ｖ変換器１０８で変換した電圧Ｖ１を分圧するための第１可変抵抗器１１１と、前記外部Ｉ−Ｖ変換器１０９で変換した電圧Ｖ２を分圧するための第２可変抵抗器１１２が設けられている。そして、前記内部Ｉ−Ｖ変換器１０８の出力電圧Ｖ１と前記第２可変抵抗器１１１の分圧電圧Ｖ２Ｄはそれぞれ第２コンパレータ１１３の正入力端、負入力端に入力され、前記第１可変抵抗器１１１の分圧電圧Ｖ１Ｄと第２可変抵抗器１１２の分圧電圧Ｖ２Ｄはそれぞれ第３コンパレータ１１４の負入力端、正入力端に入力されている。前記第２コンパレータ１１３の出力は、前記内部ＰＤ１２の動作状態を示す内部動作状態信号として、また前記第３コンパレータ１１４の出力は、前記外部ＰＤ２０の動作状態を示す外部動作状態信号として、それぞれ前記選択スイッチ１１０と、前記プリントコントローラ２に入力される。なお、前記内部ＰＤ１２及び外部ＰＤ２０が正常なときには、前記電圧Ｖ１，Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄの間には、Ｖ１＞Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄの関係を満たすように、前記各可変抵抗器１１１，１１２を設定している。
【００１５】
以上の構成のレーザ走査装置では、プリント動作に際しては、プリントコントローラ２からの白レベルデータにより白レベル電圧ＶＷが出力され、描画する像面上での最小パワーが決定される。また、黒レベルデータにより黒レベル電圧ＶＢが出力され、この黒レベル電圧ＶＢによって強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５のフルスケール電圧が設定される。そのため、前記白レベル電圧ＶＷと、強度変調電圧ＶＭとを加算した描画電圧からなる前記基準電圧Ｖｒｅｆは、例えば、強度変調用データに「０」を入れれば、Ｖｒｅｆは白レベル電圧ＶＷになり、また最大値を入れれば黒レベル電圧ＶＢとなる。そして、ＬＤ１１が発光すると、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれにおいて電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、これと同時に外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。これを受けて、ＡＰＣ回路部２５では、前記基準電圧Ｖｒｅｆと、内部ＰＤ１２又は外部ＰＤ２０の出力との関係が一定になるようにＬＤ１１の出力を制御する。
【００１６】
このＡＰＣ回路部２５を含むレーザ走査装置１及びプリントコントローラ２の動作を、図４のフローチャートを用いて説明する。レーザ走査装置１においてＬＤ１１が発光し、出力されるレーザ光がポリゴンミラー１６、ｆθレンズ１７によって感光ドラム１８に対して主走査され、かつ同期ＰＤ２１がレーザ光を受光すると水平同期信号ＨＳＹＮＣを検出する（Ｓ１０１）。すると、変調回路部２４ではプリントコントローラ２の画像メモリ２０２から強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５に強度データを読み込むとともに、ＣＰＵ２０１から白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３及び黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０４にそれぞれ白レベルデータ及び黒レベルデータを読み込む（Ｓ１０２）。そして、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３と強度設定用Ｄ／Ａコンバータ１０５の各出力ＶＷ，ＶＭを受けて、加算器１０６では、前記した演算を行い、白レベル電圧ＶＷと、黒レベル電圧ＶＢから求めたフルスケール電圧とに基づいて、当該強度データに対応した基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、第１コンパレータ１０７の正入力端に入力する（Ｓ１０３）。一方、ＡＰＣ回路部２５では、ＬＤ１１の発光に伴い内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれで受光出力としての電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。
【００１７】
そして、第１可変抵抗器１１１と第２可変抵抗器１１２によって前記電圧Ｖ１により電圧Ｖ１Ｄが発生され、前記電圧Ｖ２により電圧Ｖ２Ｄが発生される。ここで、前記電圧Ｖ１，Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄの間には、Ｖ１＞Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄに設定されているため、正常時には第２コンパレータ１１３においてＶ１＞Ｖ２Ｄが判定され（Ｓ１０９）、さらに第３コンパレータ１１４において、Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄが判定される（Ｓ１１０）ため、選択スイッチ１０７はその接続が外部ＰＤ２０側に切り替えられる（Ｓ１１１）。また、このとき、プリントコントローラ２には、内部ＰＤと外部ＰＤの各動作状態を示す信号としてそれぞれ「異常なし」が送信され、かつ「異常なしモード」に移行する（Ｓ１１２）。この「異常なしモード」では、図５（ａ）のフローチャートのステップＳ２０１において、前記ステップＳ１０２に戻される。そして、このとき選択スイッチ１１０は外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に接続されているため、前記電圧Ｖ２が第１コンパレータ１０７の負入力端に入力され、前記基準電圧Ｖｒｅｆと比較される（Ｓ１０４）。そして、Ｖｒｅｆ＞Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を増加し（Ｓ１０５）、ＬＤ１１の発光強度を増加する（Ｓ１０６）。また、Ｖｒｅｆ＜Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を減少し（Ｓ１０７）、ＬＤ１１の発光強度を減少する（Ｓ１０８）。これにより、外部ＰＤ２０に基づくＡＰＣ制御が実現され、ＬＤ１１の発光強度を一定に保持することが可能となる。
【００１８】
ここで、前記ステップＳ１０９において、Ｖ１＞Ｖ２Ｄを満たしていないときには、内部ＰＤ１２が何らかの理由によって受光電流が低下されたことであると判定できるため、第２コンパレータ１１３の出力により、選択スイッチ１１０を外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に設定し、以降は外部ＰＤ２０の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２に対する動作状態を示す信号として「内部ＰＤ異常」が送信され、かつ「内部ＰＤ異常モード」に移行する（Ｓ１１４）。この「内部ＰＤ異常モード」の動作を、図５（ｂ）のフローチャートに示す。内部ＰＤ１２に異常が生じる要因としては、ＬＤ１１のチップ端面が熱破損し、内部ＰＤ１２の受光量と外部へ出力するレーザ光の光量の比率が変化されたことが考えられる。そのため、プリントコントローラ２のＣＰＵ２０１からの強度データ出力を“０”にし（Ｓ３０１）、次いで白レベルデータ出力を“０”にし（Ｓ３０２）、さらにＬＤ１１への電流供給を停止するとともにレーザ走査装置の動作を停止する（Ｓ３０３）。このとき、通常ではプリントコントローラ２に「内部ＰＤ異常」の表示を行う。したがって、その後に「内部ＰＤ異常」の表示に基づいてＬＤ１１を交換し、前記した異常状態から正常状態に復帰されると（Ｓ３０４）、動作が再スタートされることになる（Ｓ３０５）。
【００１９】
また、前記ステップＳ１１０において、Ｖ２Ｄ＞Ｖ１Ｄを満たしていないときには、外部ＰＤ２０が何らかの理由によって受光による電流が低下されたことであると判定できるため、第３コンパレータ１１４の出力により、選択スイッチ１１０を内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に設定し、以降は内部ＰＤ１２の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２に動作状態を示す信号として「外部ＰＤ異常」が送信され、かつ「外部ＰＤ異常モード」に移行する。この「外部ＰＤ異常モード」では、図５（ｂ）に示したフローチャートのように、レーザ走査装置が調整中であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。レーザ走査装置が調整中の場合には、作業者の手や工具等がＬＤ１１と外部ＰＤ２０との間の光路を遮断していることが要因となることがあるため、調整が終わるまでステップＳ３０６を繰り返す。調整中で無い場合には、前記した内部ＰＤ異常モードで説明したステップＳ３０１に移行する。
【００２０】
このように、この第１の実施形態のレーザ走査装置１及びプリントコントローラ２では、内部ＰＤ１２の異常と、外部ＰＤ２０の異常を直ちに検知した上で、ＬＤ１１をオフしてレーザ走査装置１を停止させるため、内部ＰＤ１２又は外部ＰＤ２０のいずれが劣化された場合でも、ＡＰＣ回路部２５での動作によってＬＤ１１に過大電流を供給することがなくなり、ＬＤ１１の劣化ないし破損を防止することが可能になる。また、この場合、プリントコントローラ２では、内部ＰＤ１２の異常と、外部ＰＤ２０の異常を表示することにより、内部ＰＤ１２と一体のＬＤ１１の交換、あるいは外部ＬＤ２０の交換等の適切な対応をとることが可能になる。
【００２１】
なお、前記第１の実施形態では、内部ＰＤ１２の出力電圧Ｖ１と、第１及び第２の可変抵抗器１１１，１１２で分圧されて分圧電圧Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄを比較して各ＰＤの異常を判定しているが、外部ＰＤ２０の出力電圧Ｖ２と、前記各分圧電圧Ｖ１Ｄ，Ｖ２Ｄを比較して異常を判定することも可能である。
【００２２】
図６は本発明のレーザ走査装置とプリントコントローラの第２の実施形態の内部構成を示すブロック図である。前記第１の実施形態では、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常をレーザ走査装置１で判定しているが、この第２の実施形態では内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常をプリントコントローラ２で判定している。なお、図６において、第１の実施形態と等価な部分には同一符号を付してある。第１の実施形態と異なる構成は、レーザ走査装置１では、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８の出力と、外部Ｉ−Ｖ変換器１０９の出力のそれぞれを分割するために第１の実施形態で設けられた可変抵抗器１１１，１１２と、第２及び第３のコンパレータ１１３，１１４を省略した代わりに、前記各Ｉ−Ｖ変換器１０８，１０９の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１１５，１１６を接続し、これらＡ／Ｄコンバータ１１５，１１６の出力をそれぞれ内部ＰＤ信号、外部ＰＤ信号として前記プリントコントローラ２のＣＰＵ２０１に入力し、このＣＰＵ２０１において内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常を判定し、その判定結果により前記選択スイッチ１１０を選択動作するように構成している。
【００２３】
この第２の実施形態の構成のレーザ走査装置においても、前記したように、プリントコントローラ２からの白レベルデータにより白レベル電圧ＶＷが出力され、描画する像面上での最小パワーが決定される。また、黒レベルデータにより黒レベル電圧ＶＢが出力され、この黒レベル電圧によって強度変調用Ｄ／Ａコンバータのフルスケール電圧が設定される。そのため、前記白レベル電圧ＶＷと、強度変調電圧ＶＭとを加算した描画電圧からなる前記基準電圧Ｖｒｅｆは、例えば、強度変調用データに「０」を入れれば、Ｖｒｅｆは白レベル電圧ＶＷになり、また最大値を入れれば黒レベル電圧ＶＢとなる。そして、ＬＤ１１が発光すると、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれにおいて電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、これと同時に外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。これを受けて、ＡＰＣ回路部２５では、前記基準電圧Ｖｒｅｆと、内部ＰＤ１２又は外部ＰＤ２０の出力との関係が一定になるように動作してＬＤ１１の出力を制御する。
【００２４】
このＡＰＣ回路部を含むレーザ走査装置及びプリントコントローラの動作を、図７のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４０１からＳ４０ までは、第１の実施形態と同様であり、ＬＤ１１が発光し、出力されるレーザ光がポリゴンミラー１６、ｆθレンズ１７によって主走査され、同期ＰＤ２１がレーザ光を受光すると水平同期信号ＨＳＹＮＣを検出する（Ｓ４０１）。すると、変調回路部２４ではプリントコントローラ２の画像メモリ２０２から強度変調用Ｄ／Ａコンバータ１０５に強度データを読み込むとともに、ＣＰＵ２０１から白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３及び黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０５にそれぞれ白レベルデータ及び黒レベルデータを読み込む（Ｓ４０２）。そして、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ１０３と強度設定用Ｄ／Ａコンバータ１０５の各出力ＶＷ，ＶＭを受けて、加算器１０６では、前記した演算を行い、白レベル電圧ＶＷと、黒レベル電圧から求めたフルスケール電圧とに基づいて、当該強度データに対応した基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、第１コンパレータ１０８の正入力端に入力する。一方、ＡＰＣ回路部２５では、ＬＤ１１の発光に伴い内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０のそれぞれで電流が発生し、内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に電圧Ｖ１が発生し、外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に電圧Ｖ２が発生する。
【００２５】
そして、前記電圧Ｖ１，Ｖ２はそれぞれＡ／Ｄコンバータ１１５，１１６によってディジタル化されて内部ＰＤデータと外部ＰＤデータとしてプリントコントローラ２のＣＰＵ２０１に入力される。ＣＰＵ２０１では、内部ＰＤデータＤＶ１と外部ＰＤデータＤＶ２とを比較する。このとき、最初にステップＳ４０９では、ＤＶ１にマージンαを加えた値、ＤＶ１＋αとＤＶ２を比較し、正常時には、ＤＶ１ ＋α＞ＤＶ２と判定されるため、ステップＳ４１０に移行する。ステップＳ４１０では、逆にＤＶ２にマージンβを加えた値、ＤＶ２＋βとＤＶ１を比較し、正常時には、ＤＶ２＋β＞ＤＶ１と判定されるため、スイッチ切替信号を出力し、選択スイッチ１１０を外部ＰＤ側に設定する（Ｓ４１１）。また、このとき、プリントコントローラ２は「異常なし」を出力し、かつ「異常なしモード」に移行する（Ｓ４１２）。この「異常なしモード」は第１の実施形態と同じであり、選択スイッチ１１０は外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に接続されているため、前記電圧Ｖ２が第１コンパレータ１０７の負入力端に入力され、前記基準電圧Ｖｒｅｆと比較される（Ｓ４０４）。そして、Ｖｒｅｆ＞Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を増加し（Ｓ４０５）、ＬＤ１１の発光強度を増加する（Ｓ４０６）。また、Ｖｒｅｆ＜Ｖ２のときには、Ｖ−Ｉ変換器１０１によりＬＤ電流を減少し（Ｓ４０７）、ＬＤ１１の発光強度を減少する（Ｓ４０８）。これにより、外部ＰＤ２０に基づくＡＰＣ制御が実現され、ＬＤ１１の発光強度を一定に保持することが可能となる。
【００２６】
一方、前記ステップＳ４０９において、ＤＶ１＋α＞ＤＶ２を満たしていないときには、内部ＰＤ１２が何らかの理由によって受光による電流が低下されたことであると判定できるため、ＣＰＵ２０１はスイッチ切替信号により、選択スイッチ１１０を外部Ｉ−Ｖ変換器１０９に設定し、以降は外部ＰＤ２０の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２は「内部ＰＤ異常」を出力し（Ｓ４１３）、かつ「内部ＰＤ異常モード」に移行する（Ｓ４１４）。この「内部ＰＤ異常モード」の動作は第１の実施形態と同じであり、図５（ｂ）に示したように、ＣＰＵ２０１からの強度データ出力を“０”にし（Ｓ３０１）、次いで白レベルデータ出力を“０”にし（Ｓ３０２）、さらにＬＤ１１への電流供給を停止するとともにレーザ走査装置の動作を停止する（Ｓ３０３）。その後、プリントコントローラ２での「内部ＰＤ異常」の表示に基づいてＬＤ１１の交換等が行われ、異常状態ーから復帰されると（Ｓ３０４）、再スタートされる（Ｓ３０５）。
【００２７】
また、前記ステップＳ４１０において、ＤＶ２＋β＞ＤＶ１を満たしていないときには、外部ＰＤ２０が何らかの理由によって受光による電流が低下されたことであると判定できるため、ＣＰＵ２０１からのスイッチ切替信号により、選択スイッチ１１０を内部Ｉ−Ｖ変換器１０８に設定し、以降は内部ＰＤ１２の受光に基づくＡＰＣ動作を行うようにする。そして、このときには、プリントコントローラ２は「外部ＰＤ異常」を出力し（Ｓ４１５）、かつ「外部ＰＤ異常モード」に移行する（Ｓ４１６）。この「外部ＰＤ異常モード」についても第１の実施形態と同様であり、レーザ走査装置１が調整中であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。レーザ走査装置が調整中の場合には、作業者の手や工具等がＬＤと外部ＰＤとの間の光路を遮断していることが要因となることがあるため、調整が終わるまでステップＳ３０６を繰り返す。調整中でない場合には、前記したステップＳ３０１に移行する。
【００２８】
このように、第２の実施形態においても、内部ＰＤ１２の異常と、外部ＰＤ２０の異常を直ちに検知した上で、ＬＤ１１をオフし、レーザ装置装置１を停止するため、ＡＰＣ動作によってＬＤ１１に過大電流を供給することがなくなり、ＬＤ１１の劣化ないし破損を防止することが可能になる。なお、この第２の実施形態では、内部ＰＤ１２と外部ＰＤ２０の異常をプリントコントローラ２のＣＰＵ２０１で行っているため、レーザ走査装置１には第１の実施形態で必要とされていた可変抵抗器や第２及び第３のコンパレータが不要となり、代わりにＡ／Ｄコンバータを設けるのみでよいため、レーザ走査装置の構成を簡略化することが可能となる。また、第１の実施形態と同様に、プリントコントローラにおいて、内部ＰＤの異常と、外部ＰＤの異常を表示することも可能であり、これに基づいて内部ＰＤと一体のＬＤの交換、あるいは外部ＬＤの交換等の適切な対応をとることが可能になる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、内部フォトダイオードの受光出力と外部フォトダイオードの受光出力の両方の受光出力に基づき、両受光出力とその分圧出力とを比較することで、あるいは一方の受光出力と他方の受光出力にマージンを加えた出力とを比較することで、各フォトダイオードの異常を判定し、その判定結果に基づいて異常が生じていない側の内部ＰＤ又は外部ＰＤのいずれか一方による出力制御回路を選択してＬＤの電流制御回路の制御を選択し、また異常の判定結果に基づいてＬＤへの電流供給を停止することが可能な構成としているので、内部ＰＤの異常、あるいは外部ＰＤの異常を適正に判定するとともに、異常が生じていない側のＰＤを用いてＬＤの出力制御を行うとともに、その後においてもＬＤの適正な出力制御が実現されない場合に、ＬＤへの電流供給を停止して、ＬＤに過大電流が供給されることを未然に防止し、ＬＤの破損を未然に防止してＬＤを確実に保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をレーザ走査装置に適用した全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のレーザ走査装置とプリントコントローラの主要部のブロック回路図である。
【図３】ＬＤの電流−強度特性を示すグラフである。
【図４】第１の実施形態におけるＰＤの異常判定動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】異常判定時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態のレーザ走査装置とプリントコントローラの主要部のブロック回路図である。
【図７】第２の実施形態におけるＰＤの異常判定動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ レーザ走査装置
２ プリントコントローラ
１１ ＬＤ（半導体レーザ）
１２ 内部ＰＤ（内部フォトダイオード）
１６ ポリゴンミラー
１８ 感光ドラム
２０ 外部ＰＤ（外部フォトダイオード）
２１ 同期ＰＤ（同期フォトダイオード）
１０１ Ｖ−Ｉ変換器
１０２ 供給駆動電流源
１０３ 白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ
１０４ 黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ
１０５ 強度変調用Ｄ／Ａコンバータ
１０６ 加算器
１０７ 第１コンパレータ
１０８ 内部Ｉ−Ｖ変換器
１０９ 外部Ｉ−Ｖ変換器
１１０ 選択スイッチ
１１１ 第１可変抵抗器
１１２ 第２可変抵抗器
１１３ 第２コンパレータ
１１４ 第３コンパレータ
１１５ 内部Ａ／Ｄコンバータ
１１６ 外部Ａ／Ｄコンバータ
Claims (4)
- 発光した光をモニタする内部受光素子を有する半導体レーザと、前記半導体レーザで発光した光を受光する外部受光素子と、前記半導体レーザに供給する電流を制御するための電流制御回路と、前記内部受光素子の受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第１の出力制御回路と、前記外部受光素子の受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第２の出力制御回路と、前記内部受光素子の受光出力と前記外部受光素子の受光出力とに基づいて、前記各受光素子の異常を判定する手段と、前記異常の判定結果に基づいて前記第１又は第２のいずれか一方の出力制御回路を選択して前記電流制御回路の制御を行う選択手段と、前記異常を判定する手段での異常の判定結果に基づいて前記半導体レーザへの電流供給を停止することが可能な手段とを備え、前記受光素子の異常を判定する手段は、前記内部受光素子の出力電圧を分圧する第１の分圧手段と、前記外部受光素子の出力電圧を分圧する第２の分圧手段とを備え、前記内部受光素子の出力電圧又は前記外部受光素子の出力電圧、前記第１の分圧手段で分圧された電圧、前記第２の分圧手段で分圧された電圧の大小関係に基づいて前記受光素子の異常判定を行い、前記選択手段は、一方の受光素子の異常を検出したときに、他方の受光素子を選択し、当該他方の受光素子による出力制御回路での出力制御を実行することを特徴とする半導体レーザ装置。
- 発光した光をモニタする内部受光素子を有する半導体レーザと、前記半導体レーザで発光した光を受光する外部受光素子と、前記半導体レーザに供給する電流を制御するための電流制御回路と、前記内部受光素子の受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第１の出力制御回路と、前記外部受光素子の受光出力に基づいて前記電流制御回路の動作を制御する第２の出力制御回路と、前記内部受光素子の受光出力と前記外部受光素子の受光出力とに基づいて、前記各受光素子の異常を判定する手段と、前記異常の判定結果に基づいて前記第１又は第２のいずれか一方の出力制御回路を選択して前記電流制御回路の制御を行う選択手段と、前記異常を判定する手段での異常の判定結果に基づいて前記半導体レーザへの電流供給を停止することが可能な手段とを備え、前記受光素子の異常を判定する手段は、前記内部受光素子の出力電圧と前記外部受光素子の出力電圧の一方の電圧にマージン電圧を加えた電圧と、他方の出力電圧との大小関係に基づいて前記受光素子の異常判定を行い、前記選択手段は、一方の受光素子の異常を検出したときに、他方の受光素子を選択し、当該他方の受光素子による出力制御回路での出力制御を実行することを特徴とする半導体レーザ装置。
- 前記内部受光素子を備える半導体レーザと、前記外部受光素子と、前記第１出力制御回路と、前記第２出力制御回路とを備えるレーザ走査装置と、前記レーザ走査装置に対して前記レーザ光を描画するための描画データを出力するプリントコントローラとを備え、前記受光素子の異常を判定する手段は、前記レーザ走査装置または前記プリントコントローラのいずれか一方に設けられる請求項１又は２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記レーザ走査装置は、前記半導体レーザで発光されるレーザ光の発光強度を制御するための変調手段と、前記半導体レーザから出射される前記レーザ光を感光面に対して主走査するための主走査手段と、前記感光面を前記主走査の方向と垂直な方向に移動させる副走査手段を備え、前記プリントコントローラは、前記変調手段に対して描画するパターンの発光強度を制御するための描画データを出力する画像メモリと、前記画像メモリを制御するとともに、判定された異常の状態に対応して少なくとも前記半導体レーザへの電流供給を停止する制御を行うＣＰＵ（中央処理装置）を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
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