JP4374936B2 - 光量制御装置及び画像形成装置 - Google Patents
光量制御装置及び画像形成装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4374936B2 JP4374936B2 JP2003208123A JP2003208123A JP4374936B2 JP 4374936 B2 JP4374936 B2 JP 4374936B2 JP 2003208123 A JP2003208123 A JP 2003208123A JP 2003208123 A JP2003208123 A JP 2003208123A JP 4374936 B2 JP4374936 B2 JP 4374936B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- signal
- circuit
- light emitting
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Printer (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の駆動制御に関し、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光量制御装置に関する。
【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、変調速度と記す）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の分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるために、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】
ところで、面発光レーザを用いたレーザ駆動装置ではレーザビーム数が多いため、従来の端面発光レーザを使った場合のようにレーザに異常が発生しても画質がわずかに落ちる程度のため、そのまま使い続けることになる。しかし画像によってはこのようなレーザの劣化が画像に出るため、レーザに異常があった場合には速やかに交換されねばならない。また面発光レーザでは画像を送出するタイミングパルスをレーザを発光させて作っているが、面発光レーザは1ビーム当たりの光量が端面発光レーザと比較し小さいため、位置精度を悪化させないように中央付近のレーザビームを複数点灯している。
【０００６】
従来のシングルレーザを前提としたレーザ駆動回路では例えば特許文献４に記載されているように、レーザ駆動電流から劣化を検知するものがある。また面発光レーザのようなマルチ発光素子で異常な発光素子を検出するものとしては、特許文献１や特許文献２がある。また異常の検出方法としては特許文献４にあるようにレーザ駆動電流で検知するもの以外に、特許文献３にあるように受光レベルから異常を検知するものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２６３００７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７１１６５号公報
【特許文献３】
特開平３−２３２２８４号公報
【特許文献４】
特開２０００−２８０５２０号公報
【発明が解決しようとする課題】
面発光レーザではビーム数が多いため1個のレーザが異常になってもたとえば異常になったレーザを除いて網点スクリーンを再構成したり、あるいは隣接ビームの光量を調整することで総光量を等しくし異常レーザによる画質劣化を最小に抑えることが可能である。またレーザを駆動する画像信号の出力タイミングを決めている同期信号を生成する際、精度を落とさないよう特定領域に集中し複数のレーザを点灯しているが、位置精度を落とさないように点灯するビーム数を最少にしているため、このうちのレーザが異常になり点灯しないと最悪同期信号が出なくなることもありえる。このような場合レーザが異常になったことを検知するだけでなく、どのレーザが異常かを検知できれば、できるだけ近接していて点灯してないレーザに切り替えられるため同期信号が出なくなるという最悪状態は避けることができる。これらの方式において、異常なレーザあるいは発光素子を特定する方法は特許文献１と特許文献２である。ところで、特許文献１では走査密度を変えるために使用するレーザを選択し発光させ異常を検知し、特許文献２では特定の発光素子を点灯または消灯するためのデータを駆動回路に送出して発光または消灯し、そのときの発光によって異常を判定しており、特定発光素子を点灯するための回路または特定の手順を必要としている。さらに特許文献１では記録動作を実行中に異常を判定しているため、たとえば非常に短いパルスだけで画像を記録するような場合には検出回路の応答速度の制約からパルス電流が平均化され、連続点灯時と比較し少ない光量あるいは少ない駆動電流として検出されるので、たとえ異常ではなくとも異常と検知する誤判定の可能性が残る。
【０００８】
また、上記異常が発生したレーザの特定方法における課題の他、レーザの異常検出方法についても改善すべき課題がある。レーザの異常検出方法は多数提案されている。たとえば特許文献４では駆動電流によって異常を検知するものだが、このような駆動電流により異常を判定する検知方法一般に共通する問題として、駆動電流だけではレーザの異常を高い信頼性で判断できないことである。つまりレーザにはばらつきがあるため、駆動電流に違いがある。さらに個別ばらつきに加え同一光量となる駆動電流は温度によって変わる。このためレーザ毎の特性に加え、劣化状態や環境なども考慮しないと正常に動作しているのに異常と判定される可能性がある。一方、特許文献３は目標光量よりも低い参照信号を基準に、これよりも受光器からの信号が低いと異常と判定するものである。特許文献３に記載の実施例では参照信号を目標光量に対し５％低い値としているが、例えば劣化が進んで自動光量制御によって駆動電流が最大電流となった状態でようやくこの参照光量の５％を越えていたとしても、これは正常とは言えない。正常な状態とは、光量制御の負帰還で目標光量に一致している状態である。しかし実際には負帰還を行なう差動増幅器のオフセットがCMOSの場合で２０ｍV程度、またCMOSではゲインが６０〜８０ｄBと低いため、差動増幅器の出力が数V変化するのに必要な入力の差電圧は数ｍV必要である。このため目標光量と一致したかどうかはこの誤差を考慮して考えなければならないが、これを検知するための比較器も同様のばらつきを含んでいるとさらに精度は低下する。つまり光量制御を行なっている差動増幅器の入力側では数１０ｍVの誤差を含んだ判定となる。一方面発光レーザではレーザ光量によってレーザの広がり角度が変化するため、感光体への露光には中央付近の光だけを使用している。このため光量制御でも感光体に向かうレーザの一部を使っているため、受光器に入射する光は全体の数％と小さい。さらに面発光レーザでは、１本あたりの光量が端面発光レーザより一桁小さい。このため受光器からの電流は端面発光レーザの場合と比較し１／１００の数μAとなる。差動増幅器の入力にはこの電流を電圧に変換しているが、応答速度を考えると抵抗値はせいぜい１０ｋΩ程度となり、この結果出力電圧は数１０ｍVで差動増幅器のオフセットばらつきと同程度になる。このことから差動増幅器の入力電圧からレーザの異常を判定するのは非常に難しいことがわかる。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点を解決し、レーザの異常を高い信頼性で検知すると共に、どのレーザが故障しているかを特定できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載のように、複数の発光素子と、複数の発光素子からの光を受光する共通の受光素子と、複数の発光素子を順に点灯させる走査回路と、受光素子からの受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器と、制御信号に基づいて前記走査回路で選択した発光素子を駆動する駆動手段とを備えた光量制御装置において、発光素子の駆動状態を反映する駆動に関する時系列信号を生成し、該時系列信号それぞれの最終値を、前記走査回路への走査信号を元に前記複数の発光素子に関連付ける対応付け回路を具備する光量制御装置である。上記構成の対応付け回路を用いているので、個々の発光素子の駆動状態を知ることができる。
【００１１】
上記光量制御装置において、請求項２に記載のように、前記対応回路がカウンタである構成とすることができる。
【００１２】
上記光量制御装置において、請求項３に記載のように、前記時系列信号が光量モニタ信号を元にする信号である構成とすることができる。
【００１３】
上記光量制御装置において、請求項４に記載のように、前記時系列信号が駆動電流を元にする信号である構成とすることができる。
【００１４】
上記光量制御装置において、請求項５に記載のように、前記時系列信号が差動増幅器の入力差動電圧を元にする信号である構成とすることができる。
【００１６】
請求項１から５に記載の光量制御装置において、請求項６に記載されているように、前記誤差増幅器の出力電圧が受光信号に影響する範囲の外にあることを検知する検知回路を具備する構成とすることができる。
【００１７】
請求項６記載の光量制御装置において、請求項７に記載されているように、前記対応付け回路は、前記複数の発光素子に関連付けられた前記時系列信号それぞれの最終値と、前記検出回路の出力信号とに応じて発光素子毎に発光素子の状態を示す信号を出力する構成とすることができる。これにより、受光信号が微小であっても精度よく発光素子を特定しつつ異常判定を行うことができる。
【００１８】
請求項５の光量制御装置において、請求項８に記載されているように、前記差動増幅器の差動電圧範囲が、差動増幅器初段の能動負荷の制御電位を差動電流源電流値の１／２よりも増加させて設定した構成とすることができる。この構成により、簡易な構成で異常発生の有無を検知することができる。
【００１９】
請求項８の光量制御装置において、請求項９に記載されているように、前記差動増幅器の差動入力にオフセットをキャンセルする回路を有する構成とすることができる。この構成により、異常検出の精度が向上する。
【００２０】
まず、レーザを特定する方法について説明する。本発明の光量制御装置は、図１に示すように、複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２と、複数の発光素子からの光を受光する共通の受光素子１１と、複数の発光素子を順に点灯させる走査回路９００と、受光素子１１からの受光信号と目標光量に対応した信号（基準信号）に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器６００と、制御信号に基づいて前記走査回路９００で選択した発光素子を駆動する駆動部１００とを備えた構成である。
【００２１】
このような光量制御装置を用いた発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の自動光量制御時において、走査回路９００によって駆動回路が順に駆動されて誤差増幅器６００により光量制御が行なわれる。このときの駆動状態に関係する信号（たとえば受光信号）を、その発光素子の制御期間における最終の信号（タイミング）を、走査制御回路９５０が出力する走査信号を元にその発光素子と対応付ける。光量制御は時分割で行なわれるため、すべてのレーザの光量制御にはレーザビームの数だけ時間がかかる。レーザビームの１スキャンの時間を１ｍｓｅｃとすると、ビーム数が３２本では１つのレーザを光量制御するのに４μｓｅｃかかったとして１２８μｓｅｃ必要となる。その分画像領域の時間が短くなるため、たとえば画像データのクロックを速くするなど必要となる。したがって光量制御をなるべく短く終了させなければならない。光量制御の時間は最短で光量制御の負帰還が収束するまでの時間で、通常この最短時間となるように走査タイミングは決められている。このため、各発光素子の光量制御における最終時の状態が光量制御の状態を正しく反映している。そこで、この各発光素子制御時の最終時の駆動状態を表す信号を、走査信号から特定したその発光素子の状態を表す信号として検知する。
【００２２】
次に、検知の信頼性を向上させる本発明の原理を説明する。光量制御が正常に行なわれたかどうかを判定するには、誤差増幅器６００の差動入力が一致したことを検知すればよいが、誤差増幅器６００のゲインが低く正常に動作しても入力の差電圧が数ｍＶ必要なこと、一方誤差増幅器６００のオフセットばらつきがＣＭＯＳの場合２０ｍＶ程度あることなどから検知が難しいことがある。しかし、誤差増幅器６００の出力側で検知すれば精度の問題を回避できる。つまり負帰還が正常に行なわれていれば（受光器１１、誤差増幅器６００及び駆動部１００はフィードバックループを形成している）、発光素子を駆動している状態のどこかで平衡状態になっているはずで、電源側、あるいはＧＮＤ側に振り切れていれば負帰還が正常に行なわれていないと判断できる。実際、駆動部１００を構成する駆動回路１１３1、１１３2がＰＭＯＳからなるソース型電流源であれば、電源電圧からＰＭＯＳの閾値電圧低い電圧よりも誤差増幅器出力が高いと、ＰＭＯＳトランジスタはＯＦＦ状態のため発光素子を制御できないので負帰還が異常と判断される。この方式によれば、入力側の電圧を誤差増幅器６００のゲイン倍大きな信号で判定できるため簡易な回路で異常を判定することが可能となる。
【００２３】
以上説明した原理を用いた本発明の実施の形態を、以下に添付図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。光量制御装置は、複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に共通に設けられた受光器１１、前記誤差増幅器（以下、ＡＰＣ回路という場合もある）６００及び駆動部１００を有する。受光器１１、ＡＰＣ回路６００及び駆動部１００はフィードバックループを形成し、各発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の発光光量が目標光量になるように自動的に制御する機能を持つ。
【００２４】
駆動部１００は、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２を駆動する。図１では便宜上２つの発光素子ＬＤ１、ＬＤ２のみを示しているが、実際にはより多くの発光素子が駆動部１００に接続されている。発光素子ＬＤ１、ＬＤ２は例えば面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。受光器１１が複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に共通に設けられている。受光器１１は例えばフォトダイオードからなり、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２から発せられる光を受光し、その光量に応じた光電流Ｉｐｄを出力ラインＬ上に出力する。
【００２５】
走査回路９００は、光量制御装置の外部から走査信号を受けて駆動回路１０００内へ駆動信号を送出する。駆動回路１０００は、誤差増幅器６００、サンプルホールド回路１１０、駆動部１１３、及び最終状態検出回路８５０を含む回路である。最終状態検知回路８５０は走査制御回路９５０からの走査信号を受けて、各発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の光量制御の最終状態での駆動状態を反映する信号を出力する。この信号は対応付け回路８００に出力される。対応付け回路８００は、最終状態検地回路８５０の出力信号と走査制御回路９５０からの走査信号とを用いて、現在駆動されている発光素子を特定するとともに、最終状態検知回路８５０が出力する信号が異常状態を示しているときに、異常チャネル信号を発生する。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２の実施形態による光量制御装置を示す図である。図２では対応付け回路８００として、デジタルカウンタを使用した場合を示している。デジタルカウンタ８００は、走査回路９００へのパルス数をカウントして、そのとき検知されている検知信号がどのチャネルに対応するかを対応付けることができる。また、各時系列信号における各チャネルの制御最終状態にあるかどうかの判定は、走査回路９００が次のチャネルへのシフトする際のタイミングであるカウントアップのタイミングで検知することで可能である。
【００２７】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第3の実施形態による光量制御装置を示す図である。図３では、最終状態検知回路８５０における最終状態検知の対象を、受光器１１が出力する光電流である受光信号（光量モニタ信号）とした場合を示している。発光素子ＬＤ１１、ＬＤ１２ごとに時系列的に行われる光量制御において、最終状態検知回路８５０は、光量モニタ信号が一定レベル範囲内に入っているかどうかを検知して、検知した結果を時系列信号として出力する。対応付け回路８００はこの時系列信号と走査制御回路９５０からの走査信号とを対応付けることで、異常レーザを特定することができる。
【００２８】
〔第４実施形態〕
図４は、本発明の第４の実施形態による光量制御装置を示す図である。図４（ａ）では、最終状態検知回路８５０における最終状態検知の対象を、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に供給される駆動電流とした場合である。発光素子ＬＤ１、ＬＤ２への駆動電流はそれぞれ個別に供給されており、そのままでは時系列信号とならない。そこで図４では、個々の駆動回路１１３1、１１３2を構成する電流源（図4では、チャネル毎に２つの電流源を模式的に示す）に駆動電流：モニタ電流＝ｎ：１（ここでｎは消費電流と精度の点で決めるが、１００程度が好ましい）となるようにカレントミラーを構成し、そのモニタ電流側の出力をすべての駆動回路で共通に接続して最終状態検知回路８５０の入力としている。これにより、最終状態検知回路８５０はカレントミラーで生成された駆動電流の複製を時系列信号として受け取り、これを対応付け回路８００に出力する。対応付け回路８００は、受け取った時系列信号を走査制御回路９５０からの走査信号に対応付けることで、駆動電流が異常だったチャネルの特定、つまり異常な発光素子を特定することができる。なお、図４では走査回路９００が走査制御回路９５０からの走査信号に従いスイッチ１１０、スイッチ１１４1、１１４2を切り替えるように図示してある
駆動電流を検出する方式として、精度がやや低くなるが誤差増幅器６００の出力電圧で検出することもできる。誤差増幅器６００の出力は実際には発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の駆動電流源を制御しているが、駆動電流源が入出力特性が非線形のトランジスタであると誤差増幅器６００の出力だけでは駆動電流を知ることはできない。そこで、図４（ｂ）では駆動回路１１３1、１１３2と同一構成の相似回路（ダミー回路）１１３ａ、１１３ｂを利用し、最少駆動電流と最大駆動電流とに対する駆動電流源の制御電圧をそれぞれ発生させ、比較器１４４によってそれらの電圧が正常範囲にあるかどうかを判定している。上記制御電圧の発生には、オペアンプ１４６と１４８を用いる。オペアンプ１４６は、相似駆動回路１１３ａの出力を抵抗で取り出し、これを最大駆動電流設定値と比較し、比較結果を相似駆動回路１１３ａと比較器１４４に出力する。また、オペアンプ１４８は、相似駆動回路１１３ｂの出力を抵抗で取り出し、これを最小駆動電流設定値と比較し、比較結果を相似駆動回路１１３ｂと比較器１４４に出力する。この方式によれば個々の駆動回路を修正することなく、全駆動回路で共通である誤差増幅器６００に最小または最大駆動電流に対する制御電圧を発生させて、誤差増幅器６００の出力と比較することで駆動電流異常を検知することができる。
【００２９】
〔第５実施形態〕
図５は、本発明の第５の実施形態による光量制御装置を示す図である。図５（ａ）では、最終状態検知の対象を誤差増幅器６００の入力差動電圧とした場合である。自動光量制御時の負帰還によって誤差増幅器６００の入力差動電圧はほぼ一致するので、最終状態検知回路８５０は差電圧が一定範囲に入ったかどうかを判定し、判定結果を、対応付け回路として機能するカウンタ８００に出力する。カウンタ８００は、走査信号を形成するクロックＣＫとリセット信号ＲＥＳＥＴを用いて上記判定結果と発光素子ＬＤ１、ＬＤ２とを対応付けることで、光量制御が異常なチャネルを特定することができる。
【００３０】
図５（ａ）に示す方式では、オフセットばらつきや誤差増幅器６００のゲインが有限であることを考慮することが好ましい。このようなばらつきを回避する方法として、オフセットをキャンセルして測定することが考えられる。この測定方法として図５（ｂ）、（ｃ）に示す形態が考えられる。このオフセットキャンセルは、オフセットの検知とオフセットの補償と二つのステップで動作する。オフセットの検知は図５（ｃ）に示すように６００、７０１、７０２をバッファ状態としてそれぞれのオフセットを電圧計Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３で測定する。その測定したデータを次の補償のステップで図５（ｂ）に示すように６００、７０１、７０２の非反転入力側に接続し、オフセットをキャンセルする。実際の回路では通常電圧計と電圧源をコンデンサで行なう。この方式によれば精度を高めることができるものの、回路が複雑となり、またオフセットキャンセルの電圧を取り込む期間を必要とする。
【００３１】
〔第６実施形態〕
図６は、本発明の第６の実施形態による光量制御装置を示す図である。図６の構成は、誤差増幅器６００で光量制御の負帰還が正常かどうかを誤差増幅器６００の入力側に加えて出力側の電圧を検知することで誤差増幅器６００が持つオフセットに左右されず高い精度で異常を検知する方法である。すなわち、入力側がばらつきも含め異常と判定されない程度に大きく設定した差電圧以内であった場合に、出力電圧が負帰還制御が正常に行なわれている場合には、あり得ない電圧となっていないかを検知して異常を判定している。この方式によれば誤差増幅器のゲインが少なくとも１０００倍程度あるため入力側で１ｍＶの電圧を出力側では１Ｖで検出できるため比較器のオフセット誤差が問題ならず、差動増幅器６００に限らず簡易な様々な方式での検知が可能になる。図６において、入力範囲検知回路６２０は、その入力が誤差増幅器６００の反転及び非反転入力端子に接続され、両者の差電圧の大きさから入力側の異常の有無を判定する。出力範囲検出回路６４０は、その入力が誤差増幅器６００の出力端子に接続され、誤差増幅器６００の出力電圧が上記あり得ない電圧であるかどうかを判定する。なお、図６の構成を含む光量制御装置の全体構成及び動作については、図１１及び図１２を参照して後述する。
【００３２】
〔第７実施形態〕
図７は、図６の出力範囲検知６４０の回路構成を詳細に示す図である。誤差増幅器６００の出力が電源電圧とＧＮＤに振り切れてないかを比較器７１０、７１１によって判定している。ここで比較器７１１の比較基準電圧は駆動回路１０００と同じＰＭＯＳトランジスタで生成しているが、これはＰＭＯＳトランジスタがゲート電圧が（電源電圧―ＰＭＯＳの閾値電圧）以下になるとトランジスタがＯＦＦして駆動電流が流れず、負帰還が正常に行なわていればこのような電圧はありえないため、これを検知している。また７１０は、ＰＭＯＳトランジスタがＧＮＤ側に振り切れた場合というのは、発光素子の駆動電圧がＬＥＤや半導体レーザの場合最低でも２Ｖ程度あり、トランジスタが飽和領域ではなく線形領域で動作していることになるため、異常と判定するために接続してある。トランジスタは、線形領域では発光素子駆動電流の定電流性が失われ光量の変動が大きくなることがありえるが、特に光量変動が問題にならないのであれば負帰還の異常だけを判定する比較器７１１のみでもかまわない。当然のことながら、このような構成は図７での構成についてであって、回路形態に応じて負帰還が正常に行なわれている電圧というのは異なっているため、各形態に応じて比較器７１０、７１１の基準電圧を設定する必要がある。
【００３３】
〔第８実施形態〕
図８は、図６の別の詳細図である。誤差増幅器６００の入力の差電圧を測定しただけでは、たとえば両電圧が一致しながら電源側に振り切れた場合、あるいはＧＮＤ側に振り切れた場合は、比較の入力範囲を越え正常な判定が不可能になる。そこで図８は比較器７０４、７０５、７０７、７０８によってそれらの電圧が振り切ってないかどうかも検出している。
【００３４】
〔第９実施形態〕
図９は図８のより簡易な回路で実現した場合である。図９（ａ）において、比較器７０１，７０２と電圧範囲を設定するための二つの電圧源が差動出力の1個の差動増幅器７０３、比較器７０４，７０５が1個の差動増幅器７０６で、比較器７０７，７０８が1個の差動増幅器７０９で構成されている。図９（ａ）の具体的回路構成を図９（ｂ）に示す。通常の差動増幅器６００の入力段における能動負荷のゲート電位に能動負荷を構成するトランジスタそれぞれに差動トランジスタの電流源電流値の１／２以上が流れるように設定する。この電流を１／２よりも大きくするほど入力の異常と判定する差電圧を大きくすることができる。
【００３５】
〔第１０実施形態〕
図９の簡易型の比較器を用いた場合も、オフセットばらつきを生じる可能性がある。このオフセットばらつきをキャンセルする方法として図１０（ａ）、（ｂ）の方法が考えられる。図１０（ｂ）のように、誤差増幅器６００はバッファとして動作させておき、そのオフセットをＶ１として測定し、また比較器７０３のオフセットは平衡出力を不平衡出力に変換するためのアンプ７１４で増幅し、全体でバッファとして動作させ、そのときのオフセットをＶ２として測定する。測定したＶ１，Ｖ２は図１０（ａ）に示すように、誤差増幅器６００と比較器７０３の入力に電圧源として挿入し、オフセットをキャンセルする。
【００３６】
〔第１１実施形態〕
図１１は、誤差増幅器６００の入力の差電圧を入力範囲検知回路６２０でモニタすると同時に、出力範囲検知回路６４０で誤差増幅器６００の出力電圧もモニタしておき、光量制御時の負帰還が正常に動作しているかを判定する。回路６２０と６４０の出力はオアゲート６６０を介して対応付け回路であるカウンタ８００に送る。カウンタ８００は、その時点で光量制御している発光素子を特定し、その発光素子の光量制御終了時のレベルから異常かどうかを判定する。そのときのタイムチャートが図１２である。シフトレジスタで構成された走査回路９００で発光素子１信号（発光素子ＬＤ１をオンにする信号）あるいは発光素子２信号（発光素子ＬＤ２をオンにする信号）によって時分割で光量制御が行なわれる。誤差増幅器６００の入力には基準信号と受光信号とが入力される。基準信号は一定値であるが、受光信号は光量制御のたびに基準信号とのわずかなずれを補うように制御され最終値へと収束し、その発光素子の光量制御を終了する。その終了直前の信号を検知、判定し、それをｃｈ判定回路によって特定の発光素子を対応付けている。
【００３７】
〔第１２実施形態〕
次に、図１３から図１５を参照して、本発明の第１２実施形態に係る光量制御装置について説明する。
【００３８】
図１３は、本発明の第１２実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。図１３において、光量制御装置１０は複数個の発光素子を駆動する。図６の構成では、光量制御装置１０は３２個の発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を駆動する。換言すれば、光量制御装置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。光量制御装置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。
【００３９】
光量制御装置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、光量制御装置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、前述の誤差増幅器に相当するＡＰＣ回路６００を有する。電流アンプ３００は、前述した第１から第４実施形態に係る構成を有する。強制点灯回路５００はＡＰＣ回路６００の負荷の大きさを調整でき、かつ画像信号の描画開始位置を決めるために必要な発光素子の強制点灯機能を備えたものである。
【００４０】
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の光量制御を行う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。
【００４１】
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６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光量制御装置１０に流れるようにして、動作の安定化を図っている。
【００４２】
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。図１〜図５に示すＡＰＣ回路６００は、図１４のオペアンプ６１に相当する。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。
【００４３】
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に与える駆動電圧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。最終状態検知回路８５０は誤差増幅器６００の入力に設けられた範囲検知回路６２０と出力に設けられた検知回路６４０とからなる。詳細の基本回路は図６及び図１１で示したものであり、これを３２レーザにまで拡張している。これらの最終状態検知回路８５０によって得られた負帰還時の状態を時系列信号として取り出し、走査回路９００と同じ走査信号で駆動される対応付け回路８００によってそれぞれの最終電圧がどのレーザを光量制御しているかの特定を可能にしている。
【００４４】
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。
【００４５】
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（補正電流Ｉαに相当する）がそのままであるため、受光電流Ｉｐｄは基準電流Ｉ１＋加算電流Ｉα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。
【００４６】
光量モニタ回路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もので、前述の図１〜図４に示す構成のいずれかを有する。
【００４７】
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。光量制御装置１０が組み込まれる複写機、プリンタ、ファクシミリ装置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に基づき描画開始位置を決定している。
【００４８】
図１５に、本発明の光量制御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１３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は前述した光量制御装置１０に相当する。
【００４９】
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ＯＮ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ＯＮ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ＯＮ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ＯＮ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、ＯＮ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、ＯＮすべき発光素子の数に応じて電流電圧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ＯＮ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ＯＮ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。
【００５０】
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６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。バイアス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。オフセット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。外部からのバイアス電流設定信号に応じて、電流源２１２は指示された電流を負荷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がバイアス電流設定信号で設定されたバイアス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バイアス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バイアス電流を生成する。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、平衡二線で伝送することが好ましい。
【００５１】
次に、図１４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。
【００５２】
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６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１４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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。ただし、αは定数である。
【００５５】
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慮したもので、レーザ光の走査位置に応じた制御電圧を有する。
【００５６】
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１３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１４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６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。
【００５７】
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７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に与えられる電流をＩとすれば、第２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６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制御においてコンデンサＣ２に格納される電圧はＶ＋ΔＶと記述することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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依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Ｃ２１を並列に接続し、負帰還ループでの発振を防止する。
【００６１】
電圧印加時間調整回路８０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６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。
【００６２】
電圧印加時間調整回路８０は、遅延回路８１と排他的論理和回路８２とを２組有する。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）。
【００６３】
電流生成回路７０は、図１３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生成する。電流生成回路７０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ーシュートさせ、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７５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７５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。
【００６４】
以上説明したように、第１２実施形態に係る光量制御装置は、第１から第１０の実施形態に係る作用、効果、つまりレーザを特定しつつ、高い精度で異常を検知する、上述した他の様々な特徴を備えた装置である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光量制御時のレーザ駆動状態を反映した時系列信号を光量制御での主走査制御からの走査信号に対応付けることで異常なレーザが特定でき、さらにレーザ駆動状態として自動光量制御時の負帰還状態を入力側を検知することに加えて出力側も検知することで異常状態を高い精度で検知できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態であって、図２の構成の詳細な回路図である。
【図４】 本発明の第４実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】 本発明の第５実施形態に係る光量制御装置の構成を示す図である。
【図６】 本発明の第６実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第７実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第８実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 本発明の第９実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図１０】 本発明の第１０実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の第１１実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の第１１実施形態に係る光量制御装置の動作を示す波形図である。
【図１３】 本発明の第１２実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】 図１３に示すドライバの内部構成を示す図である。
【図１５】 本発明の光量制御装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザホ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図である。
【符号の説明】
１１ 受光器 ＬＤ１、ＬＤ２ 発光素子 １１０ 駆動回路
１１３1、１１３2 駆動回路
１０００ 駆動回路、 ８００ 対応付け回路、９００ 走査回路
９５０ 走査制御回路、８５０ 最終状態通知回路
１１０、１１４1、１１４2 スイッチ
６２０ 入力範囲検知回路、 ６４０ 出力範囲検知回路
７０１、７０２、１４４1、１４４2、７１０、７１１、７０４、７０５、７０７、７０８ 比較器、
７０３ 差動出力増幅器
７０６、７０９ 差動増幅器
７１３ バッファ
７１４ 平衡不平衡変換アンプ（７０３を組み合わせ差動増幅器として動作）
１０ 光量制御装置 ＬＤ１〜ＬＤ３２ 発光素子
１００1〜１００32 ドライバ ２００ 共通制御電位設定回路
２１１ 演算増幅器（オペアンプ） ２１２、２１３ 定電流源
２１４、２１５ 負荷 ２１６ 定電圧源
３００ 電流アンプ ４００ 光量モニタ
５００ 強制点灯回路 ６００ ＡＰＣ回路
６１ オペアンプ ＳＷfb1〜ＳＷfb32 スイッチ
Ｃfb32〜Ｃfb32 コンデンサ
Ｖｒｅｆ、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２ ＡＰＣ基準電圧
１５０ バス ＣＯＵＴ 端子 Ｃｄ1〜Ｃｄ32 コンデンサ
ＬＤＯＵＴ 端子 ＬＤＣＯＭ 端子 １０５ 負荷
ＰＤ 受光器 ＳＷ１９ スイッチ ２１、２２ 乗算器
３０ 電流源 ２６ オペアンプ ２８ インバータ
８０ 電圧印加時間調整回路 ８１ 遅延回路
８２ 排他的論理和回路 ７０ 電流生成回路
７５ バイアス電流設定用スイッチ
３４ オペアンプ ３２ 定電流源 ２４ 負荷
３５ オペアンプ ９００ バイアス回路
３１ 電流源 Ｒ１１、Ｒ２１ 抵抗 Ｃ１１、
Ｃｄ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３−１、Ｃ４−１、Ｃ３−２、Ｃ４−２ 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 スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の駆動制御に関し、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光量制御装置に関する。
【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、変調速度と記す）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の分野において、より高解像度化、より高速化の要求に応えるために、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】
ところで、面発光レーザを用いたレーザ駆動装置ではレーザビーム数が多いため、従来の端面発光レーザを使った場合のようにレーザに異常が発生しても画質がわずかに落ちる程度のため、そのまま使い続けることになる。しかし画像によってはこのようなレーザの劣化が画像に出るため、レーザに異常があった場合には速やかに交換されねばならない。また面発光レーザでは画像を送出するタイミングパルスをレーザを発光させて作っているが、面発光レーザは1ビーム当たりの光量が端面発光レーザと比較し小さいため、位置精度を悪化させないように中央付近のレーザビームを複数点灯している。
【０００６】
従来のシングルレーザを前提としたレーザ駆動回路では例えば特許文献４に記載されているように、レーザ駆動電流から劣化を検知するものがある。また面発光レーザのようなマルチ発光素子で異常な発光素子を検出するものとしては、特許文献１や特許文献２がある。また異常の検出方法としては特許文献４にあるようにレーザ駆動電流で検知するもの以外に、特許文献３にあるように受光レベルから異常を検知するものがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２６３００７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７１１６５号公報
【特許文献３】
特開平３−２３２２８４号公報
【特許文献４】
特開２０００−２８０５２０号公報
【発明が解決しようとする課題】
面発光レーザではビーム数が多いため1個のレーザが異常になってもたとえば異常になったレーザを除いて網点スクリーンを再構成したり、あるいは隣接ビームの光量を調整することで総光量を等しくし異常レーザによる画質劣化を最小に抑えることが可能である。またレーザを駆動する画像信号の出力タイミングを決めている同期信号を生成する際、精度を落とさないよう特定領域に集中し複数のレーザを点灯しているが、位置精度を落とさないように点灯するビーム数を最少にしているため、このうちのレーザが異常になり点灯しないと最悪同期信号が出なくなることもありえる。このような場合レーザが異常になったことを検知するだけでなく、どのレーザが異常かを検知できれば、できるだけ近接していて点灯してないレーザに切り替えられるため同期信号が出なくなるという最悪状態は避けることができる。これらの方式において、異常なレーザあるいは発光素子を特定する方法は特許文献１と特許文献２である。ところで、特許文献１では走査密度を変えるために使用するレーザを選択し発光させ異常を検知し、特許文献２では特定の発光素子を点灯または消灯するためのデータを駆動回路に送出して発光または消灯し、そのときの発光によって異常を判定しており、特定発光素子を点灯するための回路または特定の手順を必要としている。さらに特許文献１では記録動作を実行中に異常を判定しているため、たとえば非常に短いパルスだけで画像を記録するような場合には検出回路の応答速度の制約からパルス電流が平均化され、連続点灯時と比較し少ない光量あるいは少ない駆動電流として検出されるので、たとえ異常ではなくとも異常と検知する誤判定の可能性が残る。
【０００８】
また、上記異常が発生したレーザの特定方法における課題の他、レーザの異常検出方法についても改善すべき課題がある。レーザの異常検出方法は多数提案されている。たとえば特許文献４では駆動電流によって異常を検知するものだが、このような駆動電流により異常を判定する検知方法一般に共通する問題として、駆動電流だけではレーザの異常を高い信頼性で判断できないことである。つまりレーザにはばらつきがあるため、駆動電流に違いがある。さらに個別ばらつきに加え同一光量となる駆動電流は温度によって変わる。このためレーザ毎の特性に加え、劣化状態や環境なども考慮しないと正常に動作しているのに異常と判定される可能性がある。一方、特許文献３は目標光量よりも低い参照信号を基準に、これよりも受光器からの信号が低いと異常と判定するものである。特許文献３に記載の実施例では参照信号を目標光量に対し５％低い値としているが、例えば劣化が進んで自動光量制御によって駆動電流が最大電流となった状態でようやくこの参照光量の５％を越えていたとしても、これは正常とは言えない。正常な状態とは、光量制御の負帰還で目標光量に一致している状態である。しかし実際には負帰還を行なう差動増幅器のオフセットがCMOSの場合で２０ｍV程度、またCMOSではゲインが６０〜８０ｄBと低いため、差動増幅器の出力が数V変化するのに必要な入力の差電圧は数ｍV必要である。このため目標光量と一致したかどうかはこの誤差を考慮して考えなければならないが、これを検知するための比較器も同様のばらつきを含んでいるとさらに精度は低下する。つまり光量制御を行なっている差動増幅器の入力側では数１０ｍVの誤差を含んだ判定となる。一方面発光レーザではレーザ光量によってレーザの広がり角度が変化するため、感光体への露光には中央付近の光だけを使用している。このため光量制御でも感光体に向かうレーザの一部を使っているため、受光器に入射する光は全体の数％と小さい。さらに面発光レーザでは、１本あたりの光量が端面発光レーザより一桁小さい。このため受光器からの電流は端面発光レーザの場合と比較し１／１００の数μAとなる。差動増幅器の入力にはこの電流を電圧に変換しているが、応答速度を考えると抵抗値はせいぜい１０ｋΩ程度となり、この結果出力電圧は数１０ｍVで差動増幅器のオフセットばらつきと同程度になる。このことから差動増幅器の入力電圧からレーザの異常を判定するのは非常に難しいことがわかる。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点を解決し、レーザの異常を高い信頼性で検知すると共に、どのレーザが故障しているかを特定できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項１に記載のように、複数の発光素子と、複数の発光素子からの光を受光する共通の受光素子と、複数の発光素子を順に点灯させる走査回路と、受光素子からの受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器と、制御信号に基づいて前記走査回路で選択した発光素子を駆動する駆動手段とを備えた光量制御装置において、発光素子の駆動状態を反映する駆動に関する時系列信号を生成し、該時系列信号それぞれの最終値を、前記走査回路への走査信号を元に前記複数の発光素子に関連付ける対応付け回路を具備する光量制御装置である。上記構成の対応付け回路を用いているので、個々の発光素子の駆動状態を知ることができる。
【００１１】
上記光量制御装置において、請求項２に記載のように、前記対応回路がカウンタである構成とすることができる。
【００１２】
上記光量制御装置において、請求項３に記載のように、前記時系列信号が光量モニタ信号を元にする信号である構成とすることができる。
【００１３】
上記光量制御装置において、請求項４に記載のように、前記時系列信号が駆動電流を元にする信号である構成とすることができる。
【００１４】
上記光量制御装置において、請求項５に記載のように、前記時系列信号が差動増幅器の入力差動電圧を元にする信号である構成とすることができる。
【００１６】
請求項１から５に記載の光量制御装置において、請求項６に記載されているように、前記誤差増幅器の出力電圧が受光信号に影響する範囲の外にあることを検知する検知回路を具備する構成とすることができる。
【００１７】
請求項６記載の光量制御装置において、請求項７に記載されているように、前記対応付け回路は、前記複数の発光素子に関連付けられた前記時系列信号それぞれの最終値と、前記検出回路の出力信号とに応じて発光素子毎に発光素子の状態を示す信号を出力する構成とすることができる。これにより、受光信号が微小であっても精度よく発光素子を特定しつつ異常判定を行うことができる。
【００１８】
請求項５の光量制御装置において、請求項８に記載されているように、前記差動増幅器の差動電圧範囲が、差動増幅器初段の能動負荷の制御電位を差動電流源電流値の１／２よりも増加させて設定した構成とすることができる。この構成により、簡易な構成で異常発生の有無を検知することができる。
【００１９】
請求項８の光量制御装置において、請求項９に記載されているように、前記差動増幅器の差動入力にオフセットをキャンセルする回路を有する構成とすることができる。この構成により、異常検出の精度が向上する。
【００２０】
まず、レーザを特定する方法について説明する。本発明の光量制御装置は、図１に示すように、複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２と、複数の発光素子からの光を受光する共通の受光素子１１と、複数の発光素子を順に点灯させる走査回路９００と、受光素子１１からの受光信号と目標光量に対応した信号（基準信号）に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器６００と、制御信号に基づいて前記走査回路９００で選択した発光素子を駆動する駆動部１００とを備えた構成である。
【００２１】
このような光量制御装置を用いた発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の自動光量制御時において、走査回路９００によって駆動回路が順に駆動されて誤差増幅器６００により光量制御が行なわれる。このときの駆動状態に関係する信号（たとえば受光信号）を、その発光素子の制御期間における最終の信号（タイミング）を、走査制御回路９５０が出力する走査信号を元にその発光素子と対応付ける。光量制御は時分割で行なわれるため、すべてのレーザの光量制御にはレーザビームの数だけ時間がかかる。レーザビームの１スキャンの時間を１ｍｓｅｃとすると、ビーム数が３２本では１つのレーザを光量制御するのに４μｓｅｃかかったとして１２８μｓｅｃ必要となる。その分画像領域の時間が短くなるため、たとえば画像データのクロックを速くするなど必要となる。したがって光量制御をなるべく短く終了させなければならない。光量制御の時間は最短で光量制御の負帰還が収束するまでの時間で、通常この最短時間となるように走査タイミングは決められている。このため、各発光素子の光量制御における最終時の状態が光量制御の状態を正しく反映している。そこで、この各発光素子制御時の最終時の駆動状態を表す信号を、走査信号から特定したその発光素子の状態を表す信号として検知する。
【００２２】
次に、検知の信頼性を向上させる本発明の原理を説明する。光量制御が正常に行なわれたかどうかを判定するには、誤差増幅器６００の差動入力が一致したことを検知すればよいが、誤差増幅器６００のゲインが低く正常に動作しても入力の差電圧が数ｍＶ必要なこと、一方誤差増幅器６００のオフセットばらつきがＣＭＯＳの場合２０ｍＶ程度あることなどから検知が難しいことがある。しかし、誤差増幅器６００の出力側で検知すれば精度の問題を回避できる。つまり負帰還が正常に行なわれていれば（受光器１１、誤差増幅器６００及び駆動部１００はフィードバックループを形成している）、発光素子を駆動している状態のどこかで平衡状態になっているはずで、電源側、あるいはＧＮＤ側に振り切れていれば負帰還が正常に行なわれていないと判断できる。実際、駆動部１００を構成する駆動回路１１３1、１１３2がＰＭＯＳからなるソース型電流源であれば、電源電圧からＰＭＯＳの閾値電圧低い電圧よりも誤差増幅器出力が高いと、ＰＭＯＳトランジスタはＯＦＦ状態のため発光素子を制御できないので負帰還が異常と判断される。この方式によれば、入力側の電圧を誤差増幅器６００のゲイン倍大きな信号で判定できるため簡易な回路で異常を判定することが可能となる。
【００２３】
以上説明した原理を用いた本発明の実施の形態を、以下に添付図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。光量制御装置は、複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に共通に設けられた受光器１１、前記誤差増幅器（以下、ＡＰＣ回路という場合もある）６００及び駆動部１００を有する。受光器１１、ＡＰＣ回路６００及び駆動部１００はフィードバックループを形成し、各発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の発光光量が目標光量になるように自動的に制御する機能を持つ。
【００２４】
駆動部１００は、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２を駆動する。図１では便宜上２つの発光素子ＬＤ１、ＬＤ２のみを示しているが、実際にはより多くの発光素子が駆動部１００に接続されている。発光素子ＬＤ１、ＬＤ２は例えば面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）である。受光器１１が複数の発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に共通に設けられている。受光器１１は例えばフォトダイオードからなり、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２から発せられる光を受光し、その光量に応じた光電流Ｉｐｄを出力ラインＬ上に出力する。
【００２５】
走査回路９００は、光量制御装置の外部から走査信号を受けて駆動回路１０００内へ駆動信号を送出する。駆動回路１０００は、誤差増幅器６００、サンプルホールド回路１１０、駆動部１１３、及び最終状態検出回路８５０を含む回路である。最終状態検知回路８５０は走査制御回路９５０からの走査信号を受けて、各発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の光量制御の最終状態での駆動状態を反映する信号を出力する。この信号は対応付け回路８００に出力される。対応付け回路８００は、最終状態検地回路８５０の出力信号と走査制御回路９５０からの走査信号とを用いて、現在駆動されている発光素子を特定するとともに、最終状態検知回路８５０が出力する信号が異常状態を示しているときに、異常チャネル信号を発生する。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２の実施形態による光量制御装置を示す図である。図２では対応付け回路８００として、デジタルカウンタを使用した場合を示している。デジタルカウンタ８００は、走査回路９００へのパルス数をカウントして、そのとき検知されている検知信号がどのチャネルに対応するかを対応付けることができる。また、各時系列信号における各チャネルの制御最終状態にあるかどうかの判定は、走査回路９００が次のチャネルへのシフトする際のタイミングであるカウントアップのタイミングで検知することで可能である。
【００２７】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第3の実施形態による光量制御装置を示す図である。図３では、最終状態検知回路８５０における最終状態検知の対象を、受光器１１が出力する光電流である受光信号（光量モニタ信号）とした場合を示している。発光素子ＬＤ１１、ＬＤ１２ごとに時系列的に行われる光量制御において、最終状態検知回路８５０は、光量モニタ信号が一定レベル範囲内に入っているかどうかを検知して、検知した結果を時系列信号として出力する。対応付け回路８００はこの時系列信号と走査制御回路９５０からの走査信号とを対応付けることで、異常レーザを特定することができる。
【００２８】
〔第４実施形態〕
図４は、本発明の第４の実施形態による光量制御装置を示す図である。図４（ａ）では、最終状態検知回路８５０における最終状態検知の対象を、発光素子ＬＤ１、ＬＤ２に供給される駆動電流とした場合である。発光素子ＬＤ１、ＬＤ２への駆動電流はそれぞれ個別に供給されており、そのままでは時系列信号とならない。そこで図４では、個々の駆動回路１１３1、１１３2を構成する電流源（図4では、チャネル毎に２つの電流源を模式的に示す）に駆動電流：モニタ電流＝ｎ：１（ここでｎは消費電流と精度の点で決めるが、１００程度が好ましい）となるようにカレントミラーを構成し、そのモニタ電流側の出力をすべての駆動回路で共通に接続して最終状態検知回路８５０の入力としている。これにより、最終状態検知回路８５０はカレントミラーで生成された駆動電流の複製を時系列信号として受け取り、これを対応付け回路８００に出力する。対応付け回路８００は、受け取った時系列信号を走査制御回路９５０からの走査信号に対応付けることで、駆動電流が異常だったチャネルの特定、つまり異常な発光素子を特定することができる。なお、図４では走査回路９００が走査制御回路９５０からの走査信号に従いスイッチ１１０、スイッチ１１４1、１１４2を切り替えるように図示してある
駆動電流を検出する方式として、精度がやや低くなるが誤差増幅器６００の出力電圧で検出することもできる。誤差増幅器６００の出力は実際には発光素子ＬＤ１、ＬＤ２の駆動電流源を制御しているが、駆動電流源が入出力特性が非線形のトランジスタであると誤差増幅器６００の出力だけでは駆動電流を知ることはできない。そこで、図４（ｂ）では駆動回路１１３1、１１３2と同一構成の相似回路（ダミー回路）１１３ａ、１１３ｂを利用し、最少駆動電流と最大駆動電流とに対する駆動電流源の制御電圧をそれぞれ発生させ、比較器１４４によってそれらの電圧が正常範囲にあるかどうかを判定している。上記制御電圧の発生には、オペアンプ１４６と１４８を用いる。オペアンプ１４６は、相似駆動回路１１３ａの出力を抵抗で取り出し、これを最大駆動電流設定値と比較し、比較結果を相似駆動回路１１３ａと比較器１４４に出力する。また、オペアンプ１４８は、相似駆動回路１１３ｂの出力を抵抗で取り出し、これを最小駆動電流設定値と比較し、比較結果を相似駆動回路１１３ｂと比較器１４４に出力する。この方式によれば個々の駆動回路を修正することなく、全駆動回路で共通である誤差増幅器６００に最小または最大駆動電流に対する制御電圧を発生させて、誤差増幅器６００の出力と比較することで駆動電流異常を検知することができる。
【００２９】
〔第５実施形態〕
図５は、本発明の第５の実施形態による光量制御装置を示す図である。図５（ａ）では、最終状態検知の対象を誤差増幅器６００の入力差動電圧とした場合である。自動光量制御時の負帰還によって誤差増幅器６００の入力差動電圧はほぼ一致するので、最終状態検知回路８５０は差電圧が一定範囲に入ったかどうかを判定し、判定結果を、対応付け回路として機能するカウンタ８００に出力する。カウンタ８００は、走査信号を形成するクロックＣＫとリセット信号ＲＥＳＥＴを用いて上記判定結果と発光素子ＬＤ１、ＬＤ２とを対応付けることで、光量制御が異常なチャネルを特定することができる。
【００３０】
図５（ａ）に示す方式では、オフセットばらつきや誤差増幅器６００のゲインが有限であることを考慮することが好ましい。このようなばらつきを回避する方法として、オフセットをキャンセルして測定することが考えられる。この測定方法として図５（ｂ）、（ｃ）に示す形態が考えられる。このオフセットキャンセルは、オフセットの検知とオフセットの補償と二つのステップで動作する。オフセットの検知は図５（ｃ）に示すように６００、７０１、７０２をバッファ状態としてそれぞれのオフセットを電圧計Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３で測定する。その測定したデータを次の補償のステップで図５（ｂ）に示すように６００、７０１、７０２の非反転入力側に接続し、オフセットをキャンセルする。実際の回路では通常電圧計と電圧源をコンデンサで行なう。この方式によれば精度を高めることができるものの、回路が複雑となり、またオフセットキャンセルの電圧を取り込む期間を必要とする。
【００３１】
〔第６実施形態〕
図６は、本発明の第６の実施形態による光量制御装置を示す図である。図６の構成は、誤差増幅器６００で光量制御の負帰還が正常かどうかを誤差増幅器６００の入力側に加えて出力側の電圧を検知することで誤差増幅器６００が持つオフセットに左右されず高い精度で異常を検知する方法である。すなわち、入力側がばらつきも含め異常と判定されない程度に大きく設定した差電圧以内であった場合に、出力電圧が負帰還制御が正常に行なわれている場合には、あり得ない電圧となっていないかを検知して異常を判定している。この方式によれば誤差増幅器のゲインが少なくとも１０００倍程度あるため入力側で１ｍＶの電圧を出力側では１Ｖで検出できるため比較器のオフセット誤差が問題ならず、差動増幅器６００に限らず簡易な様々な方式での検知が可能になる。図６において、入力範囲検知回路６２０は、その入力が誤差増幅器６００の反転及び非反転入力端子に接続され、両者の差電圧の大きさから入力側の異常の有無を判定する。出力範囲検出回路６４０は、その入力が誤差増幅器６００の出力端子に接続され、誤差増幅器６００の出力電圧が上記あり得ない電圧であるかどうかを判定する。なお、図６の構成を含む光量制御装置の全体構成及び動作については、図１１及び図１２を参照して後述する。
【００３２】
〔第７実施形態〕
図７は、図６の出力範囲検知６４０の回路構成を詳細に示す図である。誤差増幅器６００の出力が電源電圧とＧＮＤに振り切れてないかを比較器７１０、７１１によって判定している。ここで比較器７１１の比較基準電圧は駆動回路１０００と同じＰＭＯＳトランジスタで生成しているが、これはＰＭＯＳトランジスタがゲート電圧が（電源電圧―ＰＭＯＳの閾値電圧）以下になるとトランジスタがＯＦＦして駆動電流が流れず、負帰還が正常に行なわていればこのような電圧はありえないため、これを検知している。また７１０は、ＰＭＯＳトランジスタがＧＮＤ側に振り切れた場合というのは、発光素子の駆動電圧がＬＥＤや半導体レーザの場合最低でも２Ｖ程度あり、トランジスタが飽和領域ではなく線形領域で動作していることになるため、異常と判定するために接続してある。トランジスタは、線形領域では発光素子駆動電流の定電流性が失われ光量の変動が大きくなることがありえるが、特に光量変動が問題にならないのであれば負帰還の異常だけを判定する比較器７１１のみでもかまわない。当然のことながら、このような構成は図７での構成についてであって、回路形態に応じて負帰還が正常に行なわれている電圧というのは異なっているため、各形態に応じて比較器７１０、７１１の基準電圧を設定する必要がある。
【００３３】
〔第８実施形態〕
図８は、図６の別の詳細図である。誤差増幅器６００の入力の差電圧を測定しただけでは、たとえば両電圧が一致しながら電源側に振り切れた場合、あるいはＧＮＤ側に振り切れた場合は、比較の入力範囲を越え正常な判定が不可能になる。そこで図８は比較器７０４、７０５、７０７、７０８によってそれらの電圧が振り切ってないかどうかも検出している。
【００３４】
〔第９実施形態〕
図９は図８のより簡易な回路で実現した場合である。図９（ａ）において、比較器７０１，７０２と電圧範囲を設定するための二つの電圧源が差動出力の1個の差動増幅器７０３、比較器７０４，７０５が1個の差動増幅器７０６で、比較器７０７，７０８が1個の差動増幅器７０９で構成されている。図９（ａ）の具体的回路構成を図９（ｂ）に示す。通常の差動増幅器６００の入力段における能動負荷のゲート電位に能動負荷を構成するトランジスタそれぞれに差動トランジスタの電流源電流値の１／２以上が流れるように設定する。この電流を１／２よりも大きくするほど入力の異常と判定する差電圧を大きくすることができる。
【００３５】
〔第１０実施形態〕
図９の簡易型の比較器を用いた場合も、オフセットばらつきを生じる可能性がある。このオフセットばらつきをキャンセルする方法として図１０（ａ）、（ｂ）の方法が考えられる。図１０（ｂ）のように、誤差増幅器６００はバッファとして動作させておき、そのオフセットをＶ１として測定し、また比較器７０３のオフセットは平衡出力を不平衡出力に変換するためのアンプ７１４で増幅し、全体でバッファとして動作させ、そのときのオフセットをＶ２として測定する。測定したＶ１，Ｖ２は図１０（ａ）に示すように、誤差増幅器６００と比較器７０３の入力に電圧源として挿入し、オフセットをキャンセルする。
【００３６】
〔第１１実施形態〕
図１１は、誤差増幅器６００の入力の差電圧を入力範囲検知回路６２０でモニタすると同時に、出力範囲検知回路６４０で誤差増幅器６００の出力電圧もモニタしておき、光量制御時の負帰還が正常に動作しているかを判定する。回路６２０と６４０の出力はオアゲート６６０を介して対応付け回路であるカウンタ８００に送る。カウンタ８００は、その時点で光量制御している発光素子を特定し、その発光素子の光量制御終了時のレベルから異常かどうかを判定する。そのときのタイムチャートが図１２である。シフトレジスタで構成された走査回路９００で発光素子１信号（発光素子ＬＤ１をオンにする信号）あるいは発光素子２信号（発光素子ＬＤ２をオンにする信号）によって時分割で光量制御が行なわれる。誤差増幅器６００の入力には基準信号と受光信号とが入力される。基準信号は一定値であるが、受光信号は光量制御のたびに基準信号とのわずかなずれを補うように制御され最終値へと収束し、その発光素子の光量制御を終了する。その終了直前の信号を検知、判定し、それをｃｈ判定回路によって特定の発光素子を対応付けている。
【００３７】
〔第１２実施形態〕
次に、図１３から図１５を参照して、本発明の第１２実施形態に係る光量制御装置について説明する。
【００３８】
図１３は、本発明の第１２実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示す図である。図１３において、光量制御装置１０は複数個の発光素子を駆動する。図６の構成では、光量制御装置１０は３２個の発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を駆動する。換言すれば、光量制御装置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。光量制御装置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。
【００３９】
光量制御装置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、光量制御装置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、前述の誤差増幅器に相当するＡＰＣ回路６００を有する。電流アンプ３００は、前述した第１から第４実施形態に係る構成を有する。強制点灯回路５００はＡＰＣ回路６００の負荷の大きさを調整でき、かつ画像信号の描画開始位置を決めるために必要な発光素子の強制点灯機能を備えたものである。
【００４０】
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の光量制御を行う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。
【００４１】
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６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光量制御装置１０に流れるようにして、動作の安定化を図っている。
【００４２】
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。図１〜図５に示すＡＰＣ回路６００は、図１４のオペアンプ６１に相当する。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。
【００４３】
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に与える駆動電圧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。最終状態検知回路８５０は誤差増幅器６００の入力に設けられた範囲検知回路６２０と出力に設けられた検知回路６４０とからなる。詳細の基本回路は図６及び図１１で示したものであり、これを３２レーザにまで拡張している。これらの最終状態検知回路８５０によって得られた負帰還時の状態を時系列信号として取り出し、走査回路９００と同じ走査信号で駆動される対応付け回路８００によってそれぞれの最終電圧がどのレーザを光量制御しているかの特定を可能にしている。
【００４４】
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。
【００４５】
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（補正電流Ｉαに相当する）がそのままであるため、受光電流Ｉｐｄは基準電流Ｉ１＋加算電流Ｉα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。
【００４６】
光量モニタ回路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もので、前述の図１〜図４に示す構成のいずれかを有する。
【００４７】
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。光量制御装置１０が組み込まれる複写機、プリンタ、ファクシミリ装置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に基づき描画開始位置を決定している。
【００４８】
図１５に、本発明の光量制御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１３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は前述した光量制御装置１０に相当する。
【００４９】
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ＯＮ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ＯＮ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ＯＮ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ＯＮ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、ＯＮ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、ＯＮすべき発光素子の数に応じて電流電圧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ＯＮ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ＯＮ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。
【００５０】
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６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。バイアス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。オフセット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。外部からのバイアス電流設定信号に応じて、電流源２１２は指示された電流を負荷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がバイアス電流設定信号で設定されたバイアス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バイアス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バイアス電流を生成する。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、平衡二線で伝送することが好ましい。
【００５１】
次に、図１４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。
【００５２】
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６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１４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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。ただし、αは定数である。
【００５５】
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慮したもので、レーザ光の走査位置に応じた制御電圧を有する。
【００５６】
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１３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１４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６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。
【００５７】
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７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に与えられる電流をＩとすれば、第２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６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制御においてコンデンサＣ２に格納される電圧はＶ＋ΔＶと記述することができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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依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Ｃ２１を並列に接続し、負帰還ループでの発振を防止する。
【００６１】
電圧印加時間調整回路８０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６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。
【００６２】
電圧印加時間調整回路８０は、遅延回路８１と排他的論理和回路８２とを２組有する。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）。
【００６３】
電流生成回路７０は、図１３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生成する。電流生成回路７０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ーシュートさせ、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７５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７５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。
【００６４】
以上説明したように、第１２実施形態に係る光量制御装置は、第１から第１０の実施形態に係る作用、効果、つまりレーザを特定しつつ、高い精度で異常を検知する、上述した他の様々な特徴を備えた装置である。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光量制御時のレーザ駆動状態を反映した時系列信号を光量制御での主走査制御からの走査信号に対応付けることで異常なレーザが特定でき、さらにレーザ駆動状態として自動光量制御時の負帰還状態を入力側を検知することに加えて出力側も検知することで異常状態を高い精度で検知できる光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態であって、図２の構成の詳細な回路図である。
【図４】 本発明の第４実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】 本発明の第５実施形態に係る光量制御装置の構成を示す図である。
【図６】 本発明の第６実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 本発明の第７実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 本発明の第８実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 本発明の第９実施形態に係る光量制御装置の構成を示す回路図である。
【図１０】 本発明の第１０実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の第１１実施形態に係る光量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の第１１実施形態に係る光量制御装置の動作を示す波形図である。
【図１３】 本発明の第１２実施形態に係る光量制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】 図１３に示すドライバの内部構成を示す図である。
【図１５】 本発明の光量制御装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザホ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図である。
【符号の説明】
１１ 受光器 ＬＤ１、ＬＤ２ 発光素子 １１０ 駆動回路
１１３1、１１３2 駆動回路
１０００ 駆動回路、 ８００ 対応付け回路、９００ 走査回路
９５０ 走査制御回路、８５０ 最終状態通知回路
１１０、１１４1、１１４2 スイッチ
６２０ 入力範囲検知回路、 ６４０ 出力範囲検知回路
７０１、７０２、１４４1、１４４2、７１０、７１１、７０４、７０５、７０７、７０８ 比較器、
７０３ 差動出力増幅器
７０６、７０９ 差動増幅器
７１３ バッファ
７１４ 平衡不平衡変換アンプ（７０３を組み合わせ差動増幅器として動作）
１０ 光量制御装置 ＬＤ１〜ＬＤ３２ 発光素子
１００1〜１００32 ドライバ ２００ 共通制御電位設定回路
２１１ 演算増幅器（オペアンプ） ２１２、２１３ 定電流源
２１４、２１５ 負荷 ２１６ 定電圧源
３００ 電流アンプ ４００ 光量モニタ
５００ 強制点灯回路 ６００ ＡＰＣ回路
６１ オペアンプ ＳＷfb1〜ＳＷfb32 スイッチ
Ｃfb32〜Ｃfb32 コンデンサ
Ｖｒｅｆ、Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２ ＡＰＣ基準電圧
１５０ バス ＣＯＵＴ 端子 Ｃｄ1〜Ｃｄ32 コンデンサ
ＬＤＯＵＴ 端子 ＬＤＣＯＭ 端子 １０５ 負荷
ＰＤ 受光器 ＳＷ１９ スイッチ ２１、２２ 乗算器
３０ 電流源 ２６ オペアンプ ２８ インバータ
８０ 電圧印加時間調整回路 ８１ 遅延回路
８２ 排他的論理和回路 ７０ 電流生成回路
７５ バイアス電流設定用スイッチ
３４ オペアンプ ３２ 定電流源 ２４ 負荷
３５ オペアンプ ９００ バイアス回路
３１ 電流源 Ｒ１１、Ｒ２１ 抵抗 Ｃ１１、
Ｃｄ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３−１、Ｃ４−１、Ｃ３−２、Ｃ４−２ 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 スイッチ
Claims (9)
- 複数の発光素子と、複数の発光素子からの光を受光する共通の受光素子と、複数の発光素子を順に点灯させる走査回路と、受光素子からの受光信号と目標光量に対応した信号に基づいて光量制御時の制御信号を作成する誤差増幅器と、制御信号に基づいて前記走査回路で選択した発光素子を駆動する駆動手段とを備えた光量制御装置において、
発光素子の駆動状態を反映する駆動に関する時系列信号を生成し、該時系列信号それぞれの最終値を、前記走査回路への走査信号を元に前記複数の発光素子に関連付ける対応付け回路を具備することを特徴とする光量制御装置。 - 前記対応回路がカウンタである請求項１記載の光量制御装置。
- 前記時系列信号が光量モニタ信号を元にする信号である請求項１記載の光量制御装置。
- 時系列信号が駆動電流を元にする信号である請求項１記載の光量制御装置。
- 時系列信号が差動増幅器の入力差動電圧を元にする信号である請求項１記載の光量制御装置。
- 前記誤差増幅器の出力電圧の出力電圧に基づき前記誤差増幅器の負帰還制御が正常に行われているかどうかを検知する検知回路を具備する請求項１から５のいずれか一項記載の光量制御装置。
- 前記対応付け回路は、前記複数の発光素子に関連付けられた前記時系列信号それぞれの最終値と、前記検出回路の出力信号とに応じて発光素子毎に発光素子の状態を示す信号を出力する請求項６記載の光量制御装置。
- 前記差動増幅器の差動電圧範囲が、差動増幅器初段の能動負荷の制御電位を差動電流源電流値の１／２よりも増加させて設定したことを特徴とする請求項５記載の光量制御装置。
- 前記作動増幅器の差動入力にオフセットをキャンセルする回路を有する請求項８記載の光量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003208123A JP4374936B2 (ja) | 2003-08-20 | 2003-08-20 | 光量制御装置及び画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003208123A JP4374936B2 (ja) | 2003-08-20 | 2003-08-20 | 光量制御装置及び画像形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005059251A JP2005059251A (ja) | 2005-03-10 |
| JP4374936B2 true JP4374936B2 (ja) | 2009-12-02 |
Family
ID=34364344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003208123A Expired - Fee Related JP4374936B2 (ja) | 2003-08-20 | 2003-08-20 | 光量制御装置及び画像形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4374936B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5487637B2 (ja) * | 2009-02-13 | 2014-05-07 | 富士ゼロックス株式会社 | 露光装置、画像形成装置、及び露光制御プログラム |
| JP5361510B2 (ja) * | 2009-04-20 | 2013-12-04 | キヤノン株式会社 | 画像読取装置 |
| JP5441543B2 (ja) * | 2009-07-23 | 2014-03-12 | キヤノン株式会社 | 画像形成装置 |
| JP7249207B2 (ja) * | 2019-05-28 | 2023-03-30 | シャープ株式会社 | シェーディング補正信号生成装置、複合機及びシェーディング補正信号生成方法 |
-
2003
- 2003-08-20 JP JP2003208123A patent/JP4374936B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005059251A (ja) | 2005-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5966395A (en) | Semiconductor laser drive device and image recording device | |
| JP4857579B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| US20060088070A1 (en) | Semiconductor laser driving device, semiconductor laser driving method, and image forming apparatus using semiconductor laser driving device | |
| JP4581345B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| US8724082B2 (en) | Semiconductor laser driver and image forming apparatus incorporating same | |
| KR100988900B1 (ko) | 반도체 장치, 그 반도체 장치를 사용한 반도체 레이저 구동장치 및 화상 형성 장치 | |
| JP4427277B2 (ja) | 半導体レーザ駆動装置及びその半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置 | |
| JP4374936B2 (ja) | 光量制御装置及び画像形成装置 | |
| JP4572503B2 (ja) | 発光素子駆動装置および発光システム | |
| JP4581346B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| JP4649824B2 (ja) | 光量制御装置及び画像形成装置 | |
| JP4655457B2 (ja) | 光量制御装置及びこれを用いた画像形成装置 | |
| JP5024341B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び発光素子駆動システム | |
| JP4810787B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| JPH09272223A (ja) | マルチビームレーザ駆動装置 | |
| JP4517598B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| JP4797418B2 (ja) | 発光素子駆動装置 | |
| JP4552395B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| JP4704661B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び発光素子駆動システム | |
| JP2011198918A (ja) | 半導体レーザ駆動装置及びその半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置 | |
| JP5717402B2 (ja) | 画像形成装置 | |
| US20050083978A1 (en) | Method for controlling laser beam power balance in laser scanning unit | |
| JP4581347B2 (ja) | 発光素子駆動装置及び画像形成装置 | |
| JP4186563B2 (ja) | 光源制御装置 | |
| JP5134386B2 (ja) | 光量制御装置およびそれを用いた画像形成装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060724 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090402 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090602 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090723 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090818 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090831 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4374936 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130918 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |