JP3728090B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置に関し、特に、レーザー光源からのレーザー光を検知した検知信号に基づいてレーザー光源を駆動して感光体を露光し、感光面に潜像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル光通信や電子写真の画像形成装置などで、電気パルス信号を光パルスに変換するために発光素子としてレーザーダイオードが用いられており、その発光量は素子の動作温度が変化しても所望の光量が得られることが要求されている。しかしながら、レーザーダイオードの発光特性は、動作温度に大きく依存しており、動作温度の変化に伴い所望の光量を得るためには、発光素子駆動回路によりレーザーダイオード駆動電流を制御する必要がある。
【０００３】
図９は、第１の従来例として、カソード駆動タイプレーザーのパルス電流制御によるレーザーダイオード駆動回路の構成を示す。
【０００４】
図９において、１０１はコンパレータ、１０２、１０６は基準電圧源、１０３はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、１０４はホールドコンデンサ（ＣＨ）、１０５は電流増幅回路、１０８は基準電流源（Ｉ０）、１０７はスイッチング回路（ＳＷ）、１１１はレーザーダイオード（ＬＤ）、１１２はフォトダイオード（ＰＤ）、１１０はモニタ抵抗（ＲＭ）である。
【０００５】
図９の従来例において、サンプルホールド回路１０３がサンプリング状態にある期間中（以下、ＡＰＣ：（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）動作中という）は、スイッチング回路１０７はオン状態にあり、また、入力データ（ＤＡＴＡ）はレーザーダイオード１１１が全面発光状態になるように設定されている。レーザーダイオード１１１の発光量が所望の光量になるよう、フォトダイオード１１２でレーザーダイオード１１１からの光量をモニタし、フォトダイオード１１２に発生するモニタ電流ＩＭをモニタ抵抗１１０に流すことにより、モニタ抵抗端１１０にはモニタ電圧ＶＭが発生する。モニタ電圧ＶＭが一定（すなわち発光量が一定）になるように、電流増幅回路１０５が基準電流源１０８を基にレーザーダイオード駆動電流を制御する。
【０００６】
また、サンプルホールド回路１０３がホールド期間中は、入力データに応じスイッチング回路１０７がレーザーダイオード駆動電流をオン／オフさせることで、レーザーダイオード１１１にパルス変調信号を与える。
【０００７】
しかしながら、図９の構成では、光パルス変調の動作周波数が高くなるとレーザーダイオード特有の発光遅延が問題となり、変調された光パルスの過渡特性が悪くなる。
【０００８】
図１０は、第１の従来例の問題点を解決する手法の１つである第２の従来例を示す。第２の従来例は、レーザーダイオードの発光遅延による光パルスの過渡特性を改善するために、レーザーダイオード駆動電流に直流のバイアス電流を加えたものである。基本的な構成は図９の第１の従来例と同じなので、詳細な説明は省略する。１０９はバイアス電流を与える電流源（ＩＢ）、１１５は基準パルス電流源（ＩＰ０）である。
【０００９】
図１０の従来例でも、ＡＰＣ動作中はスイッチング回路１０７はオン状態にあり、また入力データはレーザーダイオード１１１が全面発光状態になるように設定されている。全面発光状態でレーザーダイオード１１１の発光量が一定になるよう、フォトダイオード１１２とモニタ抵抗１１０の構成によって得られるモニタ電圧ＶＭを基に、基準パルス電流ＩＰ０から電流増幅回路１０５でパルス電流ＩＰを制御し、パルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢを重畳することでレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを決定している。
【００１０】
また、ホールド期間中は、入力データに応じてスイッチング回路１０７がパルス電流ＩＰをオン／オフさせることで、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤパルパルス変調信号を与えている。
【００１１】
図１０の従来例では、バイアス電流ＩＢをレーザーダイオード１１１が発光するしきい値電流付近まで加えなければ、レーザーダイオード１１１の発光遅延を効果的に減少させることができない。
【００１２】
しかし、図１０の従来例では、レーザーダイオード１１１の発振しきい値電流は先に述べたように動作温度により変化し、また、個々の素子によっても変化するため、光パルスが完全にオフせず、十分な消光比を取ることができなくなる可能性が高い。したがって、実際の使用上は、しきい値電流付近にバイアス電流を固定値で設定することは困難である。
【００１３】
図１１は第３の従来例を示す。第３の従来例は、第２の従来例と同様に駆動電流にバイアス電流を加えたものであるが、制御する電流の対象がバイアス電流になっており、パルス電流は固定としている。図９の参照番号と同じものに関しては詳細な説明を省く。１１３はバイアス電流ＩＢを決定する基準バイアス電流源（ＩＢ０）、１１４はパルス電流ＩＰを与えるパルス電流源（ＩＰ）である。
【００１４】
図１１の従来例でも、ＡＰＣ動作中は、スイッチング回路１０７はオン状態にあり、また、入力データはレーザーダイオード１１１が発光状態になるように設定されている。発光状態でレーザーダイオード１１１の発光量が所望の値になるよう、フォトダイオード１１２とモニタ抵抗１１０の構成によって得られるモニタ電圧ＶＭと所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１との誤差電圧を基に、基準バイアス電流ＩＢ０を電流増幅回路１０５にてバイアス電流ＩＢを制御し、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを制御している。また、ホールド期間中は入力データに応じてパルス電流ＩＰをスイッチング回路１０７にてオン／オフさせることで、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤにパルスデータを与え光パルス変調を行なっている。
【００１５】
しかし、図１１の従来例では、レーザーダイオード１１１の低温動作時等、レーザーダイオード駆動電流が少なくてよいときに、バイアス電流が不用となり制壇咐能状態に陥る可能性がある。
【００１６】
以下、制御不能な状態に陥る場合について更に詳しく説明する。
【００１７】
図１２は、一般的なレーザーダイオードの動作温度変化によるレーザー駆動ダイオード電流と光出力の関係を示す。
【００１８】
動作温度が上昇するとしきい値電流は高くなり、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが増加する。この場合は、先に述べたような問題は起こらない。反対に、動作温度が低下するとしきい値電流は低くなり、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬは少なくてすむので、レーザーダイオードからの光出力ｐを所望の値にするためにバイアス電流ＩＢを減少させる。しかし、バイアス電流ＩＢが不要で、さらに、パルス電流ＩＰの設定値よりも少ない値で所望の光出力が得られるようなところでは、光量を一定にする制御ができなくなってしまう。これは、固定値であるパルス電流ＩＰを設定値以下にすることができないからである。
【００１９】
また、レーザーダイオードの温度特性にはもう一つ特有の現象がある。特有の現象は、レーザー発振領域でのスロープ効率（微分効率ともいう）が低下するというものである。したがって、光パルス変調を行なう上で、動作温度の上昇等によりレーザーダイオード駆動電流が増加し、スロープ効率が低下した場合、パルス電流を大きくしなければレーザーダイオードの消光比を十分に確保することができない。
【００２０】
図１３は、温度変化に対するレーザ駆動電流ＩＬＤの変化とパルス電流およびバイアス電流の割合の関係を示している。
【００２１】
動作温度Ｔａが高温から低温に低下すると、レーザー駆動電流ＩＬＤは減少する。さらに動作温度が低下し、バイアス電流ＩＢがＩＢ＝０のところまでは、レーザーダイオードからの発光量を一定にする制御が可能であるが、バイアス電流ＩＢが不要なところになると、制御ができなくなってしまう。すなわち、図１３中の領域Ａではパルス電流ＩＰを減少させる電流が必要となるため、所望の光量にする制御を行えない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の技術では、レーザーダイオードの発光動作の高速性を確保するために、通常、発振しきい値電流に近い直流電流をバイアス電流として供給しておき、入力データに応じたパルス電流をバイアス電流に重畳してレーザーダイオードに電流を供給している。レーザーダイオードの発光動作の駆動方法としては、パルス電流制御とバイアス電流制御があり、それぞれ一長一短がある。
【００２３】
バイアス電流制御においては、光パルス変調において高速性を確保できるが、レーザーダイオードの動作温度変化などによって、発振しきい値電流やスロープ効率の変化により、レーザー光の消光比を十分に取れない可能性が高く、また、バイアス電流がゼロ以下のとこでは、所望の光量にする制御を行えない。一方、パルス電流制御においては、いかなる動作温度においてもバイアス電流をしきい値電流を超えない程度に設定することにより、レーザー光の消光比を十分確保できるが、周波数の高い光パルス変調を行なったときに光パルスの過渡特性が悪くなってしまう。
【００２４】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みて成されたものであって、その目的は、上記の課題を解決した画像形成装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために請求項１の本発明の装置は、光源が所望の光量の光ビームを発生するための駆動電流値を決定する決定手段と、前記決定手段により決定される駆動電流値に基づいて、入力信号に応じて変調されるパルス電流を前記光源へ供給する手段とを有し、所望の光量の変調光ビームを光源より発生させて画像を形成する画像形成装置において、前記パルス電流の振幅が所定の制限値を超えない様に該パルス電流を該制限値に制限する制限手段を設け、前記制限手段により制限されたパルス電流の振幅値と前記決定手段により決定された駆動電流値との差分が前記入力信号にかかわらず前記光源へ供給される様構成したことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項２の本発明の装置は、前記光源から発生される光ビームの光量をモニタするモニタ手段を有し、前記決定手段が、前記モニタ手段によりモニタされた光量に基いて、前記駆動電流の値を決定する手段を有することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項３の本発明の装置は、前記決定手段が、電流増幅器を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項４の本発明の装置は、前記光源が半導体レーザであることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項５の本発明の装置は、前記決定手段により決定された駆動電流から、前記制限されるパルス電流の振幅分を減算する電流減算手段と、前記電流減算手段の出力と、前記制限手段により制限されたパルス電流とを加算する電流加算手段とを有し、前記電流加算手段の出力を前記半導体レーザのカソードへ供給することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項６の本発明の装置は、前記決定手段により決定された駆動電流から、前記制限手段により制限されたパルス電流を減算する電流減算手段を有し、前記電流減算手段の出力を、前記半導体レーザのアノードに供給することを特徴とする。
また、請求項７の本発明の装置は、前記制限手段が前記駆動電流の値に基いて前記パルス電流の振幅を制限することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明を適用した画像形成装置の実施の形態１を示す側面透視図である。
【００３３】
図１が示す複写機１は画像形成装置の一種であり、原稿給紙装置２上に積載された原稿が１枚づつ順次原稿台ガラス面３上に搬送される。原稿が原稿台ガラス面嘘代に搬送されると、スキャナーユニット４内のランプ５が点灯すると共に、スキャナーユニット４が図中Ｘ方向に移動して原稿面全体を照射する。
【００３４】
原稿からの反射光はミラー６ａ，６ｂ，６ｃを介した後にレンズ系７を通り、図中Ｚ方向に延在するリニアイメージセンサ８の撮像面に、原稿に記載された画像を結像する。リニアイメージセンサ８は結像した画像を光電変換し、画像信号を出力する。この画像信号は、信号処理回路（図示せず）によって相関二重サンプリング、波形整形等の処理を施された後、例えばＤＲＡＭで構成される画像メモリ（図示せず）に一旦格納され、再び読み出される。読み出された画像信号は、露光制御部９に入力される。
【００３５】
露光制御部９は光源に相当する半導体レーザを含んでおり、この半導体レーザは画像メモリから読み出された画像信号に応じて発光タイミングを制御される。半導体レーザからのレーザビームは、回転多面鏡１０に照射される。円筒状の感光ドラム１１は図中時計回り方向（ＣＷ）に回転しており、帯電器１２によって感光面を一様に帯電されている。回転多面鏡１０からの反射光はミラー６ｄで反射された後に感光ドラム１１の感光面に照射されて帯電した電荷の一部を除去し、感光面に静電潜像を形成する。半導体レーザに代えて、たとえばガスレーザを光源として使用することも考えられるが、この場合には高速で光変調する光変調装置が必要になる。
【００３６】
ここで、図２は図１中の要部の構成を示す図である。図２において、図１の構成要素と同一構成要素には同一の符号を付してあり、ミラー６ａは省略してある。
【００３７】
半導体レーザ２０からのレーザビームＬは、コリメータレンズ２１および絞り２２によりほぼ平行光にされて、所定のビーム経で回転多面鏡１０に入射する。回転多面鏡１０は、図中反時計回り方向（ＣＣＷ）に等角速度で回転している。この回転により、回転多面鏡１０に入射したレーザビームＬは連続的に反射角度を変える偏向ビームＬｄとなって反射される。
【００３８】
円弧走査光である偏向ビームＬｄはｆ−θレンズ２３により集光作用を受け、感光ドラム１１の感光面上の直線に焦点を結ばせる。同時に、ｆ−θレンズ２３が走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行うので、偏向ビームＬｄは感光ドラム１１の感光面を図中矢印方向に等速で走査する。感光ドラム１１への静電潜像の形成は、半導体レーザ２０の発光タイミングを前記した画像メモリからの画像信号に応じて可変制御することによって行われる。
【００３９】
ビームディテクタ２４は回転多面鏡１０からの偏向ビームＬｄを検知し、距離ｄに応じた一定時間後に画像信号に基づいてレーザビームＬの変調を開始するように半導体レーザ２０の駆動タイミングが制御される。これにより、感光ドラム１１の感光面上での画像の記録開始位置を一定にすることができる。
【００４０】
図１に戻って説明するに、偏向ビームＬｄによって感光面上の電荷を画像信号に応じて除去されて露光されることで、感光ドラム１１に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１３によってトナーを塗布されることで現像される。感光ドラム１１に形成された静電潜像が現像されるタイミングに合わせて、被転写紙が被転写紙積載部１４ａまたは１４ｂから搬送機構によって感光ドラム１１近傍位置まで搬送されてくる。
【００４１】
そして、被転写紙が感光ドラム１１の下方に配設された転写器１５と感光ドラム１１の間を通ることで、現像された画像が被転写紙に転写される。その後、被転写紙上の画像は定着器１６によって加熱され、被転写紙に定着される。画像を定着されて印刷が終了した被転写紙は、排紙ローラ１７によってマルチトレイ装置１８の所定のトレイに排紙される。
【００４２】
図３は、本発明を適用した画像形成装置に用いられるカソード駆動タイプレーザーダイオードを駆動する発光素子駆動回路の実施の形態１を示すものである。
【００４３】
図３において、３１はコンパレータ、３２はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、３３はホールドコンデンサ（ＣＨ）、３４は可変ｇｍアンプ、３５は電流制限回路（ＬＩＭ）、３６はスイッチング回路（ＳＷ）、３７、３８は電流バッファ、３９は電流減算回路、４０は電流加算回路、４１はレーザーダイオード（ＬＤ）、４２はフォトダイオード（ＰＤ）、４３は電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ）を示す。
【００４４】
まず、本実施の形態で使用する可変ｇｍアンプ３４の定義について説明する。可変ｇｍアンプ３４は２つの電圧と１つの基準電流Ｉｉｎを入力とする電流増幅器であり、出力電流が基準電流Ｉｉｎに対してある関数を持っている。可変ｇｍアンプ３４の出力電流Ｉｏｕｔは、２つの入力電圧の電位差を△ｖｉとすると、以下の式で表される。なおここでは、説明を簡単にするために、可変ｇｍアンプ３４のゲインは１とする。
【００４５】
【数１】
Ｉｏｕｔ＝ｆ（△ｖｉ）・Ｉｉｎ＝ｋ・Ｉｉｎ
ただし、ｋ＝ｆ（△ｖｉ）
ここで、ｋは０≦ｋ≦１の値をとり、以下、制御関数ｋと呼ぶことにする。
【００４６】
入力電位差△ｖｉが−１〜＋１間において変化した時、制御関数ｋ、出力電流Ｉｏｕｔは、以下のように変化するものとする。なお、上記変化範囲では、制御関数ｋ、出力電流Ｉｏｕｔは線形に変化しているものとする。
【００４７】
【数２】
△ｖｉ＝−１〜 ０ 〜＋１
ｋ＝ ０〜 ０．５ 〜１
Ｉｏｕｔ＝ ０〜Ｉｉｎ／２〜Ｉｉｎ
図３において、フォトダイオード４２の出力のモニタ電流ＩＭは電流電圧変換回路４３に入力され、電流電圧変換回路４３の出力電圧ＶＭはコンパレータ３１の負入力端子に入力されている。コンパレータ３１の正入力端子には、所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、コンパレータ３１の出力はサンプルホールド回路３２に入力されている。サンプルホールド回路３２には、ホールドコンデンサ３３が接続されている。サンプルホールド回路３２の出力電圧Ｖｅｒｒは、可変ｇｍアンプ３４の正入力端子に入力されている。
【００４８】
可変ｇｍアンプ３４の負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、基準電流としてＩ０が入力されており、２つの入力電圧Ｖｅｒｒ、Ｖｒｅｆ２の電位差に応じて出力される電流が発光量を決定するレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ（＝ｋ・Ｉ０）となる。レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、電流制限回路３５と電流バッファ３７に入力されている。電流制限回路３５には電流制限値として基準パルス電流ＩＰ０が入力されており、電流制限回路３５の出力をレーザーダイオード４１の出力光に光パルス変調信号の振幅レベルを与える電流としている。
【００４９】
電流制限回路３５の出力電流は、スイッチング回路３６と電流バッファ３８に入力されている。電流バッファ３７の出力電流と電流バッファ３８の出力電流は電流減算回路３９にて電流減算され、減算された電流をパルス変調時のローレベルの電流とし、バイアス電流ＩＢと呼ぶことにする。スイッチング回路３６の出力電流ＩＰ（これをパルス電流とする）とバイアス電流ＩＢは、電流加算回路４０にて電流加算される。加算された電流はレーザーダイオード４１のカソードに供給される。
【００５０】
ここで、電流制限回路３５の入出力特性は、出力電流ＩＰの最大値が図４の（ａ）の曲線に示すように入力のレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤの増大に対して一定の電流制限値（ｋ２・ＩＰＯ＝ＩＰ０）に制限されるものとする。
【００５１】
次に、本実施の形態においてレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを決定する動作について説明する。
【００５２】
ＡＰＣ動作中は、スイッチング回路３６はオン状態で、画像信号に基づいた入力データ（ＤＡＴＡ）はレーザーダイオード４１が全面発光状態になるように設定されているものとする。スイッチング回路３６がオンの状態で、レーザーダイオード４１の光出力をフォトダイオード４２でモニタすることにより、電流電圧変換回路４３にモニタ電流ＩＭが流れ、電流電圧変換回路４３の出力にはモニタ電圧ＶＭが発生する。
【００５３】
コンパレータ３１はモニタ電圧ＶＭと所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１を比較し、その結果をサンプルホールド回路３２を介して誤差電圧Ｖｅｒｒとして可変ｇｍアンプ３４に出力する。可変ｇｍアンプ３４は、誤差電圧Ｖｅｒｒと基準電圧Ｖｒｅｆ２の電位差を基に制御関数ｋを決定し、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを制御する。
【００５４】
制御関数ｋが０から１まで線形に変化したとき、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤも線形に変化しており、その時のパルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢは、以下のように決定される。なお、下記で使用している変数ｋ１は電流制御が働きはじめるときの制御関数値であり、変数ｋ２は電流制御が完全に働いているときの制御関数値である。
【００５５】
▲１▼制御関数ｋが０≦ｋ≦ｋ１の範囲では、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０より小さいので電流制限回路３５が動作せず、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤがパルス電流ＩＰとなる。すなわち、０≦ｋ≦ｋ１の領域では、レーザーダイオード４１はパルス電流制御によって発光動作を制御されている。
【００５６】
▲２▼制御関数ｋがｋ１≦ｋ≦ｋ２の範囲では、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０に近づくため、電流制限回路３５が徐々に動作し始め、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤとパルス電流ＩＰに差が生じる。電流ＩＬＤと電流ＩＰの差分がバイアス電流ＩＢとなり、制御関数ｋがさらに増加するとバイアス電流ＩＢも徐々に増加していく。つまり、ｋ１≦ｋ≦ｋ２の領域はパルス電流制御からバイアス電流制御へ移行している領域であり、レーザーダイオード４１はパルス電流制御とバイアス電流制御が混在した状態で発光動作を制御されている。
【００５７】
▲３▼制御関数ｋが、ｋ２≦ｋ≦１の範囲では、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０よりも大きいので電流制御回路３５が十分に動作しており、パルス電流ＩＰは電流制限値である基準パルス電流ＩＰ０となり、バイアス電流ＩＢは線形に増加していく。すなわち、ｋ２≦ｋ≦１の領域では、レーザーダイオード４１はバイアス電流制御によって発光動作を制御されている。
【００５８】
図５は上記説明を図示したものであり、本実施の形態のレーザーダイオード駆動回路は、パルス電流制御からバイアス電流制御への移行を連続的に行なえる。また、移行途中では両者が混在する状態での制御を行なえる。本実施の形態のレーザーダイオード駆動回路はさらに、バイアス電流制御からパルス電流制御への、上記説明とは逆方向の移行も連続的に行なえる。
【００５９】
また、サンプルホールド回路３２がホールド状態にある時は、ホールドコンデンサ３３にホールドされた誤差電圧Ｖｅｒｒにより制御関数ｋが決まり、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが決定され、パルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢも決定される。
【００６０】
なお、入力データに応じた光パルス変調を行なうためには、スイッチング回路３６を入力データに応じてオン／オフさせる。
【００６１】
図６は動作温度が変化したときの本実施の形態におけるレーザーダイオード駆動電流示す図であり、図１３に対応している。
【００６２】
縦軸のレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを構成するパルス電流ＩＰおよびバイアス電流ＩＢの割合は、横軸の動作温度Ｔａに対して図示の関係となっている。図６と図１３を比較すると分かるように、本実施の形態を用いると、従来の技術で制御不能だった領域（図１３に示した領域Ａに相当する領域）でも制御できる。すなわち、動作温度Ｔａが高いときはパルス電流が一定となってバイアス電流制御、動作温度Ｔａが低いときはパルス電流制御により制御範囲を従来よりも広くすることができる。
【００６３】
また、本実施の形態の更なる特徴は、電流制限回路３５の電流制限値である基準パルス電流ＩＰ０の値を変えることで、パルス電流制御からバイアス電流制御への制御の移行点、あるいは、バイアス電流制御からパルス電流制御への制御の移行点を自由に変えることができる点である。極論するならば、基準パルスＩＰ０を最大レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ以上に設定すると、レーザーダイオード４１の発光動作はパルス電流制御によって行われる。
【００６４】
さらに、バイアス電流ＩＢはレーザ駆動電流ＩＬＤとパルス電流ＩＰの差から決定しているので、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、制御の移行点に関係なくコンパレータ３１が出力する誤差電圧Ｖｅｒｒによってのみ決定される。
【００６５】
以上説明したように本実施の形態では、可変ｇｍアンプ３４により所望の光量が得られるよう制御されたレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬから、電流制限回路３５とスイッチング回路３６を用いてパルス電流ＩＰを決定し、また、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬとパルス電流ＩＰとの差分を電流減算回路３９により求めてバイアス電流ＩＢとし、パルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢを電流減加算回路４０により重畳したものをレーザーダイオード４１のカソードに供給している。
【００６６】
これにより、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが少なくてすむ低温動作時には、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが電流制限回路３５の制限値以下であり、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬのすべてがパルス電流ＩＰでパルス電流ＩＰのみで制御可能となる。したがって、完全にパルス電流制御によってのみレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを制御することでレーザーダイオード４１の発光動作が制御される。
【００６７】
レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが電流制限回路３５の制限値（基準パルス電流値）に近づき、パルス電流ＩＰの増加量が徐々に減少し、レーザダイオード駆動電流ＩＤＬが少なくて済みバイアス電流ＩＢが不要となりつつある場合には、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬとパルス電流ＩＰとの差分がバイアス電流ＩＢとして発生する。つまりこの時は、パルス制御とバイアス制御が混在した状態でレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを制御することでレーザーダイオード４１の発光動作が制御される。
【００６８】
さらに、レーザーダイオード４１の動作温度変化等によりレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを多く必要とする高温動作時には、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが電流制限回路３５の制限値以上であり、パルス電流ＩＰは電流制限回路３５の制限値となり、バイアス電流ＩＢはレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬとパルス電流ＩＰの差になる。したがって、バイアス電流制御によってのみレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを制御することでレーザーダイオード４１の発光動作が制御される。
【００６９】
上記の制御の移行、つまり、バイアス電流制御からパルス電流制御への移行、あるいは、パルス電流からバイアス電流への移行は、自動的且つ連続的に行なうことができる。また、電流制限値を決定する基準パルス電流は任意に設定することができるので、制御の移行点を自由に変えることもできる。
【００７０】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２として、アノード駆動タイプのレーザーダイオード駆動回路を示すものである。図７中で使用している参照番号は実施の形態１と同じなので、図中の構成要素についての説明は省略する。
【００７１】
図７において、フォトダイオード４２の出力のモニタ電流ＩＭは電流電圧変換回路４３に入力され、電流電圧変換回路４３の出力電圧ＶＭはコンパレータ３１の負入力端子に入力されている。コンパレータ３１の正入力端子には所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、コンパレータ３１の出力はサンプルホールド回路３２に入力されている。サンプルホールド回路３２には、ホールドコンデンサ３３が接続されている。サンプルホールド回路３２の出力電圧Ｖｅｒｒは、可変ｇｍアンプ３４の正入力端子に入力されている。
【００７２】
可変ｇｍアンプ３４には基準電流としてＩ０が入力されており、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、２つの入力電圧Ｖｅｒｒ、Ｖｒｅｆ２の電位差に応じて出力される電流が発光量を決定するレーザー駆動電流ＩＬＤ（＝ｋ・Ｉ０）となる。レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、電流制限回路３５と電流バッファ３７に入力されており、電流制限回路３５の出力をレーザーダイオード４１の出力光に光パルス変調信号の振幅レベルを与える電流とし、電流制限回路３５には電流制限値として基準パルス電流ＩＰ０が入力されている。
【００７３】
電流制限回路３５の出力電流はスイッチング回路３６に入力され、電流バッファ３７の出力電流とスイッチング回路３６の出力電流（この電流をパルス電流ＩＰとする）は電流減算回路３９にて電流減算され、減算した電流をレーザーダイオード４１のアノードに供給する。ここで、電流制限回路３５の特性は、実施の形態１と同じように、制御関数ｋの変化に対して図４の（ａ）の曲線に示すような特性を持つものとする。
【００７４】
次に、本実施の形態の動作について説明する。なお、ＡＰＣ動作中は、スイッチング回路３６はオフ状態であるとする。スイッチング回路３６がオフの状態で、レーザーダイオード４１からの出力光をフォトダイオード４２で検出することで、フォトダイオード４２にはモニタ電流ＩＭが流れる。モニタ電流ＩＭを電流電圧変換回路４３を用いてモニタ電圧ＶＭに変換し、モニタ電圧ＶＭと所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１とをコンパレータ３１で比較し、その結果をサンプルホールド回路３２を介して誤差電圧Ｖｅｒｒとして可変ｇｍアンプ３４に出力する。可変ｇｍアンプ３４では、誤差電圧Ｖｅｒｒと基準電圧Ｖｒｅｆ２との電位差により制御関数ｋが決定され、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ（＝ｋ・Ｉ０）が制御される。
【００７５】
サンプルホールド回路３２がホールド状態の時は、電流制限回路３５から出される電流が、光パルス変調時にレーザーダイオード駆動信号ＩＤＬに変調信号を与える電流となり、スイッチング回路３６に入力される。レーザーダイオード４１にパルス変調を与えるには、スイッチング回路３６を入力データに応じオン／オフさせる。スイッチング回路３６の出力電流（この電流をパルス電流ＩＰとする）と電流バッファ３７の出力電流は電流減算回路３９に入力され、電流バッファ３７の出力電流からパルス電流ＩＰを減算された電流がレーザーダイオード４１のアノードに供給される。
【００７６】
このとき、電流バッファ３７の出力電流からパルス電流ＩＰを減算した電流が、光パルス変調におけるローレベルを決める電流となり、この電流がバイアス電流ＩＢとなる。
【００７７】
また、本実施の形態においても、基準パルス電流ＩＰ０の値を変えることで、パルス電流制御からバイアス電流制御への制御移行点、あるいは、バイアス電流制御からパルス電流制御への制御移行点を自由に変えることができる。さらに、バイアス電流ＩＢは、レーザー駆動電流ＩＬＤとパルス電流ＩＰの差から決定しているので、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、制御の移行点に関係なくコンパレータ３１が出力する誤差電圧Ｖｅｒｒによってのみ決定される。
【００７８】
以上説明したとおり本実施の形態によれば、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤからパルス電流ＩＰを減じた電流をレーザーダイオード４１のアノードに供給することで、実施の形態１と同様に、温度変化に応じたレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤの値によりパルス電流制御とバイアス電流制御の両方またはいずれかを選択的に行ってレーザーダイオードの発光動作を制御して同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
一般的に、レーザーダイオードの温度特性は、図１２に示したように、動作温度が上昇するとしきい値が増大し、所望の光量を得るためには、レーザーダイオード駆動電流を大きくする必要があることはこれまで述べてきた。しかし、レーザーダイオードの温度特性にはもう一つ特有の現象がある。この現象は、レーザー発振領域でのスロープ効率（微分効率ともいう）が低下するというものである。
【００８０】
したがって、光パルス変調を行なう上でレーザーダイオードの消光比を十分に確保するためには、スロープ効率の低下に伴いパルス電流を大きくしなければならない。
【００８１】
本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路では、実施の形態１、２の構成において電流制限回路の電流制限能力を有限なものにすることで、この問題点に対応することができる。
【００８２】
すなわち、例えば図４の（ｂ）の曲線のように、本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路におけるバイアス電流制御領域で、レーザーダイオード駆動電流の増加に伴いパルス電流もわずかに増加させるような電流制限能力を持たせればよい。曲線（ｂ）が示す特性を電流制限回路に持たせることは簡単なことであり、その実施例の構成例を図８に示す。
【００８３】
電流制限回路８０の電流制限値を与える基準パルス電流ＩＰ０は、ダイオード８１のアノードとオペアンプ８５の正入力端子に供給されており、ダイオード８１のカソードは抵抗Ｒ８１の上端に接続されている。抵抗Ｒ８１の他端は接地されている。オペアンプ８５の出力は、トランジスタＱ２のベースに接続されている。トランジスタＱ２のコレタタは電源電圧Ｖｃｃに接続されており、トランジスタＱ２のエミッタは、抵抗Ｒ８２の一端と定電流源Ｉ１とオペアンプ８５の負入力端子に接続されている。
【００８４】
一方、電流制限回路８０の入力であるレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、ダイオード８９のアノードと可変ｇｍアンプ８７の出力に供給されている。ダイオード８９のカソードは、トランジスタＱ６のコレクタおよびベースと、トランジスタＱ８のベースと、オペアンプ８６の正入力端子に接続されている。トランジスタＱ４のコレクタは可変ｇｍアンプ８７の基準電流入力端子に接続されており、オペアンプ８６の出力はトランジスタＱ４のベースに接続されている。トランジスタＱ４のエミッタは、抵抗Ｒ８２の他端とオペアンプ８６の負入力端子に接続されている。
【００８５】
トランジスタＱ６のエミッタは抵抗Ｒ８３の上端に接続され、トラシジスタＱ８のエミッタは抵抗Ｒ８４の上端に接続されている。抵抗Ｒ８３および抵抗Ｒ８４の他端は接地されている。出力電流ＩＰは、トランジスタＱ８のコレクタより取り出すことができる。なお、抵抗Ｒ８２の抵抗値をＲ１，抵抗Ｒ８１，Ｒ８３，Ｒ８３の抵抗値をＲ２とし、可変ｇｍアンプ８７には制御関数αを決定する電位差Ｖｃが入力され、電流ゲインを１とする。
【００８６】
次に、上記構成の電流制限回路８０の動作について説明する。まず、基本動作を簡単に説明するために、可変ｇｍアンプ８７の制御関数αは、α＝１とする。
【００８７】
入力電流（レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ）が基準パルス電流ＩＰ０以下のときは抵抗Ｒ８２に電流は流れず、出力電流ＩＰとして入力電流ＩＬＤがそのまま出力される。
【００８８】
入力電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０以上になったとき、抵抗Ｒ８２の両端で電位差が発生して電流が流れ、電流制限動作が行われる。この時の出力電流ＩＰは、以下の式で与えられる。ただし、トランジスタＱ２、Ｑ４の各エミッタ電圧をＶｌＥ、Ｖ２Ｅ、トランジスタＱ６のベースエミッタ間電圧をＶＢＥ、ダイオード８１の順方向電圧をＶＦとする。
【００８９】
【数３】
ここで、ＶＦ＝ＶＢＥとすると、
【００９０】
【数４】
ゆえに、（２）式を（１）式に代入して、
【００９１】
【数５】
ここで、係数ａが非常に大きな値となるように抵抗比を選ぶと、図８の構成の電流制限回路８０の制限能力を非常に強力なものとすることができ、出力電流ＩＰは、ほぼＩＰ＝ＩＰ０となる。反対に係数ａが小さな値となるように抵抗比を選ぶと、電流制限回路８０の電流制限能力を弱くすることができ、出力電流ＩＰは（３）式で与えられる電流値になる。
【００９２】
したがって、抵抗比を選択して（３）式における係数ａの値をスロープ効率の温度変化に合った適切な値にすることで、本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路におけるバイアス制御領域でのパルス電流の増加分を制御することができる。これにより、レーザーダイオード駆動電流が増加し、スロープ効率が低下しても、十分な消光比を確保することができる。
【００９３】
さらに、上記の説明において可変ｇｍアンプ８７の制御係数αを１としていたが、可変ｇｍアンプ８７に入力される電位差Ｖｃを制御することで制御関数αを変化させ、これにより見掛け上の係数ａを可変することもできる。したがって、一度設定した抵抗Ｒ８１〜Ｒ８４の値を変えることなく、本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路におけるバイアス制御領域でのパルス電流の増加分を制御することができ、スロープ効率の温度特性が異なるレーザーダイオードにも対応することができる。
【００９４】
以上説明したとおり本実施の形態によれば、スロープ効率の温度特性を考慮し、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流以上で増加したとき、電流制限回路の出力電流がある関数で増加するように電流制限能力を有限なものすることで、バイアス電流制御領域でパルス電流が徐々に増加していくので、レーザーダイオード駆動電流が増加しレーザ発振領域のスロープ効率が低下しても、消光比を十分に確保することができる。また、入力する電位差を可変して可変ｇｍアンプの制御関数を制御することで、一度設定した抵抗値を変えることなく電流制御能力を制御することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、パルス電流に上限を設定すべく、パルス電流が所定レベルを超えないように該パルス電流を所定レベルに制限する制限手段を設け、この制限による駆動電流の不足分をバイアス電流として供給する様に構成し、これにより、必要とされる駆動電流が比較的大きい条件（高温）においては、変調電流のみで駆動電流を達成するのではなく、入力信号に対するレーザ発光の応答性が損なわれない様、補助的にバイアス電流を付加することでバイアス電流を調整し、一方、必要とされる駆動電流が比較的小さい条件（低温）においては、バイアス電流を供給することなく、パルス電流のみで駆動電流を達成してパルス電流を調整するため、従来方式に比べ広い動作温度範囲内で、良好な画像形成を行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の実施の形態１を示す側面透視図である。
【図２】図１中の要部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザーダイオード駆動回路の構成図である。
【図４】本発明で使用する電流制限回路の特性図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるレーザーダイオード駆動回路の制御関数ｋに対するパルス電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の実施の形態における動作温度の変化に対するパルス電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるレーザーダイオード駆動回路の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３における電流制限回路の構成図である。
【図９】従来の画像形成装置におけるレーザーダイオード駆動回路の回路図である。
【図１０】従来の画像形成装置におけるパルス電流制御によるレーザーダイオード駆動回路の回路図である。
【図１１】従来の画像形成装置におけるバイアス電流制御によるレーザーダイオード駆動回路の回路図である。
【図１２】レーザーダイオードの温度変化に対する駆動電流の関係を示す特性図である。
【図１３】従来の画像形成装置における駆動回路の動作温度の変化に対するパルス電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
３１，１０１ コンパレータ
３２，１０３ サンプルホールド回路
３３，１０４ ホールドコンデンサ
３４，８７ 可変ｇｍアンプ
３５ 電流制限回路
３６，１０７ スイッチング回路
３７，３８ 電流バッファ
３９ 電流減算回路
４０ 電流加算回路
４１，１１１ レーザーダイオード
４２，１１２ フォトダイオード
４３ 電流電圧変換回路
８１，８９ ダイオード
１０２，１０６ 基準電圧源
１０５ 電流増幅回路
１０８ 基準電流源
１０９ バイアス電流源
１１０ モニタ抵抗
１１３ 基準バイアス電流源
１１４ パルス電流源
１１５ 基準パルス電流源
Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８ トランジスタ
Ｒ８１〜Ｒ８４ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置に関し、特に、レーザー光源からのレーザー光を検知した検知信号に基づいてレーザー光源を駆動して感光体を露光し、感光面に潜像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル光通信や電子写真の画像形成装置などで、電気パルス信号を光パルスに変換するために発光素子としてレーザーダイオードが用いられており、その発光量は素子の動作温度が変化しても所望の光量が得られることが要求されている。しかしながら、レーザーダイオードの発光特性は、動作温度に大きく依存しており、動作温度の変化に伴い所望の光量を得るためには、発光素子駆動回路によりレーザーダイオード駆動電流を制御する必要がある。
【０００３】
図９は、第１の従来例として、カソード駆動タイプレーザーのパルス電流制御によるレーザーダイオード駆動回路の構成を示す。
【０００４】
図９において、１０１はコンパレータ、１０２、１０６は基準電圧源、１０３はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、１０４はホールドコンデンサ（ＣＨ）、１０５は電流増幅回路、１０８は基準電流源（Ｉ０）、１０７はスイッチング回路（ＳＷ）、１１１はレーザーダイオード（ＬＤ）、１１２はフォトダイオード（ＰＤ）、１１０はモニタ抵抗（ＲＭ）である。
【０００５】
図９の従来例において、サンプルホールド回路１０３がサンプリング状態にある期間中（以下、ＡＰＣ：（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）動作中という）は、スイッチング回路１０７はオン状態にあり、また、入力データ（ＤＡＴＡ）はレーザーダイオード１１１が全面発光状態になるように設定されている。レーザーダイオード１１１の発光量が所望の光量になるよう、フォトダイオード１１２でレーザーダイオード１１１からの光量をモニタし、フォトダイオード１１２に発生するモニタ電流ＩＭをモニタ抵抗１１０に流すことにより、モニタ抵抗端１１０にはモニタ電圧ＶＭが発生する。モニタ電圧ＶＭが一定（すなわち発光量が一定）になるように、電流増幅回路１０５が基準電流源１０８を基にレーザーダイオード駆動電流を制御する。
【０００６】
また、サンプルホールド回路１０３がホールド期間中は、入力データに応じスイッチング回路１０７がレーザーダイオード駆動電流をオン／オフさせることで、レーザーダイオード１１１にパルス変調信号を与える。
【０００７】
しかしながら、図９の構成では、光パルス変調の動作周波数が高くなるとレーザーダイオード特有の発光遅延が問題となり、変調された光パルスの過渡特性が悪くなる。
【０００８】
図１０は、第１の従来例の問題点を解決する手法の１つである第２の従来例を示す。第２の従来例は、レーザーダイオードの発光遅延による光パルスの過渡特性を改善するために、レーザーダイオード駆動電流に直流のバイアス電流を加えたものである。基本的な構成は図９の第１の従来例と同じなので、詳細な説明は省略する。１０９はバイアス電流を与える電流源（ＩＢ）、１１５は基準パルス電流源（ＩＰ０）である。
【０００９】
図１０の従来例でも、ＡＰＣ動作中はスイッチング回路１０７はオン状態にあり、また入力データはレーザーダイオード１１１が全面発光状態になるように設定されている。全面発光状態でレーザーダイオード１１１の発光量が一定になるよう、フォトダイオード１１２とモニタ抵抗１１０の構成によって得られるモニタ電圧ＶＭを基に、基準パルス電流ＩＰ０から電流増幅回路１０５でパルス電流ＩＰを制御し、パルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢを重畳することでレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを決定している。
【００１０】
また、ホールド期間中は、入力データに応じてスイッチング回路１０７がパルス電流ＩＰをオン／オフさせることで、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤパルパルス変調信号を与えている。
【００１１】
図１０の従来例では、バイアス電流ＩＢをレーザーダイオード１１１が発光するしきい値電流付近まで加えなければ、レーザーダイオード１１１の発光遅延を効果的に減少させることができない。
【００１２】
しかし、図１０の従来例では、レーザーダイオード１１１の発振しきい値電流は先に述べたように動作温度により変化し、また、個々の素子によっても変化するため、光パルスが完全にオフせず、十分な消光比を取ることができなくなる可能性が高い。したがって、実際の使用上は、しきい値電流付近にバイアス電流を固定値で設定することは困難である。
【００１３】
図１１は第３の従来例を示す。第３の従来例は、第２の従来例と同様に駆動電流にバイアス電流を加えたものであるが、制御する電流の対象がバイアス電流になっており、パルス電流は固定としている。図９の参照番号と同じものに関しては詳細な説明を省く。１１３はバイアス電流ＩＢを決定する基準バイアス電流源（ＩＢ０）、１１４はパルス電流ＩＰを与えるパルス電流源（ＩＰ）である。
【００１４】
図１１の従来例でも、ＡＰＣ動作中は、スイッチング回路１０７はオン状態にあり、また、入力データはレーザーダイオード１１１が発光状態になるように設定されている。発光状態でレーザーダイオード１１１の発光量が所望の値になるよう、フォトダイオード１１２とモニタ抵抗１１０の構成によって得られるモニタ電圧ＶＭと所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１との誤差電圧を基に、基準バイアス電流ＩＢ０を電流増幅回路１０５にてバイアス電流ＩＢを制御し、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを制御している。また、ホールド期間中は入力データに応じてパルス電流ＩＰをスイッチング回路１０７にてオン／オフさせることで、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤにパルスデータを与え光パルス変調を行なっている。
【００１５】
しかし、図１１の従来例では、レーザーダイオード１１１の低温動作時等、レーザーダイオード駆動電流が少なくてよいときに、バイアス電流が不用となり制壇咐能状態に陥る可能性がある。
【００１６】
以下、制御不能な状態に陥る場合について更に詳しく説明する。
【００１７】
図１２は、一般的なレーザーダイオードの動作温度変化によるレーザー駆動ダイオード電流と光出力の関係を示す。
【００１８】
動作温度が上昇するとしきい値電流は高くなり、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが増加する。この場合は、先に述べたような問題は起こらない。反対に、動作温度が低下するとしきい値電流は低くなり、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬは少なくてすむので、レーザーダイオードからの光出力ｐを所望の値にするためにバイアス電流ＩＢを減少させる。しかし、バイアス電流ＩＢが不要で、さらに、パルス電流ＩＰの設定値よりも少ない値で所望の光出力が得られるようなところでは、光量を一定にする制御ができなくなってしまう。これは、固定値であるパルス電流ＩＰを設定値以下にすることができないからである。
【００１９】
また、レーザーダイオードの温度特性にはもう一つ特有の現象がある。特有の現象は、レーザー発振領域でのスロープ効率（微分効率ともいう）が低下するというものである。したがって、光パルス変調を行なう上で、動作温度の上昇等によりレーザーダイオード駆動電流が増加し、スロープ効率が低下した場合、パルス電流を大きくしなければレーザーダイオードの消光比を十分に確保することができない。
【００２０】
図１３は、温度変化に対するレーザ駆動電流ＩＬＤの変化とパルス電流およびバイアス電流の割合の関係を示している。
【００２１】
動作温度Ｔａが高温から低温に低下すると、レーザー駆動電流ＩＬＤは減少する。さらに動作温度が低下し、バイアス電流ＩＢがＩＢ＝０のところまでは、レーザーダイオードからの発光量を一定にする制御が可能であるが、バイアス電流ＩＢが不要なところになると、制御ができなくなってしまう。すなわち、図１３中の領域Ａではパルス電流ＩＰを減少させる電流が必要となるため、所望の光量にする制御を行えない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の技術では、レーザーダイオードの発光動作の高速性を確保するために、通常、発振しきい値電流に近い直流電流をバイアス電流として供給しておき、入力データに応じたパルス電流をバイアス電流に重畳してレーザーダイオードに電流を供給している。レーザーダイオードの発光動作の駆動方法としては、パルス電流制御とバイアス電流制御があり、それぞれ一長一短がある。
【００２３】
バイアス電流制御においては、光パルス変調において高速性を確保できるが、レーザーダイオードの動作温度変化などによって、発振しきい値電流やスロープ効率の変化により、レーザー光の消光比を十分に取れない可能性が高く、また、バイアス電流がゼロ以下のとこでは、所望の光量にする制御を行えない。一方、パルス電流制御においては、いかなる動作温度においてもバイアス電流をしきい値電流を超えない程度に設定することにより、レーザー光の消光比を十分確保できるが、周波数の高い光パルス変調を行なったときに光パルスの過渡特性が悪くなってしまう。
【００２４】
そこで、本発明は上記の課題に鑑みて成されたものであって、その目的は、上記の課題を解決した画像形成装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために請求項１の本発明の装置は、光源が所望の光量の光ビームを発生するための駆動電流値を決定する決定手段と、前記決定手段により決定される駆動電流値に基づいて、入力信号に応じて変調されるパルス電流を前記光源へ供給する手段とを有し、所望の光量の変調光ビームを光源より発生させて画像を形成する画像形成装置において、前記パルス電流の振幅が所定の制限値を超えない様に該パルス電流を該制限値に制限する制限手段を設け、前記制限手段により制限されたパルス電流の振幅値と前記決定手段により決定された駆動電流値との差分が前記入力信号にかかわらず前記光源へ供給される様構成したことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項２の本発明の装置は、前記光源から発生される光ビームの光量をモニタするモニタ手段を有し、前記決定手段が、前記モニタ手段によりモニタされた光量に基いて、前記駆動電流の値を決定する手段を有することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項３の本発明の装置は、前記決定手段が、電流増幅器を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項４の本発明の装置は、前記光源が半導体レーザであることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項５の本発明の装置は、前記決定手段により決定された駆動電流から、前記制限されるパルス電流の振幅分を減算する電流減算手段と、前記電流減算手段の出力と、前記制限手段により制限されたパルス電流とを加算する電流加算手段とを有し、前記電流加算手段の出力を前記半導体レーザのカソードへ供給することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項６の本発明の装置は、前記決定手段により決定された駆動電流から、前記制限手段により制限されたパルス電流を減算する電流減算手段を有し、前記電流減算手段の出力を、前記半導体レーザのアノードに供給することを特徴とする。
また、請求項７の本発明の装置は、前記制限手段が前記駆動電流の値に基いて前記パルス電流の振幅を制限することを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明を適用した画像形成装置の実施の形態１を示す側面透視図である。
【００３３】
図１が示す複写機１は画像形成装置の一種であり、原稿給紙装置２上に積載された原稿が１枚づつ順次原稿台ガラス面３上に搬送される。原稿が原稿台ガラス面嘘代に搬送されると、スキャナーユニット４内のランプ５が点灯すると共に、スキャナーユニット４が図中Ｘ方向に移動して原稿面全体を照射する。
【００３４】
原稿からの反射光はミラー６ａ，６ｂ，６ｃを介した後にレンズ系７を通り、図中Ｚ方向に延在するリニアイメージセンサ８の撮像面に、原稿に記載された画像を結像する。リニアイメージセンサ８は結像した画像を光電変換し、画像信号を出力する。この画像信号は、信号処理回路（図示せず）によって相関二重サンプリング、波形整形等の処理を施された後、例えばＤＲＡＭで構成される画像メモリ（図示せず）に一旦格納され、再び読み出される。読み出された画像信号は、露光制御部９に入力される。
【００３５】
露光制御部９は光源に相当する半導体レーザを含んでおり、この半導体レーザは画像メモリから読み出された画像信号に応じて発光タイミングを制御される。半導体レーザからのレーザビームは、回転多面鏡１０に照射される。円筒状の感光ドラム１１は図中時計回り方向（ＣＷ）に回転しており、帯電器１２によって感光面を一様に帯電されている。回転多面鏡１０からの反射光はミラー６ｄで反射された後に感光ドラム１１の感光面に照射されて帯電した電荷の一部を除去し、感光面に静電潜像を形成する。半導体レーザに代えて、たとえばガスレーザを光源として使用することも考えられるが、この場合には高速で光変調する光変調装置が必要になる。
【００３６】
ここで、図２は図１中の要部の構成を示す図である。図２において、図１の構成要素と同一構成要素には同一の符号を付してあり、ミラー６ａは省略してある。
【００３７】
半導体レーザ２０からのレーザビームＬは、コリメータレンズ２１および絞り２２によりほぼ平行光にされて、所定のビーム経で回転多面鏡１０に入射する。回転多面鏡１０は、図中反時計回り方向（ＣＣＷ）に等角速度で回転している。この回転により、回転多面鏡１０に入射したレーザビームＬは連続的に反射角度を変える偏向ビームＬｄとなって反射される。
【００３８】
円弧走査光である偏向ビームＬｄはｆ−θレンズ２３により集光作用を受け、感光ドラム１１の感光面上の直線に焦点を結ばせる。同時に、ｆ−θレンズ２３が走査の時間的な直線性を保証するような歪曲収差の補正を行うので、偏向ビームＬｄは感光ドラム１１の感光面を図中矢印方向に等速で走査する。感光ドラム１１への静電潜像の形成は、半導体レーザ２０の発光タイミングを前記した画像メモリからの画像信号に応じて可変制御することによって行われる。
【００３９】
ビームディテクタ２４は回転多面鏡１０からの偏向ビームＬｄを検知し、距離ｄに応じた一定時間後に画像信号に基づいてレーザビームＬの変調を開始するように半導体レーザ２０の駆動タイミングが制御される。これにより、感光ドラム１１の感光面上での画像の記録開始位置を一定にすることができる。
【００４０】
図１に戻って説明するに、偏向ビームＬｄによって感光面上の電荷を画像信号に応じて除去されて露光されることで、感光ドラム１１に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像器１３によってトナーを塗布されることで現像される。感光ドラム１１に形成された静電潜像が現像されるタイミングに合わせて、被転写紙が被転写紙積載部１４ａまたは１４ｂから搬送機構によって感光ドラム１１近傍位置まで搬送されてくる。
【００４１】
そして、被転写紙が感光ドラム１１の下方に配設された転写器１５と感光ドラム１１の間を通ることで、現像された画像が被転写紙に転写される。その後、被転写紙上の画像は定着器１６によって加熱され、被転写紙に定着される。画像を定着されて印刷が終了した被転写紙は、排紙ローラ１７によってマルチトレイ装置１８の所定のトレイに排紙される。
【００４２】
図３は、本発明を適用した画像形成装置に用いられるカソード駆動タイプレーザーダイオードを駆動する発光素子駆動回路の実施の形態１を示すものである。
【００４３】
図３において、３１はコンパレータ、３２はサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、３３はホールドコンデンサ（ＣＨ）、３４は可変ｇｍアンプ、３５は電流制限回路（ＬＩＭ）、３６はスイッチング回路（ＳＷ）、３７、３８は電流バッファ、３９は電流減算回路、４０は電流加算回路、４１はレーザーダイオード（ＬＤ）、４２はフォトダイオード（ＰＤ）、４３は電流電圧変換回路（Ｉ／Ｖ）を示す。
【００４４】
まず、本実施の形態で使用する可変ｇｍアンプ３４の定義について説明する。可変ｇｍアンプ３４は２つの電圧と１つの基準電流Ｉｉｎを入力とする電流増幅器であり、出力電流が基準電流Ｉｉｎに対してある関数を持っている。可変ｇｍアンプ３４の出力電流Ｉｏｕｔは、２つの入力電圧の電位差を△ｖｉとすると、以下の式で表される。なおここでは、説明を簡単にするために、可変ｇｍアンプ３４のゲインは１とする。
【００４５】
【数１】
Ｉｏｕｔ＝ｆ（△ｖｉ）・Ｉｉｎ＝ｋ・Ｉｉｎ
ただし、ｋ＝ｆ（△ｖｉ）
ここで、ｋは０≦ｋ≦１の値をとり、以下、制御関数ｋと呼ぶことにする。
【００４６】
入力電位差△ｖｉが−１〜＋１間において変化した時、制御関数ｋ、出力電流Ｉｏｕｔは、以下のように変化するものとする。なお、上記変化範囲では、制御関数ｋ、出力電流Ｉｏｕｔは線形に変化しているものとする。
【００４７】
【数２】
△ｖｉ＝−１〜 ０ 〜＋１
ｋ＝ ０〜 ０．５ 〜１
Ｉｏｕｔ＝ ０〜Ｉｉｎ／２〜Ｉｉｎ
図３において、フォトダイオード４２の出力のモニタ電流ＩＭは電流電圧変換回路４３に入力され、電流電圧変換回路４３の出力電圧ＶＭはコンパレータ３１の負入力端子に入力されている。コンパレータ３１の正入力端子には、所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、コンパレータ３１の出力はサンプルホールド回路３２に入力されている。サンプルホールド回路３２には、ホールドコンデンサ３３が接続されている。サンプルホールド回路３２の出力電圧Ｖｅｒｒは、可変ｇｍアンプ３４の正入力端子に入力されている。
【００４８】
可変ｇｍアンプ３４の負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、基準電流としてＩ０が入力されており、２つの入力電圧Ｖｅｒｒ、Ｖｒｅｆ２の電位差に応じて出力される電流が発光量を決定するレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ（＝ｋ・Ｉ０）となる。レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、電流制限回路３５と電流バッファ３７に入力されている。電流制限回路３５には電流制限値として基準パルス電流ＩＰ０が入力されており、電流制限回路３５の出力をレーザーダイオード４１の出力光に光パルス変調信号の振幅レベルを与える電流としている。
【００４９】
電流制限回路３５の出力電流は、スイッチング回路３６と電流バッファ３８に入力されている。電流バッファ３７の出力電流と電流バッファ３８の出力電流は電流減算回路３９にて電流減算され、減算された電流をパルス変調時のローレベルの電流とし、バイアス電流ＩＢと呼ぶことにする。スイッチング回路３６の出力電流ＩＰ（これをパルス電流とする）とバイアス電流ＩＢは、電流加算回路４０にて電流加算される。加算された電流はレーザーダイオード４１のカソードに供給される。
【００５０】
ここで、電流制限回路３５の入出力特性は、出力電流ＩＰの最大値が図４の（ａ）の曲線に示すように入力のレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤの増大に対して一定の電流制限値（ｋ２・ＩＰＯ＝ＩＰ０）に制限されるものとする。
【００５１】
次に、本実施の形態においてレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを決定する動作について説明する。
【００５２】
ＡＰＣ動作中は、スイッチング回路３６はオン状態で、画像信号に基づいた入力データ（ＤＡＴＡ）はレーザーダイオード４１が全面発光状態になるように設定されているものとする。スイッチング回路３６がオンの状態で、レーザーダイオード４１の光出力をフォトダイオード４２でモニタすることにより、電流電圧変換回路４３にモニタ電流ＩＭが流れ、電流電圧変換回路４３の出力にはモニタ電圧ＶＭが発生する。
【００５３】
コンパレータ３１はモニタ電圧ＶＭと所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１を比較し、その結果をサンプルホールド回路３２を介して誤差電圧Ｖｅｒｒとして可変ｇｍアンプ３４に出力する。可変ｇｍアンプ３４は、誤差電圧Ｖｅｒｒと基準電圧Ｖｒｅｆ２の電位差を基に制御関数ｋを決定し、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを制御する。
【００５４】
制御関数ｋが０から１まで線形に変化したとき、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤも線形に変化しており、その時のパルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢは、以下のように決定される。なお、下記で使用している変数ｋ１は電流制御が働きはじめるときの制御関数値であり、変数ｋ２は電流制御が完全に働いているときの制御関数値である。
【００５５】
▲１▼制御関数ｋが０≦ｋ≦ｋ１の範囲では、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０より小さいので電流制限回路３５が動作せず、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤがパルス電流ＩＰとなる。すなわち、０≦ｋ≦ｋ１の領域では、レーザーダイオード４１はパルス電流制御によって発光動作を制御されている。
【００５６】
▲２▼制御関数ｋがｋ１≦ｋ≦ｋ２の範囲では、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０に近づくため、電流制限回路３５が徐々に動作し始め、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤとパルス電流ＩＰに差が生じる。電流ＩＬＤと電流ＩＰの差分がバイアス電流ＩＢとなり、制御関数ｋがさらに増加するとバイアス電流ＩＢも徐々に増加していく。つまり、ｋ１≦ｋ≦ｋ２の領域はパルス電流制御からバイアス電流制御へ移行している領域であり、レーザーダイオード４１はパルス電流制御とバイアス電流制御が混在した状態で発光動作を制御されている。
【００５７】
▲３▼制御関数ｋが、ｋ２≦ｋ≦１の範囲では、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０よりも大きいので電流制御回路３５が十分に動作しており、パルス電流ＩＰは電流制限値である基準パルス電流ＩＰ０となり、バイアス電流ＩＢは線形に増加していく。すなわち、ｋ２≦ｋ≦１の領域では、レーザーダイオード４１はバイアス電流制御によって発光動作を制御されている。
【００５８】
図５は上記説明を図示したものであり、本実施の形態のレーザーダイオード駆動回路は、パルス電流制御からバイアス電流制御への移行を連続的に行なえる。また、移行途中では両者が混在する状態での制御を行なえる。本実施の形態のレーザーダイオード駆動回路はさらに、バイアス電流制御からパルス電流制御への、上記説明とは逆方向の移行も連続的に行なえる。
【００５９】
また、サンプルホールド回路３２がホールド状態にある時は、ホールドコンデンサ３３にホールドされた誤差電圧Ｖｅｒｒにより制御関数ｋが決まり、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが決定され、パルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢも決定される。
【００６０】
なお、入力データに応じた光パルス変調を行なうためには、スイッチング回路３６を入力データに応じてオン／オフさせる。
【００６１】
図６は動作温度が変化したときの本実施の形態におけるレーザーダイオード駆動電流示す図であり、図１３に対応している。
【００６２】
縦軸のレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤを構成するパルス電流ＩＰおよびバイアス電流ＩＢの割合は、横軸の動作温度Ｔａに対して図示の関係となっている。図６と図１３を比較すると分かるように、本実施の形態を用いると、従来の技術で制御不能だった領域（図１３に示した領域Ａに相当する領域）でも制御できる。すなわち、動作温度Ｔａが高いときはパルス電流が一定となってバイアス電流制御、動作温度Ｔａが低いときはパルス電流制御により制御範囲を従来よりも広くすることができる。
【００６３】
また、本実施の形態の更なる特徴は、電流制限回路３５の電流制限値である基準パルス電流ＩＰ０の値を変えることで、パルス電流制御からバイアス電流制御への制御の移行点、あるいは、バイアス電流制御からパルス電流制御への制御の移行点を自由に変えることができる点である。極論するならば、基準パルスＩＰ０を最大レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ以上に設定すると、レーザーダイオード４１の発光動作はパルス電流制御によって行われる。
【００６４】
さらに、バイアス電流ＩＢはレーザ駆動電流ＩＬＤとパルス電流ＩＰの差から決定しているので、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、制御の移行点に関係なくコンパレータ３１が出力する誤差電圧Ｖｅｒｒによってのみ決定される。
【００６５】
以上説明したように本実施の形態では、可変ｇｍアンプ３４により所望の光量が得られるよう制御されたレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬから、電流制限回路３５とスイッチング回路３６を用いてパルス電流ＩＰを決定し、また、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬとパルス電流ＩＰとの差分を電流減算回路３９により求めてバイアス電流ＩＢとし、パルス電流ＩＰとバイアス電流ＩＢを電流減加算回路４０により重畳したものをレーザーダイオード４１のカソードに供給している。
【００６６】
これにより、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが少なくてすむ低温動作時には、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが電流制限回路３５の制限値以下であり、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬのすべてがパルス電流ＩＰでパルス電流ＩＰのみで制御可能となる。したがって、完全にパルス電流制御によってのみレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを制御することでレーザーダイオード４１の発光動作が制御される。
【００６７】
レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが電流制限回路３５の制限値（基準パルス電流値）に近づき、パルス電流ＩＰの増加量が徐々に減少し、レーザダイオード駆動電流ＩＤＬが少なくて済みバイアス電流ＩＢが不要となりつつある場合には、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬとパルス電流ＩＰとの差分がバイアス電流ＩＢとして発生する。つまりこの時は、パルス制御とバイアス制御が混在した状態でレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを制御することでレーザーダイオード４１の発光動作が制御される。
【００６８】
さらに、レーザーダイオード４１の動作温度変化等によりレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを多く必要とする高温動作時には、レーザーダイオード駆動電流ＩＤＬが電流制限回路３５の制限値以上であり、パルス電流ＩＰは電流制限回路３５の制限値となり、バイアス電流ＩＢはレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬとパルス電流ＩＰの差になる。したがって、バイアス電流制御によってのみレーザーダイオード駆動電流ＩＤＬを制御することでレーザーダイオード４１の発光動作が制御される。
【００６９】
上記の制御の移行、つまり、バイアス電流制御からパルス電流制御への移行、あるいは、パルス電流からバイアス電流への移行は、自動的且つ連続的に行なうことができる。また、電流制限値を決定する基準パルス電流は任意に設定することができるので、制御の移行点を自由に変えることもできる。
【００７０】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２として、アノード駆動タイプのレーザーダイオード駆動回路を示すものである。図７中で使用している参照番号は実施の形態１と同じなので、図中の構成要素についての説明は省略する。
【００７１】
図７において、フォトダイオード４２の出力のモニタ電流ＩＭは電流電圧変換回路４３に入力され、電流電圧変換回路４３の出力電圧ＶＭはコンパレータ３１の負入力端子に入力されている。コンパレータ３１の正入力端子には所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、コンパレータ３１の出力はサンプルホールド回路３２に入力されている。サンプルホールド回路３２には、ホールドコンデンサ３３が接続されている。サンプルホールド回路３２の出力電圧Ｖｅｒｒは、可変ｇｍアンプ３４の正入力端子に入力されている。
【００７２】
可変ｇｍアンプ３４には基準電流としてＩ０が入力されており、その負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力され、２つの入力電圧Ｖｅｒｒ、Ｖｒｅｆ２の電位差に応じて出力される電流が発光量を決定するレーザー駆動電流ＩＬＤ（＝ｋ・Ｉ０）となる。レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、電流制限回路３５と電流バッファ３７に入力されており、電流制限回路３５の出力をレーザーダイオード４１の出力光に光パルス変調信号の振幅レベルを与える電流とし、電流制限回路３５には電流制限値として基準パルス電流ＩＰ０が入力されている。
【００７３】
電流制限回路３５の出力電流はスイッチング回路３６に入力され、電流バッファ３７の出力電流とスイッチング回路３６の出力電流（この電流をパルス電流ＩＰとする）は電流減算回路３９にて電流減算され、減算した電流をレーザーダイオード４１のアノードに供給する。ここで、電流制限回路３５の特性は、実施の形態１と同じように、制御関数ｋの変化に対して図４の（ａ）の曲線に示すような特性を持つものとする。
【００７４】
次に、本実施の形態の動作について説明する。なお、ＡＰＣ動作中は、スイッチング回路３６はオフ状態であるとする。スイッチング回路３６がオフの状態で、レーザーダイオード４１からの出力光をフォトダイオード４２で検出することで、フォトダイオード４２にはモニタ電流ＩＭが流れる。モニタ電流ＩＭを電流電圧変換回路４３を用いてモニタ電圧ＶＭに変換し、モニタ電圧ＶＭと所望の光量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆ１とをコンパレータ３１で比較し、その結果をサンプルホールド回路３２を介して誤差電圧Ｖｅｒｒとして可変ｇｍアンプ３４に出力する。可変ｇｍアンプ３４では、誤差電圧Ｖｅｒｒと基準電圧Ｖｒｅｆ２との電位差により制御関数ｋが決定され、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ（＝ｋ・Ｉ０）が制御される。
【００７５】
サンプルホールド回路３２がホールド状態の時は、電流制限回路３５から出される電流が、光パルス変調時にレーザーダイオード駆動信号ＩＤＬに変調信号を与える電流となり、スイッチング回路３６に入力される。レーザーダイオード４１にパルス変調を与えるには、スイッチング回路３６を入力データに応じオン／オフさせる。スイッチング回路３６の出力電流（この電流をパルス電流ＩＰとする）と電流バッファ３７の出力電流は電流減算回路３９に入力され、電流バッファ３７の出力電流からパルス電流ＩＰを減算された電流がレーザーダイオード４１のアノードに供給される。
【００７６】
このとき、電流バッファ３７の出力電流からパルス電流ＩＰを減算した電流が、光パルス変調におけるローレベルを決める電流となり、この電流がバイアス電流ＩＢとなる。
【００７７】
また、本実施の形態においても、基準パルス電流ＩＰ０の値を変えることで、パルス電流制御からバイアス電流制御への制御移行点、あるいは、バイアス電流制御からパルス電流制御への制御移行点を自由に変えることができる。さらに、バイアス電流ＩＢは、レーザー駆動電流ＩＬＤとパルス電流ＩＰの差から決定しているので、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、制御の移行点に関係なくコンパレータ３１が出力する誤差電圧Ｖｅｒｒによってのみ決定される。
【００７８】
以上説明したとおり本実施の形態によれば、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤからパルス電流ＩＰを減じた電流をレーザーダイオード４１のアノードに供給することで、実施の形態１と同様に、温度変化に応じたレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤの値によりパルス電流制御とバイアス電流制御の両方またはいずれかを選択的に行ってレーザーダイオードの発光動作を制御して同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（実施の形態３）
一般的に、レーザーダイオードの温度特性は、図１２に示したように、動作温度が上昇するとしきい値が増大し、所望の光量を得るためには、レーザーダイオード駆動電流を大きくする必要があることはこれまで述べてきた。しかし、レーザーダイオードの温度特性にはもう一つ特有の現象がある。この現象は、レーザー発振領域でのスロープ効率（微分効率ともいう）が低下するというものである。
【００８０】
したがって、光パルス変調を行なう上でレーザーダイオードの消光比を十分に確保するためには、スロープ効率の低下に伴いパルス電流を大きくしなければならない。
【００８１】
本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路では、実施の形態１、２の構成において電流制限回路の電流制限能力を有限なものにすることで、この問題点に対応することができる。
【００８２】
すなわち、例えば図４の（ｂ）の曲線のように、本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路におけるバイアス電流制御領域で、レーザーダイオード駆動電流の増加に伴いパルス電流もわずかに増加させるような電流制限能力を持たせればよい。曲線（ｂ）が示す特性を電流制限回路に持たせることは簡単なことであり、その実施例の構成例を図８に示す。
【００８３】
電流制限回路８０の電流制限値を与える基準パルス電流ＩＰ０は、ダイオード８１のアノードとオペアンプ８５の正入力端子に供給されており、ダイオード８１のカソードは抵抗Ｒ８１の上端に接続されている。抵抗Ｒ８１の他端は接地されている。オペアンプ８５の出力は、トランジスタＱ２のベースに接続されている。トランジスタＱ２のコレタタは電源電圧Ｖｃｃに接続されており、トランジスタＱ２のエミッタは、抵抗Ｒ８２の一端と定電流源Ｉ１とオペアンプ８５の負入力端子に接続されている。
【００８４】
一方、電流制限回路８０の入力であるレーザーダイオード駆動電流ＩＬＤは、ダイオード８９のアノードと可変ｇｍアンプ８７の出力に供給されている。ダイオード８９のカソードは、トランジスタＱ６のコレクタおよびベースと、トランジスタＱ８のベースと、オペアンプ８６の正入力端子に接続されている。トランジスタＱ４のコレクタは可変ｇｍアンプ８７の基準電流入力端子に接続されており、オペアンプ８６の出力はトランジスタＱ４のベースに接続されている。トランジスタＱ４のエミッタは、抵抗Ｒ８２の他端とオペアンプ８６の負入力端子に接続されている。
【００８５】
トランジスタＱ６のエミッタは抵抗Ｒ８３の上端に接続され、トラシジスタＱ８のエミッタは抵抗Ｒ８４の上端に接続されている。抵抗Ｒ８３および抵抗Ｒ８４の他端は接地されている。出力電流ＩＰは、トランジスタＱ８のコレクタより取り出すことができる。なお、抵抗Ｒ８２の抵抗値をＲ１，抵抗Ｒ８１，Ｒ８３，Ｒ８３の抵抗値をＲ２とし、可変ｇｍアンプ８７には制御関数αを決定する電位差Ｖｃが入力され、電流ゲインを１とする。
【００８６】
次に、上記構成の電流制限回路８０の動作について説明する。まず、基本動作を簡単に説明するために、可変ｇｍアンプ８７の制御関数αは、α＝１とする。
【００８７】
入力電流（レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤ）が基準パルス電流ＩＰ０以下のときは抵抗Ｒ８２に電流は流れず、出力電流ＩＰとして入力電流ＩＬＤがそのまま出力される。
【００８８】
入力電流ＩＬＤが基準パルス電流ＩＰ０以上になったとき、抵抗Ｒ８２の両端で電位差が発生して電流が流れ、電流制限動作が行われる。この時の出力電流ＩＰは、以下の式で与えられる。ただし、トランジスタＱ２、Ｑ４の各エミッタ電圧をＶｌＥ、Ｖ２Ｅ、トランジスタＱ６のベースエミッタ間電圧をＶＢＥ、ダイオード８１の順方向電圧をＶＦとする。
【００８９】
【数３】
【００９０】
【数４】
【００９１】
【数５】
【００９２】
したがって、抵抗比を選択して（３）式における係数ａの値をスロープ効率の温度変化に合った適切な値にすることで、本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路におけるバイアス制御領域でのパルス電流の増加分を制御することができる。これにより、レーザーダイオード駆動電流が増加し、スロープ効率が低下しても、十分な消光比を確保することができる。
【００９３】
さらに、上記の説明において可変ｇｍアンプ８７の制御係数αを１としていたが、可変ｇｍアンプ８７に入力される電位差Ｖｃを制御することで制御関数αを変化させ、これにより見掛け上の係数ａを可変することもできる。したがって、一度設定した抵抗Ｒ８１〜Ｒ８４の値を変えることなく、本発明を適用した画像形成装置に用いられる発光素子駆動回路におけるバイアス制御領域でのパルス電流の増加分を制御することができ、スロープ効率の温度特性が異なるレーザーダイオードにも対応することができる。
【００９４】
以上説明したとおり本実施の形態によれば、スロープ効率の温度特性を考慮し、レーザーダイオード駆動電流ＩＬＤが基準パルス電流以上で増加したとき、電流制限回路の出力電流がある関数で増加するように電流制限能力を有限なものすることで、バイアス電流制御領域でパルス電流が徐々に増加していくので、レーザーダイオード駆動電流が増加しレーザ発振領域のスロープ効率が低下しても、消光比を十分に確保することができる。また、入力する電位差を可変して可変ｇｍアンプの制御関数を制御することで、一度設定した抵抗値を変えることなく電流制御能力を制御することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、パルス電流に上限を設定すべく、パルス電流が所定レベルを超えないように該パルス電流を所定レベルに制限する制限手段を設け、この制限による駆動電流の不足分をバイアス電流として供給する様に構成し、これにより、必要とされる駆動電流が比較的大きい条件（高温）においては、変調電流のみで駆動電流を達成するのではなく、入力信号に対するレーザ発光の応答性が損なわれない様、補助的にバイアス電流を付加することでバイアス電流を調整し、一方、必要とされる駆動電流が比較的小さい条件（低温）においては、バイアス電流を供給することなく、パルス電流のみで駆動電流を達成してパルス電流を調整するため、従来方式に比べ広い動作温度範囲内で、良好な画像形成を行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の実施の形態１を示す側面透視図である。
【図２】図１中の要部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるレーザーダイオード駆動回路の構成図である。
【図４】本発明で使用する電流制限回路の特性図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるレーザーダイオード駆動回路の制御関数ｋに対するパルス電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。
【図６】本発明の実施の形態における動作温度の変化に対するパルス電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるレーザーダイオード駆動回路の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３における電流制限回路の構成図である。
【図９】従来の画像形成装置におけるレーザーダイオード駆動回路の回路図である。
【図１０】従来の画像形成装置におけるパルス電流制御によるレーザーダイオード駆動回路の回路図である。
【図１１】従来の画像形成装置におけるバイアス電流制御によるレーザーダイオード駆動回路の回路図である。
【図１２】レーザーダイオードの温度変化に対する駆動電流の関係を示す特性図である。
【図１３】従来の画像形成装置における駆動回路の動作温度の変化に対するパルス電流とバイアス電流の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
３１，１０１ コンパレータ
３２，１０３ サンプルホールド回路
３３，１０４ ホールドコンデンサ
３４，８７ 可変ｇｍアンプ
３５ 電流制限回路
３６，１０７ スイッチング回路
３７，３８ 電流バッファ
３９ 電流減算回路
４０ 電流加算回路
４１，１１１ レーザーダイオード
４２，１１２ フォトダイオード
４３ 電流電圧変換回路
８１，８９ ダイオード
１０２，１０６ 基準電圧源
１０５ 電流増幅回路
１０８ 基準電流源
１０９ バイアス電流源
１１０ モニタ抵抗
１１３ 基準バイアス電流源
１１４ パルス電流源
１１５ 基準パルス電流源
Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８ トランジスタ
Ｒ８１〜Ｒ８４ 抵抗
Claims (7)
- 光源が所望の光量の光ビームを発生するための駆動電流値を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定される駆動電流値に基づいて、入力信号に応じて変調されるパルス電流を前記光源へ供給する手段とを有し、
所望の光量の変調光ビームを光源より発生させて画像を形成する画像形成装置において、
前記パルス電流の振幅が所定の制限値を超えない様に該パルス電流を該制限値に制限する制限手段を設け、
前記制限手段により制限されたパルス電流の振幅値と前記決定手段により決定された駆動電流値との差分が前記入力信号にかかわらず前記光源へ供給される様構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 前記光源から発生される光ビームの光量をモニタするモニタ手段を有し、
前記決定手段は、前記モニタ手段によりモニタされた光量に基いて、前記駆動電流の値を決定する手段を有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。 - 前記決定手段は、電流増幅器を含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記光源は半導体レーザであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記決定手段により決定された駆動電流から、前記制限されるパルス電流の振幅分を減算する電流減算手段と、
前記電流減算手段の出力と、前記制限手段により制限されたパルス電流とを加算する電流加算手段とを有し、
前記電流加算手段の出力を前記半導体レーザのカソードへ供給することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。 - 前記決定手段により決定された駆動電流から、前記制限手段により制限されたパルス電流を減算する電流減算手段を有し、
前記電流減算手段の出力を、前記半導体レーザのアノードに供給することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。 - 前記制限手段は前記駆動電流の値に基いて前記パルス電流の振幅を制限することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
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| JP4333998A JP3728090B2 (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 画像形成装置 |
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| JP4333998A JP3728090B2 (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 画像形成装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009143055A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Ricoh Co Ltd | 光書き込み装置及び画像形成装置 |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP4333998A patent/JP3728090B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009143055A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Ricoh Co Ltd | 光書き込み装置及び画像形成装置 |
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