JP4797418B2 - 発光素子駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子駆動装置及び画像形成装置に関し、特にレーザゼログラフィにその光源として用いられるレーザ素子の駆動に用いて好適な発光素子駆動装置に関する。

近年、レーザゼログラフィーの分野において、より高解像度化、より高速化の要求に答えるために、レーザ光源として多数のレーザ光ビームを出射可能な面発光レーザを用いた装置の開発が進められている。

面発光レーザでは、一般的に端面発光レーザと比較して内部抵抗が高い。内部抵抗が高いレーザの出射光を高速変調する方法としては、例えば以下の特許文献１に開示されるような電圧駆動を用いる方法が存在する。この構成を図１（ａ）に示す。また、図１（ｂ）に、図１（ａ）に示す駆動回路における面発光レーザ７０３の駆動電流波形を示す。駆動電流が図１（ｂ）中に示す発光閾値以上になると、レーザーが駆動電流に対応した発光量で発光する。

図１（ａ）に示すように、特許文献１では、スイッチング素子７０１とダイオード７０２と定電圧源７０３と半導体レーザ７０４と定電流回路７１０とを有する駆動回路において、バイアス用の直流電流を定電流回路７１０で生成し、高速駆動時にスイッチング素子７０１を用いてパルス電圧を生成し、このパルス電圧を半導体レーザ７０４に印加する構成とすることで、高速応答を可能にしている。このような構成では、原理上、半導体レーザ７０４の内部抵抗とは無関係にパルス特性が決められ、図１（ｂ）の点線に示すような理想的ななまりの無い波形になるので、図１（ｂ）における積分光量（すなわちパルス幅―積分光量特性：これをＣin特性という）を図１（ｃ）に示す理想直線に近づけることが可能となる。尚、積分光量とはパルス点灯時に、レーザーの発光量を点灯時間で積分した値のことである。

しかしながら、面発光レーザを用いた装置では、多チャンネル（ＣＨ）の配線をレイアウトする必要があるため、特許文献１で開示された構成を面発光レーザに適用する場合、駆動回路（ドライバともいう）からレーザへの引き回しが長くなり、配線間の隣接間容量も含めた配線寄生容量が大きくなる。このため、電圧駆動を行う場合でも、配線寄生容量Ｃと出力インピータンス（＝スイッチＯＮ抵抗Ｒint＋配線抵抗Ｒ１）の時定数（Ｒint＋Ｒ１）×Ｃの影響によるパルス特性のなまりが無視できず、図１（ｂ）に示すように理想波形と比較して積分光量が小さくなるので、実質的には図１（ｃ）に点線で示すように、Ｃin特性が理想直線から大きくずれてしまう。このように、特許文献１による構成に面発光レーザを適用した場合では、駆動パルス幅に対する積分光量（Ｃin特性）が理想直線よりも低いところを通り、パルス幅が一定以上までレーザが発光しない、或いは最小パルス幅付近で積分光量がパルス幅に比例しないため、駆動パルスの補正を要するなどの課題が残る。

そこで、本出願人は、特許文献２において、発光素子を電圧駆動するための電圧源と、発光素子を電流駆動するための電流源とを有する発光素子駆動装置において、定電流駆動したときの発光素子の端子電圧を基準にして、点灯立ち上がり時に印加する定電圧駆動の電圧値を補正する発明を開示している。

特開２００１−３６１８６号公報 特開２００５−６３９９７号公報

しかしながら、面発光レーザー等の多数の発光素子を同時に駆動する時、発光素子の特性がばらついた場合に、図２に示すように一定の補正電圧（補正値）ΔＶで補正しても、発光素子ごとの発光量ΔＬ（ΔＬ１，ΔＬ２）にばらつきが生じる。このため、発光素子ごとにＣｉｎ特性の補正量にばらつきが出てしまうという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発光素子の特性や回路特性にばらつきが出ても、精度よくＣｉｎ特性を補正することができる発光素子駆動装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために本発明の発光素子駆動装置は、複数の発光素子と、前記複数の発光素子を電圧駆動するための電圧源と、前記複数の発光素子を電流駆動するための電流源と、点灯された発光素子の光量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出する光量に基づいて、前記複数の発光素子の光量を各々目標光量に一致させるための制御電圧を生成する制御部と、前記複数の発光素子の少なくとも１つを、前記電流源から共有される前記制御電圧に応じた電流と、前記電圧源から供給される前記制御電圧に応じた電圧との少なくとも一方で駆動する駆動手段とを備え、前記制御部は、各発光素子の光量が第１の光量となるように制御した場合の第１の制御電圧と、各発光素子の光量が第２の光量となるように制御した場合の第２の制御電圧とを前記複数の発光素子のそれぞれについて求め、求めた前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧とを用いて制御電圧と発光素子の発光光量の関係を示す電圧−光量特性を各発光素子についてそれぞれ算出し、算出した電圧−光量特性を使用した直線補間により各発光素子の光量が前記第１の光量に一定光量を加算した補正光量となる場合の補正制御電圧を算出すると共に、前記複数の発光素子のうちの選択した発光素子を前記補正制御電圧で電圧駆動して点灯させ、前記選択した発光素子の前記補正制御電圧による電圧駆動後は、前記選択した発光素子を、前記電流源から供給される電流と、前記電圧源から供給される電圧との少なくとも一方によって点灯させ、前記一定光量は、点灯させる発光素子の発光光量である前記第１の光量を大きく設定するほど、前記一定光量を小さく設定することを特徴とする。
本発明によれば、各発光素子の電圧−光量特性に基づいて補正光量が一定となるように補正電圧を制御することができる。したがって、発光素子の特性や回路特性にばらつきが生じても精度よくＣｉｎ特性を補正することができる。

本発明の画像形成装置は、請求項１から４のいずれか１項記載の発光素子駆動装置によってレーザ素子を駆動する構成を備えている。

本発明は、発光素子の特性や回路特性にばらつきが出ても、精度よくＣｉｎ特性を補正することができる。

添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例を説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図３は、本実施例に係る発光素子駆動装置の全体構成を示す図である。図３において、発光素子駆動装置１０は複数個の発光素子を駆動する。図３の構成では、発光素子駆動装置１０は３２個の発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を駆動する。換言すれば、発光素子駆動装置１０は３２チャネル構成である。各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２は面発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）で形成され、マトリクス状に配置されている。発光素子駆動装置１０は例えばＩＣチップで形成され、内部に以下に説明する回路を備える。

発光素子駆動装置１０は各チャネル毎に、つまり発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２毎にドライバ１００₁〜１００₃₂を有する。また、発光素子駆動装置１０は各チャネルに共通の制御部として、共通制御電位設定回路２００、電流アンプ３００、光量モニタ４００、強制点灯回路５００、ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路６００を有する。

ドライバ１００₁〜１００₃₂は、上記各チャネルに共通の制御部からの信号を、バス１５０を介して受け取り、それぞれ発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を駆動制御するための制御を行う。具体的には、ドライバ１００₁〜１００₃₂は各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２を光量制御を行うＡＰＣ制御と、ＡＰＣ制御後の変調制御とを行う。後述するように、ＡＰＣ制御では、ドライバ１００₁〜１００₃₂は発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２に印加する電圧と電流との両方を制御する。電圧駆動時、ドライバ１００₁〜１００₃₂は各端子ＣＯＵＴを介して、発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２のカソードにそれぞれ接続されているコンデンサＣｄ₁〜Ｃｄ₃₂を制御する。電流駆動時、ドライバ１００₁〜１００₃₂は各端子ＬＤＯＵＴを介して、各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２に流れる電流量を制御する。

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３の構成では、ドライバ１００₁〜１００₄のＬＤＣＯＭ端子は共通に接続され、一端がグランドに接続された負荷１０５の他端に接続されている。各ドライバ１００₁〜１００₃₂は対応する発光素子を駆動していないときには、駆動電流に対応する電流（相補出力）を出力する。この電流を負荷１０５に流すことにより、発光素子の点灯の数等に依存することなく常に一定の電流が発光素子駆動装置１０に流されるようにして、動作の安定化を図っている。

光量制御装置１０は、各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２のレーザ光量をＡＰＣ制御で適切な値に設定した後、変調制御を行う。ＡＰＣ制御の概略は次の通りである。まず、発光素子ＬＤ１のレーザ光量を調整する。ドライバ１００₁は発光素子ＬＤ１を駆動する。各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２に共通に設けられた受光器ＰＤ（例えばフォトダイオードであって、前述の受光器１１に相当する）には、発光素子ＬＤ１のレーザ光量に応じた電流が流れる。電流アンプ３００は受光器ＰＤに流れる電流に対し、スイッチＳＷＳａをオンし、電流源４５０からの加算電流を加算した電流を低インピーダンスで受けて増幅する。この場合、スイッチＳＷＳｂがオンすることで電流源４６０から供給される基準電流で加算電流を相殺し、残った電流を基準電圧Ｖｒｅｆ２に接続された抵抗に供給して電流アンプ３００が出力する電流を電圧に変換し、この電圧（検出電圧という）を、スイッチＳＷ１９を介してＡＰＣ回路６００に出力する。ＡＰＣ回路６００はオペアンプ６１と、１つのスイッチ（ＳＷfb1〜ＳＷfb32の何れか１つ）とコンデンサ（Ｃfb1〜Ｃfb32の何れか１つ）との直列回路とを複数個備える。各直列回路はオペアンプ６１の出力端子と反転入力端子との間に接続されている。各直列回路はサンプルホールド回路を構成する。１つのサンプルホールド回路が１つの発光素子に対応する。例えば、スイッチＳＷfb1とコンデンサＣfb1とのサンプルホールド回路は、発光素子ＬＤ１に対応する。同様に、スイッチＳＷfb32とコンデンサＣfb32とのサンプルホールド回路は、発光素子ＬＤ３２に対応する。

オペアンプ６１は、発光素子ＬＤ１を駆動したときの差電圧を増幅しバス１５０の対応する信号線に出力する。ドライバ１００₁はこの差電圧がゼロになるように発光素子ＬＤ１に与える駆動電流を変化させる。これにより、発光素子ＬＤ１のレーザ光量が変化し、受光器ＰＤに流れる電流量が変化する。受光器ＰＤに流れる電流に応じた検出電圧が電流アンプ３００からＡＰＣ回路６００に出力される。このようなフィードバック制御により、電流アンプ３００の入力出力に加えられた加算電流は相殺される結果消え、ＡＰＣ基準電圧Ｖｒｅｆで発生した基準電流に対応するレーザ光量となるように発光素子ＬＤ１の駆動状態を設定する。なお、この駆動状態の設定とは、発光素子ＬＤ１に与える駆動電流と駆動電圧の両方を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。

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。

なお、後述するように、ＡＰＣ制御は２回行うことが好ましい。２回目のＡＰＣ制御では、１回目のＡＰＣでオンしていたスイッチＳＷＳａをオフする。電流アンプ３００の出力側に供給されている相殺電流は基準電流＋加算電流がそのままであるため、受光電流は基準電流＋加算電流に対応する電流で制御が行われる。ＡＰＣ回路６００中の３２個のサンプルホールド回路を１回目及び２回目のＡＰＣ制御で共通に用いることができるが、２回目のＡＰＣ制御用に新たに３２個のサンプルホールド回路を設けてもよい。

光量モニタ４００は、電流アンプ３００に流れる電流から各発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２のレーザ光量を示す光量モニタ信号を出力する。

強制点灯回路５００は、ＡＰＣ制御を行う前に必要となる同期信号を生成する回路である。発光素子駆動装置１０が組み込まれるコピー機、プリンタ、ファクシミリなどの画像処理装置では、画像を描画する位置を正確に決定するために、描画開始位置の少し手前に光センサを設け、発光素子が出力する光が光センサを横切るタイミングに基づき描画開始位置を決定している。

図５に、本発明の発光素子駆動装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例と、各センサ出力とを示す。レーザゼログラフィ装置におけるレーザ光走査系の基本的な構成は、次の通りである。レーザ光源１０ｄから出射されたレーザ光は、レンズ１５、ポリゴンミラー１２及びレンズ１３、１４を介して感光体表面１６に照射される。そして、ポリゴンミラー１２の回転により、上記レーザ光が感光体表面１６を繰り返し走査する。また、レーザ光源１０ｄから出射されたレーザ光の一部は、半透過型ミラー１９を介して受光器１１に入力する。図５において、このときの受光器１１の出力を光量制御センサ出力として示し、描画開始位置の少し手前に設けられた光センサ１７の出力をＳＯＳ（Start of Scan）センサ出力として示す。ＡＰＣのための領域は、走査領域の前後に設けられている。なお、参照番号１８は前述した発光素子駆動装置１０に相当する。

前述したように、発光素子ＬＤ１〜ＬＤ３２の個々のレーザ光量は端面レーザに比べ小さいので、複数個を同時にオンさせて、ＳＯＳセンサ上を走査する。この場合、特に二次元に配列された発光素子のうち、中央部分に位置する複数の発光素子のみをオンすることが好ましい。しかしながら、ＡＰＣ制御では発光素子を１つずつオンさせて条件設定（フィードバックループのゲイン）を行っているため、所定数の発光素子を同時にオンさせてしまっては、ＡＰＣ制御のフィードバックループが発振してしまう可能性がある。従って、この問題点を解決するために、強制点灯回路５００は、変調信号（変調データ）に応じて電流アンプ３００の負荷の大きさを変化させる。つまり、オンすべき発光素子の数に応じた負荷を電流アンプ３００の出力に接続する。図示する構成では、複数の抵抗がスイッチを介して電流アンプの出力に接続されている。オペアンプ６１に着目すれば、強制点灯回路５００は、オンすべき発光素子の数に応じて電流電源変換ゲインを小さくし全体として負帰還のゲインが変わらないようにする。このような構成により、常に１つの発光素子のみをオンさせた状態と等価な状態が得られるため、換言すれば、フィードバックループのゲインは１つの発光素子のみをオンさせた状態の値となる。この結果、フィードバックループが発振してしまうのを防止することができる。

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３の構成では、共通制御電位設定回路２００は、各ドライバ１００₁〜１００₃₂内で流れるバイアス電流を設定するための共通電位を生成する回路と、オフセット電流を生成するための共通電位を生成する回路とを備えている。バイアス電流とオフセット電流とは典型的な例であって、各ドライバ１００₁〜１００₃₂は駆動と制御に必要なその他の電流を生成するために必要な制御電位を設定することができる。オフセット電流設定用の共通制御電位は、演算増幅器（オペアンプ）２１１、電流源２１２，２１３及び負荷２１４，２１５を含む回路で生成される。バイアス電流設定や他の電流設定用の共通制御電位もそれぞれ同様の回路で生成される。外部からのオフセット電流設定信号に応じて、電流源２１２は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がオフセット電流設定信号で設定されたオフセット電流と同一の電流を流すように電流源２１３を制御する。このときのオペアンプ２１１の出力信号は、バス１５０の対応するバス線に出力される。他方、定電圧源２１６のプラス側電圧がバス１５０の対応するバス線に出力される。このバス線は、夫々の共通制御電位に共通であって、かつ各ドライバ１００₁〜１００₃₂に共通である。このように、外部から設定されたオフセット電流値が差分電圧の形でバス１５０を介して各ドライバ１００₁〜１００₃₂に供給される。各ドライバ１００₁〜１００₃₂は後述するようにして、受け取った差分電圧からオフセット電流を生成する。この結果、たとえ定電圧源２１６の電源電圧が変動しても、上記電位差は一定となり、電源電圧の変動による影響を回避することができる。なお、オペアンプ２１１の出力電圧と定電圧源２１６の電圧とは、平行二線で伝送することが好ましい。

次に、図４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。

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４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４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。

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。

乗算器２１と２２は４象限アナログ乗算器を用いることができ、その乗算器に接続されるべき電圧源としてコンデンサを用いることができる。各乗算器２１、２２の入力は差動構成となっている。各乗算器２１、２２の＋と−で表記された２つの差動入力をそれぞれV1a、V1b及びV2a、V2bとすると、差動構成の各乗算器２１、２２はIout=α(V1a-V1b)(V2a-V2b)で記述される電流を出力する。但し、αは定数である。

このようなレーザ駆動装置では、各乗算器２１及び２２の一方の入力端子（乗数端子）には補正信号が入力し、他方の入力端子（被乗数端子）には制御電圧が入力する。通常差動で構成する乗算器の相補出力の＋側出力を利用した場合オフセット電流が存在するが上記各乗算器２１及び２２にオフセットが存在してもその出力に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２によりＡＰＣ時当該オフセットがキャンセルされる。補正信号は、レーザ光の走査位置によりレーザ光量が異なる状況を考量したもので、レーザ光の走査位置に応じた制御電圧を有する。

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３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４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３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。

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３のスイッチＳＷ８、オペアンプ２６、インバータ２８及びスイッチＳＷ５−２、ＳＷ５−３、乗算器２１、抵抗Ｒ１１、キャパシタＣ１を通り、電流源３０に与えられる。電流源３０は、受け取った制御電圧に応じ、受光器ＰＤからの電流を、基準電流から、この基準電流に加算電流を加えた電流へと変化させる。また、オペアンプ２６が出力する制御電圧はサンプルホールド回路のコンデンサＣ３−２に格納される。コンデンサＣ１は、上記制御電圧と乗算器２１の出力との差電圧で充電される。第１のＡＰＣ制御において発光素子ＬＤに与えられる電流はＩ＋ΔＩと記述することができる。他方、図３のオペアンプ６１が出力する制御電圧は、コンデンサＣ２に与えられるとともに、サンプルホールド回路のコンデンサＣ４−２に格納される。コンデンサＣ２には制御電圧と乗算器２２の出力との差電圧で充電される。第１のＡＰＣ制御においてコンデンサＣ２に格納される電圧をＶとすれば、第２のＡＰＣ制御のいてコンデンサＣ２に格納される電圧はＶ＋ΔＶと記述することができる。

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。

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。

コンデンサＣ１には直列に抵抗Ｒ１１を接続する。すなわち、本実施例では、コンデンサＣ１を含むサンプルホールド回路１１０をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチＳＷ１１のオン／オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。また、このローパスフィルタにはコンデンサＣ１１を並列に接続する。これにより、ローパスフィルタの時定数によって負帰還ループの位相が遅れることを防止できる。同様に、コンデンサＣ２に直列に抵抗Ｒ２１を接続することで、これを含むサンプルホールド回路１２０をローパスフィルタで構成する。これにより、スイッチＳＷ８のオン／オフを切り替えた際に発生する高周波ノイズを抑制できる。更に、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２１で構成されたローパスフィルタに、負帰還ループの位相遅れを防止するためのコンデンサＣ２２を並列に接続し、負帰還ループでの発振を防止する。

電圧印加時間調整回路８００は、スイッチＳＷ２を制御して発光素子ＬＤに電圧を印加する時間を調整する。この電圧はコンデンサＣｄに蓄積された電圧である。前述したように、本実施例では、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４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。

電圧印加時間調整回路８００は、遅延回路８１と排他的論理和回路８２とを２組有し、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）。

電流生成回路７００は、図３に示す共通制御電位設定回路２００が出力する電流毎の差分電圧を受け取り、差分電圧に応じた電流を出力する。電流生成回路７００のオペアンプ３４と定電流源３２とは基準共通電位と基準オフセット電位で形成される差分電圧を受け取り、差分電圧に応じたオフセット電流を生成する。オフセット電流はスイッチＳＷ１６を介して負荷２４に流れる。オフセット電流に応じてコンデンサＣ２の端子電位が決まり、これにより電圧源として機能するコンデンサＣ２が発光素子ＬＤに与える駆動電圧を調整することができる。駆動電圧を調整することで、駆動パルスをオーバシュートさせ、短いパルス幅までレーザを追従させることでハイライトの再現性を高めることができ、駆動電圧を少し大きめに設定することで画像の輪郭を強調できるなど、画像に合わせてこれらを適宜設定することで画質の調整にも使用することができる。オペアンプ３５と電流源３１とは、基準共通電位と基準バイアス電位で形成される差分電圧をスイッチ７５０を介して受け取り、差分電圧に応じたバイアス電流を生成する。また、スイッチ７５０に接続される図中の電圧源が設定するＯＦＦバイアス電圧を受けた電流源３１は、ＯＦＦバイアス電圧に応じたレーザ駆動電流を生成する。

尚、図４におけるスイッチＳＷ１６，負荷２４及び電流源３２は補正回路２５０を構成する。補正回路２５０は、図３におけるオペアンプ２１１，定電流源２１２，２１３及び負荷２１４，２１５で生成された共通基準電位（図中、共通基準と記す）と基準オフセット電位（図中、基準オフセットと記す）とに基づいて電圧源２３０から出力される駆動電圧を補正する。

上記構成を備える本実施例の発光素子駆動装置は、発光素子ＬＤの電圧−光量特性に基づき、発光素子ＬＤの立ち上がり時の補正光量が一定となるように電圧源の出力電圧を補正する。図６を参照しながら本実施例の動作を説明する。図６には、説明を簡略化するために、図３及び図４に示す本実施例の構成から発明の要部の構成だけを取り出して示している。

図６に示す補正回路２５０は、光量制御時に求めた第１の光量Ｌ１（基準光量）と第２の光量Ｌ２（補正光量）に対応する出力電圧を直線補間して、各発光素子ＬＤに対する補正光量（補正電圧）を設定する。図７（Ａ）には、発光素子ＬＤ１が第１の光量Ｌ１（基準光量）と、第２の光量Ｌ２（補正光量）とを取るときの電圧Ｖ１，Ｖ２が示されている。また、発光素子ＬＤ２が第１の光量Ｌ１（基準光量）と、第２の光量Ｌ２（補正光量）とを取るときの電圧Ｖ３，Ｖ４も示されている。補正回路２５０は、発光素子ごとに直線補間によって図７（Ｂ）に示す特性曲線を求め、この特性曲線からその発光素子が補正光量ΔＬを取るときの補正値ΔＶを求める。発光素子ＬＤ１とＬＤ２とでは等しい電圧を印加したときの発光量にばらつきが生じるため、発光素子ＬＤ１の補正値ΔＶ１と、発光素子ＬＤ２の補正値ΔＶ２とは異なる値を取る。

図８を参照しながらより詳細に説明する。まず、図８に示す第１の光量Ｌ１（基準光量（補正なし））を求めるＡＰＣ１のタイミングでスイッチＳＷ１１−１と、スイッチＳＷ２をオンして、制御電圧で電圧源２３０と電流源３０が制御される。補正回路２５０は電圧源２３０の補正なしの状態であるが、この時の光／電圧変換された信号、すなわち基準光量に設定した時の発光素子の印加電圧に対応する信号が補正回路２５０に保持される。

次に、補正最大時（補正信号X＝F：4bit）の第２の光量を求めるＡＰＣ２のタイミングでスイッチＳＷ１１−１、スイッチＳＷ２がオンして、制御電圧で電圧源２３０と電流源３０が制御される。補正回路２５０ではこの時の光／電圧変換された信号すなわち第２の光量に設定した時の発光素子の印加電圧に対応する信号が補正回路２５０に保持される。また補正回路２５０では、上述したように得られた第１の光量Ｌ１（基準光量）時の電圧と、第２の光量Ｌ２（補正光量）時の電圧とから直線補間を行って特性曲線を求める。そして、この特性曲線から発光素子が補正光量ΔＬ（この実施例では補正信号X＝8：4bit）を取るときの補正電圧ΔＶを求める。求められた補正電圧ΔＶは、電圧源２３０で駆動電圧に重畳される。画像形成時には、光量制御時に設定した補正電圧ΔＶを発光素子ＬＤの点灯パルスの立ち上がり時のみ印加する為に、発光素子ＬＤは、点灯立ち上がり時のみスイッチＳＷ１１−１、ＳＷ２がオンし、立ち上がり後は、ＳＷ２がオフになり、第１の光量Ｌ１（基準光量）に応じた光量で電流駆動される。

このように電圧電流駆動方式でレーザの駆動を行う際に、発光素子の電圧−光量特性に基づき、発光パルスの立ち上がり時の補正光量が一定になるように電圧源の出力電圧を補正するので、レーザ特性や回路特性がばらついても、精度よくＣｉｎ特性（パルス幅に対する積分光量）を補正することができる。

なお、Ｃｉｎ特性は、図９に示すように、光量が大きいほど波形なまりが影響する領域aとｄの面積が等しくなるので、次第に理想直線に近づいていく。一方、補正量Ａが一定であると光量が大きくなるほど補正の影響が小さくなるので、補正量Ａを最小光量の時（つまりＣｉｎ特性が理想直線から最もずれる時）に最適になるように設定すれば、これら２つの影響が相殺し、光量を大きくしてもＣｉｎ特性はほぼ最適のままとなる。あるいは、光量が増加しても補正光量を一定のまま保つ為に高精度に調整する必要がある場合には、図１０（Ｂ）に示すように設定光量の増加にあわせて、補正の割合を決める補正信号を小さく設定するか、図１０（Ｃ）に示すようにＡＰＣ実施時に第二の光量の変動割合を小さくするとよい。

なお、上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

（ａ）は内部抵抗が高いレーザの出射光を高速変調する方法として電圧駆動を用いた場合の従来技術（特許文献１）の構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す駆動回路における半導体レーザ７０３の発光波形を示すグラフである。 電圧−光量特性を示す図であり、従来の補正電圧の算出方法を示す図である。 発光素子駆動装置の全体構成を示す回路図である。 発光素子駆動装置のドライバ１００の構成を示す回路図である。 発光素子駆動装置を備える画像形成装置の一態様であるレーザゼログラフィにおけるレーザ走査系の構成例を示す図である。 発光素子駆動装置を簡略化して示した図であり、発明の要部を示す図である。 本発明の補正電圧の算出方法を説明するための図である。 本発明の補正電圧の算出方法を説明するための図である。 発光素子の光量が大きいときと小さいときの補正量を示す図である。 光量の増加と補正光量の関係を示す図である。

符号の説明

１０、１８ 発光素子駆動装置 １０５ 負荷
１０ｄ レーザ光源 １１ 受光器
１２ ポリゴンミラー １３、１４、１５ レンズ
１６ 感光体表面 １７ ＳＯＳセンサ
２１、２２ 乗算器 ２８ インバータ
２３、２４、２１４、２１５ 負荷 ８１ 遅延回路
８２ 排他的論理和回路 １５０ バス
１００₁〜１００₃₂、１００ ドライバ ＰＤ 受光器
２００ 共通制御電位設定回路 ２１６ 定電圧源
２３０ 電圧源 ２５０ 補正回路
２５２、２５３ カレントミラー回路 ２１２、２１３ 定電流源
３００ 電流アンプ ４００ 光量モニタ
５００ 強制点灯回路 ６００ ＡＰＣ回路
７００ 電流生成回路 ８００ 電圧印加時間調整回路
２６、３４、３５、６１、２１１、２５１ 演算増幅器（オペアンプ）
３０、３１、３２、３２’、４５０、４６０ 電流源
１１０、２２０ サンプルホールド回路
ＬＤ１〜ＬＤ３２ 発光素子
Ｖref、Ｖref1、Ｖref2 ＡＰＣ基準電圧
ＣＯＵＴ、ＬＤＯＵＴ、ＬＤＣＯＭ 端子
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、Ｒ３４ 抵抗
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３−１、Ｃ４−１、Ｃ３−２、Ｃ４−２、Ｃ１１、Ｃ２２、Ｃｄ、Ｃｄ₁〜Ｃｄ₃₂、Ｃfb32〜Ｃfb32 コンデンサ
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５−１、ＳＷ５−２、ＳＷ５−３、ＳＷ５−４、ＳＷ６−１、ＳＷ６−２、ＳＷ６−３、ＳＷ６−４、ＳＷ７、ＳＷ８、ＳＷ１１、ＳＷ１１−１、ＳＷ１１−２、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１５−１、ＳＷ１５−２、ＳＷ１６、ＳＷ１９、ＳＷfb1〜ＳＷfb32 スイッチ
Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ３１、Ｔｒ３３、Ｔｒ３６ Ｐ−ＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ３２、Ｔｒ３４、Ｔｒ３５ Ｎ−ＭＯＳトランジスタ

Claims (1)

1. 複数の発光素子と、
   前記複数の発光素子を電圧駆動するための電圧源と、
   前記複数の発光素子を電流駆動するための電流源と、
   点灯された発光素子の光量を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出する光量に基づいて、前記複数の発光素子の光量を各々目標光量に一致させるための制御電圧を生成する制御部と、
   前記複数の発光素子の少なくとも１つを、前記電流源から供給される電流を制御電圧に応じた電流に調整された電流、又は前記電圧源から供給される電圧を制御電圧に応じた電圧に調整された電圧との少なくとも一方で駆動する駆動手段とを備え、
   前記制御部は、各発光素子の光量が第１の光量となるように制御した場合の第１の制御電圧と、各発光素子の光量が第２の光量となるように制御した場合の第２の制御電圧とを前記複数の発光素子のそれぞれについて求め、求めた前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧とを用いて制御電圧と発光素子の発光光量の関係を示す電圧−光量特性を各発光素子についてそれぞれ算出し、算出した電圧−光量特性を使用した直線補間により各発光素子の光量が前記第１の光量に一定光量を加算した補正光量となる場合の補正制御電圧を算出すると共に、前記複数の発光素子のうちの選択した発光素子を前記補正制御電圧で電圧駆動して点灯させ、前記選択した発光素子の前記補正制御電圧による電圧駆動後は、前記選択した発光素子を、前記電流源から供給される電流と、前記電圧源から供給される電圧との少なくとも一方によって点灯させ、
   前記一定光量は、点灯させる発光素子の発光光量である前記第１の光量を大きく設定するほど、前記一定光量を小さく設定することを特徴とする発光素子駆動装置。

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