JP5672845B2 - 半導体レーザ駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される半導体レーザ駆動装置及び画像形成装置に関する。

レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される、半導体レーザ駆動装置を備えた電子写真方式の画像形成装置は、半導体レーザの光出力（発光量）を一定にするために光量制御を行う。例えば、特許文献１に開示された半導体レーザ駆動装置では、半導体レーザの光出力を検出し、この検出された光出力に基づいて、半導体レーザの光出力が所望の光出力となるようにデジタルデータ信号を生成し、このデジタルデータ信号に基づいてＤ／Ａコンバータにより半導体レーザの駆動電流を生成する。

比較的時間の長い矩形波パルスの駆動電流で半導体レーザを駆動した場合、半導体レーザの光出力は、半導体レーザの自己発熱に起因して、消灯状態から点灯状態へ移行した時点から低下を始め、数100μsecが経過したときに定常状態になる（この特性を「ドループ特性」という）。初期の光出力と定常状態になった時の光出力との差をドループ量と言い、これが大きいと形成された画像に濃度むらを生じさせ、画像形成品質を低下させる。

本発明は、半導体レーザのドループ特性を考慮して一定の光出力が得られる半導体レーザ駆動装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様において、半導体レーザを駆動するための駆動電流を出力する半導体レーザ駆動装置が提供される。
この半導体レーザ駆動装置は、
デジタルデータ信号が示す値に対応する大きさの駆動電流を生成して前記半導体レーザに出力する駆動電流生成回路と、
前記半導体レーザに供給する駆動電流の大きさを補正する電流補正回路と、を備え、
前記電流補正回路は、所定のパターンに基づいて、前記半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の大きさになるように、前記デジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させることにより、前記駆動電流の大きさを補正する。

本発明の第２の態様において、半導体レーザ駆動装置が提供される。
この半導体レーザ駆動装置は、
第1のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路と、
第2のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路と、
第3のデジタルデータ信号に応じて、前記スイッチ電流生成回路により生成されるスイッチ電流の大きさを補正する電流補正回路と、を備え、
前記バイアス電流とスイッチ電流を加算した電流を駆動電流として半導体レーザに供給し、
前記電流補正回路は、所定のパターンに基づいて、前記半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の大きさになるように、前記第3のデジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させることにより、前記スイッチ電流の大きさを補正する。

本発明の第３の態様において、半導体レーザ駆動装置が提供される。
この半導体レーザ駆動装置は、
第1のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路と、
第2のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路と、
前記スイッチ電流の大きさを補正する電流補正回路と、を備え、
前記バイアス電流とスイッチ電流を加算した電流を駆動電流として半導体レーザに供給し、
前記電流補正回路は、所定のパターンに基づいて、前記半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の値になるように、前記第1のデジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させることにより、前記半導体レーザに供給するスイッチ電流の大きさを補正する。

本発明の他の態様において、本発明の第１、第２、または第３の態様の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置が提供される。

本発明の第１の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、デジタルデータ信号が示す値に対応する大きさの半導体レーザ駆動電流が生成される場合に、所定のパターンに基づいて、半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の大きさになるように、デジタルデータ信号が示す値が増加又は減少されることにより、駆動電流の大きさが補正される。このような構成によれば、所定のパターンを、ドループ特性による光出力の変化を補償可能なパターンとすることにより、ドループ特性による光出力の変化を抑制できる。

本発明の第２の態様によれば、半導体レーザ駆動装置が、第1のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路と、第2のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路と、を備え、バイアス電流とスイッチ電流を加算した電流を駆動電流として半導体レーザに供給する構成の場合に、上記効果が奏される。すなわち、第２の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、第3のデジタルデータ信号に応じて前記スイッチ電流生成回路により生成されるスイッチ電流の電流値が制御されるとともに、所定のパターンに基づいて、半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の値になるように、第3のデジタルデータ信号が示す値が増加又は減少され、これにより、半導体レーザに供給する駆動電流の大きさが補正される。このような構成によれば、所定のパターンを、ドループ特性による光出力の変化を補償可能なパターンとすることにより、ドループ特性による光出力の変化を抑制できる。

本発明の第３の態様によれば、半導体レーザ駆動装置が、第1のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路と、第2のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路と、を備え、前記バイアス電流とスイッチ電流を加算した電流を駆動電流として半導体レーザに供給する構成の場合に、上記効果が奏される。すなわち、第３の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、所定のパターンに基づいて、半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の値になるように、前記第1のデジタルデータ信号が増加又は減少されることにより、前記半導体レーザに供給する駆動電流の大きさが補正される。このような構成によれば、所定のパターンを、ドループ特性による光出力の変化を補償可能なパターンとすることにより、ドループ特性による光出力の変化を抑制できる。

上記第１から第３の態様において、ドループが発生する時間経過、及びドループ量は固定値ではなく、半導体レーザの種類や熱特性によって多様である。そのため、所定のパターンは、半導体レーザに応じて設定可能にすればよい。

本発明の実施形態の画像形成装置の構成図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の概略構成図である。 第１の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の概略構成図である。 第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の動作例を示すタイミングチャートである。 半導体レーザにおける駆動電流に対する光出力の特性を示す図である。 半導体レーザのドループ特性及び補正例を示すタイミングチャートである（（ａ）時間経過とともに光出力が上昇する例、（ｂ）時間経過とともに光出力が上昇する例）。 本発明の第３の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の概略構成図である。 第３の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の動作例を示すタイミングチャートである。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第1の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の使用例を示した図であり、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される電子写真方式の画像形成装置の構成例を示している。

図１の画像形成装置１において、レーザダイオードにより構成される半導体レーザLDより照射されるレーザ光は、高速で定速回転する回転多面鏡(ポリゴンミラー)２で偏向され、結像レンズとしてのfθレンズ３を通り、感光体４の表面に集光結像する。回転多面鏡２で偏向されたレーザ光は、感光体４が回転する方向と直交する方向(主走査方向)に露光走査され、画像信号のライン単位の記録を行う。感光体４の回転速度と記録密度に対応した所定の周期で主走査を繰り返すことによって、感光体４の表面上に画像(静電潜像)が形成される。

感光体４の一端近傍におけるレーザビームが照射される位置に、主走査同期信号を発生させるビームセンサ５が配置されている。画像制御装置６は、画像を形成するために必要な半導体レーザLDの光量を制御する信号を、半導体レーザLDの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置７に出力する。画像制御装置６は主走査同期信号をもとに主走査方向の画像記録タイミングの制御、及び画像信号の入出力を行うための制御信号の生成を行う。

主走査同期信号を生成するために、画像を記録する前の非画像領域で1ライン毎に一定期間半導体レーザLDを連続点灯させる信号である強制点灯信号による強制点灯期間がある。通常、強制点灯信号による強制点灯期間を利用してAPC(Automatic Power Control)を行うことにより、1ライン毎又は複数ライン毎に光量補正を行うことができ、周囲温度が上昇して動作電流が増加した場合でも、半導体レーザLD点灯時の光量を常に正確に制御することができる。半導体レーザ駆動装置７には、画像制御装置６から強制点灯信号、発光信号及びAPC実行信号等がそれぞれ入力されている。

図２は本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ駆動装置７の内部構成例を示す図である。

図２に示すように、半導体レーザ駆動装置７は、駆動電流生成回路（DAC）１１、制御回路１２、記憶回路１３、及びスイッチ１４を有している。

駆動電流生成回路１１は、デジタルコードop_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）の駆動電流Iopを生成して半導体レーザLDに出力する。駆動電流生成回路１１は電流出力型のD/Aコンバータで構成されている。

記憶回路１３は、不揮発性メモリ又はレジスタ回路からなり、所定のパターンを決定するための後述する所定のパラメータを記憶している。

制御回路１２は、記憶回路１３から所定のパラメータを読み出し、この読み出した所定のパラメータと、発光信号ldonと、クロック信号clkとに基づいて、デジタルコードop_codeを生成してスイッチ電流生成回路１１に出力する。発光信号ldonには"High"または"Low"の状態が存在し、Highは半導体レーザLDを点灯させる状態であり、Lowは半導体レーザを消灯させる状態である。具体的には、制御回路１２は、記憶回路１３から所定のパラメータを読み出し、発光信号ldonがLowからHighになると、入力されたクロック信号clkに同期して、記憶回路１３から読み出した所定のパターンに基づいてデジタルコードop_codeを所定の設定値から増加又は減少させる制御を行う。所定のパターンを決定するための所定のパラメータは、デジタルコードop_codeを増減させる場合における増減開始から終了までのクロック数、及び1クロック期間で増減させる量（以下、「1クロック期間の増減量」という）である。デジタルコードop_codeの増減開始から終了までのクロック数は、ドループ特性において光出力の変化がほぼなくなるまでの時間（以下、「経過時間」という）Tdroopをクロック信号clkの1周期で除算することで算出され、1クロック期間の増減量はドループ量ΔPoをキャンセルするのに必要な駆動電流の増減分ΔIopを増減開始から終了までのクロック数で除算することでから算出される。

スイッチ１４は、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがHighの場合にONし, Lowの場合にOFFする。

このような構成において、駆動電流生成回路１１から出力される駆動電流Iopは、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがLowの場合は半導体レーザLDに供給されず、発光信号ldonがHighの場合に半導体レーザLDに供給される。このようにして、発光信号ldonにより半導体レーザLDへの出力制御が行われ、半導体レーザLDの点灯及び消灯が制御される。

本実施形態において、駆動電流生成回路１１及びスイッチ１４は、デジタルデータ信号が示す値に対応する大きさの駆動電流を生成して前記半導体レーザに出力する駆動電流生成回路をなし、制御回路１２は半導体レーザに供給する駆動電流の大きさを補正する電流補正回路をなし、記憶回路１３は各パラメータを記憶する記憶回路をなす。なお、本実施形態の構成は本発明を実現する構成の一例であり、駆動電流生成回路、電流補正回路、及び記憶回路は、本実施形態と異なる構成であってもよい。

駆動電流生成回路１１及びスイッチ１４（駆動電流生成回路）、制御回路１２（電流補正回路）、及び記憶回路１３（記憶回路）は、1つのICに集積してもよい。

図３は図２に示す構成の各部の信号の例を示したタイミングチャートであり、ドループ特性による光出力Ｐの低下を補正する場合の例を示している。

発光信号ldonがLowの時、半導体レーザLDに駆動電流Iopは供給されていない。そのため、半導体レーザLDは消灯状態で光出力Ｐは0mWである。駆動電流のデジタルコードop_codeは設定値のままである。

発光信号ldonがLowからHighになると、半導体レーザLDに駆動電流Iopが供給され、半導体レーザLDは点灯状態になり光出力ＰはPoとなる（図３（ａ）、（ｄ）、（ｅ）参照）。ここで、ドループ特性の補正がなければ、光出力Pはドループ経過時間Tdroopの間にPoから低下し、最終的にはドループ量ΔPoだけ低下してしまう。しかし、本実施形態では、発光信号ldonがHighの場合、駆動電流のデジタルコードop_codeは、図３（ｃ）に示すように、クロック信号clkに同期して、設定値から1クロック期間毎に１クロック期間の増減量（本例においては増加量）ずつ増加し、図３（ｄ）に示すように、駆動電流Iopもこれにともない増加する。駆動電流のデジタルコードop_codeの増加は、増加開始から終了までのクロック数、すなわちドループ特性の経過時間Tdroopだけ時間が経つと停止する。

発光信号ldonとクロック信号clkは非同期である。そのため、クロック信号clkに応じて駆動電流Iopが増加し始めるタイミングは、発光信号ldonがHighになった後、最大で1クロック期間のずれが生じる。しかしながら、通常はドループ特性の経過時間Tdroopは数100μsecであり、これに対してクロック信号clkの1クロック期間は数100nsecなので、このずれは無視できる程度である。

発光信号ldonがHighからLowになると、半導体レーザLDには駆動電流Iopは供給されなくなる（図３（ｄ）参照）。そのため、半導体レーザLDは光出力Ｐが0mWで消灯状態となる（図３（ｅ）参照）。図３（ｃ）に示すように、駆動電流のデジタルコードop_codeは、クロック信号clkに同期して1クロック期間毎に１クロック期間の減少量（本例においては減少量）ずつ減少し、設定値になると減少が停止する。設定値になる前に発光信号ldon＝Highが入力されると、半導体レーザLDは点灯状態になり、駆動電流のデジタルコードop_codeは発光信号ldon＝Highが入力される直前の値から、再びクロック信号clkに同期して1クロック期間毎に１クロック期間の増加量ずつ増加する。

なお、図３において、駆動電流のデジタルコードop_codeの1クロック期間の増加量を各クロック期間で同じ値としたが、1クロック期間の増加量を各クロック期間で異なる値に設定してもよい。例えば、半導体レーザLDのドループ特性のカーブに合わせて、駆動電流のデジタルコードop_codeを増加開始から前半は急峻に増加させ、後半は緩やかに増加させるようにする。その場合における1クロック期間毎に異なる増加量の設定値は、記憶回路１３に記憶させる。

また、上記の説明ではドループ特性によって光出力Ｐが低下し、この低下を補正する例について説明したが、本実施形態の思想は、ドループ特性によって光出力Ｐが上昇し、この上昇を補正する場合にも適用可能であり、この場合はドループ量ΔPoをキャンセルするために駆動電流Iopを減少させればよく、考え方は前述のものと同様である。

（第２の実施の形態）
第1の実施の形態では、ドループ量ΔPoをキャンセルするのに駆動電流Iopを増減させたが、半導体レーザLDの発光電流Iηに相当するスイッチ電流Iswを増減させることで駆動電流Iopを増減させてもよい。以下、この方法を実現するための構成を説明する。

図４は本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ駆動装置７ｂの内部構成例を示す図である。

図４に示すように、半導体レーザ駆動装置７ｂは、スイッチ電流生成回路１１Ａ、バイアス電流生成回路１１Ｂ、基準スイッチ電流生成回路１１Ｃ、制御回路１２、記憶回路１３、及びスイッチ１４を有している。

スイッチ電流生成回路１１Ａは、デジタルコードsw_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）の電流を、基準スイッチ電流生成回路１１Ｃから出力される基準スイッチ電流Iswrefの電流値に応じた増幅率で増幅してスイッチ電流Iswを生成して半導体レーザLDに出力する。バイアス電流生成回路１１Ｂは、デジタルコードbi_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）のバイアス電流Ibiを生成して半導体レーザLDに出力する。基準スイッチ電流生成回路１１Ｃは、デジタルコードswref_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）の基準スイッチ電流Iswrefを生成してスイッチ電流生成回路１１Ａに出力する。各電流生成回路１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは電流出力型のD/Aコンバータで構成されている。ここで、バイアス電流のデジタルコードbi_codeの設定値、及びスイッチ電流のデジタルコードsw_codeの設定値は、半導体レーザLDの閾値電流Ithと発光電流Iηの個別検出時に確定しており、１パルスによる連続点灯期間中変化しない。一方、デジタルコードswref_codeの設定値は、１パルスによる連続点灯期間中、ドループ特性による光出力の変化を補正可能なように変化する。

記憶回路１３は、不揮発性メモリ又はレジスタ回路からなり、所定のパターンを決定するための後述する所定のパラメータを記憶している。

制御回路１２は、記憶回路１３から所定のパラメータを読み出し、この読み出した所定のパラメータと、発光信号ldonと、クロック信号clkとに基づいて、基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeを生成して基準スイッチ電流生成回路１１Ｃに出力する。発光信号ldonには"High"または"Low"の状態が存在し、Highは半導体レーザLDを点灯させる状態であり、Lowは半導体レーザを消灯させる状態である。具体的には、制御回路１２は、発光信号ldonがLowからHighになると、入力されたクロック信号clkに同期して、記憶回路１３から読み出した所定のパターンに基づいて、デジタルコードswref_codeを初期値から増加又は減少させる制御を行う。前記所定のパターンを決定するための所定のパラメータは、デジタルコードswref_codeの増減開始前の初期値、デジタルコードswref_codeを増減させる場合における増減開始から終了までのクロック数、及び1クロック期間の増減量である。デジタルコードswref_codeの増減開始前の初期値は通常センター値に設定され、増減開始から終了までのクロック数はドループ特性の経過時間Tdroopをクロック信号clkの1周期で除算することで算出され、1クロック期間の増減量はドループ量ΔPoをキャンセルするのに必要なスイッチ電流の増減分ΔIswを増減開始から終了までのクロック数で除算することで算出される。

スイッチ電流Iswは、デジタルコードsw_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）の電流を、基準スイッチ電流Iswrefの大きさに応じた増幅率で増幅することにより生成される。よって、スイッチ電流Iswの電流値は基準スイッチ電流Iswrefの電流値の変動比に対応して変動し、ΔIswref／Iswref＝ΔIsw／Iswの関係が成り立つ。例えば、基準スイッチ電流Iswrefが10%増加すればスイッチ電流Iswも10%増加し、逆に基準スイッチ電流Iswrefが10%減少すればスイッチ電流Iswも10%減少する。また、基準スイッチ電流生成回路１１Ｃは、単調増加でかつ直線性の特徴を持ったD/Aコンバータからなる。そのため、基準スイッチ電流Iswrefを10%増加させたい場合は、基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeを初期値から10%増加させればよい。

スイッチ１４は、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがHighの場合にONし, Lowの場合にOFFする。

このような構成において、バイアス電流生成回路１１Ｂから出力されるバイアス電流Ibi、及び基準スイッチ電流生成回路１１Ｃから出力される基準スイッチ電流Iswrefは、半導体レーザLDの消灯又は点灯によらず常に半導体レーザLD、及びスイッチ電流生成回路１１Ａにそれぞれ供給される。一方、スイッチ電流生成回路１１Ａから出力されるスイッチ電流Iswは、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがLowの場合は半導体レーザLDに供給されず、発光信号ldonがHighの場合に半導体レーザLDに供給される。このようにして、発光信号ldonにより半導体レーザLDへの出力制御が行われ、半導体レーザLDの点灯及び消灯が制御される。

本実施の形態において、スイッチ電流生成回路１１Ａ及びスイッチ１４は、第1のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路をなし、バイアス電流生成回路１１Ｂは、第2のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路をなし、基準スイッチ電流生成回路１１Ｃ及び制御回路１２は、半導体レーザに供給する駆動電流の大きさを補正する電流補正回路をなし、基準スイッチ電流生成回路１１Ｃは入力された前記第3のデジタルデータ信号に応じた大きさの基準スイッチ電流を生成して前記スイッチ電流生成回路に出力する基準スイッチ電流生成回路をなし、制御回路１２は第3のデジタルデータ信号を所定のパターンに基づいて増加又は減少させる制御を行って、前記基準スイッチ電流生成回路に出力する制御回路をなし、記憶回路１３は各パラメータを記憶する記憶回路をなす。なお、本実施形態の構成は本発明を実現する構成の一例であり、スイッチ電流生成回路、バイアス電流生成回路、電流補正回路、及び記憶回路は、本実施形態と異なる構成であってもよい。

スイッチ電流生成回路１１Ａ及びスイッチ１４（スイッチ電流生成回路）、バイアス電流生成回路１１Ｂ（バイアス電流生成回路）、基準スイッチ電流生成回路１１Ｃ及び制御回路１２（電流補正回路）、及び記憶回路１３（記憶回路）は、1つのICに集積してもよい。

図５は図４に示す構成の各部の信号の例を示したタイミングチャートであり、ドループ特性による光出力Ｐの低下を補正する場合の例を示している。

バイアス電流のデジタルコードbi_codeの設定値、及びスイッチ電流のデジタルコードsw_codeの設定値は、半導体レーザLDの閾値電流Ithと発光電流Iηの個別検出時に確定しており、ドループ補正の間も固定の値であるので図５には特に記載していない。

発光信号ldonがLowの時、半導体レーザLDには常時供給されるバイアス電流Ibiのみが供給されるが、スイッチ電流Iswは供給されていない。そのため、半導体レーザLDは消灯状態で光出力Ｐは0mWである。基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeは初期値のままである。

発光信号ldonがLowからHighになると、半導体レーザLDにスイッチ電流Iswが供給され、半導体レーザLDは点灯状態になり光出力ＰはPoとなる（図５（ａ）、（ｅ）、（ｇ）参照）。ここで、ドループ特性の補正がなければ、光出力Pは経過時間Tdroopの間にPoから低下し、最終的にはドループ量ΔPoだけ低下してしまう。しかし、本実施形態では、発光信号ldonがHighの場合、クロック信号clkに応じて基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeは図５（ｃ）に示すように初期値から1クロック期間毎に１クロック期間の増減量（本例においては増加量）ずつ増加し、図５（ｄ）に示すように、基準スイッチ電流Iswrefもこれにともない増加する。スイッチ電流Iswは基準スイッチ電流Iswrefに比例するので、基準スイッチ電流Iswrefの増加量に対応した分だけ、図５（ｅ）に示すように、スイッチ電流Iswも増加していく。基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeの増加は、増加開始から終了までのクロック数、すなわちドループ特性の経過時間Tdroopだけ時間が経つと停止する。基準スイッチ電流Iswrefの増加が停止すると、スイッチ電流Iswの増加も停止する。

発光信号ldonとクロック信号clkは非同期である。そのため、クロック信号clkに応じて基準スイッチ電流Iswref及びスイッチ電流Iswが増加し始めるタイミングは、発光信号ldonがHighになった後、最大で1クロック期間のずれが生じる。しかしながら、通常はドループ特性の経過時間Tdroopは数100μsecであり、これに対してクロック信号clkの1クロック期間は数100nsecなので、このばらつきは無視できる程度である。

発光信号ldonがHighからLowになると、半導体レーザLDにはバイアス電流Ibiのみ供給されスイッチ電流Iswは供給されなくなる（図５（ｅ）参照）。そのため、半導体レーザLDは光出力Ｐが0mWで消灯状態となる（図５（ｇ）参照）。図５（ｃ）に示すように、基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeはクロック信号clkに応じて1クロック期間毎に１クロック期間の減少量ずつ減少し、初期値になると減少が停止する。初期値になる前に発光信号ldon＝Highが入力されると、半導体レーザLDは点灯状態になり基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeは発光信号ldon＝Highが入力される直前の値から、再びクロック信号clkに応じて1クロック期間毎に１クロック期間の増加量ずつ増加する。

なお、図５において、基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeの1クロック期間の増加量を各クロック期間で同じとしたが、1クロック期間の増加量を各クロック期間で異なる量に設定してもよい。例えば、半導体レーザLDのドループ特性のカーブに合わせて、基準スイッチ電流のデジタルコードswref_codeを増加開始から前半は急峻に増加させ、後半は緩やかに増加させるようにする。その場合における1クロック期間毎に異なる増加量の設定値は、記憶回路１３に記憶する。

また、上記の説明ではドループ特性によって光出力Ｐが低下し、この低下を補正する例について説明したが、本実施形態の思想は、ドループ特性によって光出力Ｐが上昇し、この上昇を補正する場合にも適用可能であり、この場合はドループ量ΔPoをキャンセルするためにスイッチ電流Iswを減少させればよく、考え方は前述のものと同様である。

図６は半導体レーザの特性と本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ駆動装置７ｂの設定電流の例を示した図である。

図６の半導体レーザ特性において、半導体レーザが急激に発光し始める時の閾値電流Ithや、所望のレーザ出力に必要となる閾値電流Ith以上の領域を対象とした発光電流Iηは、製造工程のばらつきによって半導体レーザごとにばらつく。ただし、発光電流Iηに対して半導体レーザの光出力Pは直線的に増加するため、半導体レーザにおける発光電流Iηと光出力Pは常に比例関係にある。

また、本実施の形態における半導体レーザ駆動装置７ｂの設定電流は、半導体レーザLDの閾値電流Ithと発光電流Iηが個別に検出され、消灯又は点灯によらず常にバイアス電流Ibi(=Ith)を流し、点灯時にスイッチ電流Isw(=Iη)を加算することを想定している。つまり、半導体レーザLDの光出力Pはスイッチ電流Iswに比例する。スイッチ電流Iswが10%増加すれば、光出力Pも10%増加する。本発明はこの関係を利用してドループ特性の補正を実施しており、以下で詳細を説明する。半導体レーザLDの閾値電流Ithと発光電流Iηを個別に検出する方法の詳細は、特許第4427277号に記載されている。

図７（ａ），（ｂ）は半導体レーザLDのドループ特性と本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ駆動装置７ｂを使用した補正例を示す図である。図７（ａ）は時間経過とともに光出力Ｐが低下する例、図７（ｂ）は時間経過とともに光出力Ｐが上昇する例をそれぞれ示している。

図７（ａ）において、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがLowからHighになると、バイアス電流Ibiにスイッチ電流Iswが加算された駆動電流Iopが半導体レーザLDに流れ、半導体レーザLDは点灯して光出力ＰはPoとなる。補正がなければ、半導体レーザLDのドループ特性により光出力Ｐは経過時間Tdroopの間にPoからドループ量ΔPoだけ低下する。ドループ量ΔPoを0mWにするには、ドループ量ΔPoをキャンセルするように、半導体レーザLDが点灯してからスイッチ電流Iswを経過時間Tdroopの間に増加させればよい。スイッチ電流Iswの必要な増加分ΔIswは、光出力Pがスイッチ電流Iswに比例することから、ΔIsw＝Isw×ΔPo/Poであればよい。

図７（ｂ）の例では、補正がなければ、光出力Pは経過時間Tdroopの間にドループ量ΔPoだけ上昇する。ドループ量ΔPoを補正して0mWにするには、ドループ量ΔPoをキャンセルするように、半導体レーザLDが点灯してからスイッチ電流Iswを経過時間Tdroopの間に減少させればよい。スイッチ電流Iswの必要な減少分ΔIswは、光出力Pがスイッチ電流Iswに比例することから、同様にΔIsw＝Isw×ΔPo/Poであればよい。

（第３の実施の形態）
第2の実施の形態では、スイッチ電流Iswを増減させるために基準スイッチ電流Iswrefを増減させたが、基準スイッチ電流Iswrefを用いず直接スイッチ電流Iswを増減させてもよい。以下、この方法を実現するための構成を説明する。

図８は本発明の第3の実施の形態における半導体レーザ駆動装置７ｃの内部構成例を示す図である。

図８に示すように、半導体レーザ駆動装置７ｃは、スイッチ電流生成回路１１Ａ、バイアス電流生成回路１１Ｂ、制御回路１２、記憶回路１３、及びスイッチ１４を有している。

スイッチ電流生成回路１１Ａは、デジタルコードsw_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）のスイッチ電流Iswを生成して半導体レーザLDに出力する。バイアス電流生成回路１１Ｂは、デジタルコードbi_codeが示す値に応じた電流値（大きさ）のバイアス電流Ibiを生成して半導体レーザLDに出力する。各電流生成回路１１Ａ，１１Ｂは電流出力型のD/Aコンバータで構成されている。ここで、デジタルコードbi_codeの設定値は、半導体レーザLDの閾値電流Ithと発光電流Iηの個別検出時に確定しており、１パルスによる連続点灯期間中変化しない。一方、デジタルコードsw_codeの設定値は、１パルスによる連続点灯期間中、ドループ特性による光出力の変化を補正可能なように変化する。

記憶回路１３は、不揮発性メモリ又はレジスタ回路からなり、所定のパターンを決定するための後述する所定のパラメータを記憶している。

制御回路１２は、記憶回路１３から所定のパラメータを読み出し、この読み出した所定のパラメータと、発光信号ldonと、クロック信号clkとに基づいて、スイッチ電流のデジタルコードsw_codeを生成してスイッチ電流生成回路１１Ａに出力する。発光信号ldonには"High"または"Low"の状態が存在し、Highは半導体レーザLDを点灯させる状態であり、Lowは半導体レーザを消灯させる状態である。具体的には、制御回路１２は、発光信号ldonがLowからHighになると、入力されたクロック信号clkに同期して、記憶回路１３から読み出した所定のパターンに基づいて、デジタルコードsw_codeを初期値から増加又は減少させる制御を行う。所定のパターンを決定するための所定のパラメータは、デジタルコードsw_codeの増減開始から終了までのクロック数、及び1クロック期間の増減量である。デジタルコードsw_codeの増減開始から終了までのクロック数はドループ特性の経過時間Tdroopをクロック信号clkの1周期で除算することで算出され、1クロック期間の増減量はドループ量ΔPoをキャンセルするのに必要なスイッチ電流の増減分ΔIswを増減開始から終了までのクロック数で除算することで算出される。

スイッチ電流生成回路１１Ａは、単調増加でかつ直線性の特徴を持ったD/Aコンバータからなる。そのため、スイッチ電流Iswを10%増加させたい場合は、スイッチ電流のデジタルコードsw_codeを設定値から10%増加させればよい。

スイッチ１４は、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがHighの場合にONし, Lowの場合にOFFする。

このような構成において、バイアス電流生成回路１１Ｂから出力されるバイアス電流Ibiは、半導体レーザLDの消灯又は点灯によらず常に半導体レーザLDに供給される。一方、スイッチ電流生成回路１１Ａから出力されるスイッチ電流Iswは、画像制御装置６から入力される発光信号ldonがLowの場合は半導体レーザLDに供給されず、発光信号ldonがHighの場合に半導体レーザLDに供給される。このようにして、発光信号ldonにより半導体レーザLDへの出力制御が行われ、半導体レーザLDの点灯及び消灯が制御される。

本実施の形態において、スイッチ電流生成回路１１Ａ及びスイッチ１４は、第1のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路をなし、バイアス電流生成回路１１Ｂは、第2のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路をなし、制御回路１２は、半導体レーザに供給する駆動電流の大きさを補正する電流補正回路をなし、記憶回路１３は各パラメータを記憶する記憶回路をなす。なお、本実施形態の構成は本発明を実現する構成の一例であり、スイッチ電流生成回路、バイアス電流生成回路、電流補正回路、及び記憶回路は、本実施形態と異なる構成であってもよい。

スイッチ電流生成回路１１Ａ及びスイッチ１４（スイッチ電流生成回路）、バイアス電流生成回路１１Ｂ（バイアス電流生成回路）、制御回路１２（電流補正回路）、及び記憶回路１３（記憶回路）は、1つのICに集積してもよい。

図９は図８に示す構成の各部の信号の例を示したタイミングチャートであり、ドループ特性による光出力Ｐの低下を補正する場合の例を示している。

なお、バイアス電流のデジタルコードbi_codeの設定値、及びスイッチ電流のデジタルコードsw_codeの設定値は、半導体レーザLDの閾値電流Ithと発光電流Iηの個別検出時に確定している。特に、バイアス電流のデジタルコードbi_codeの設定値はドループ補正の間も固定の値であるので、図９には特に記載していない。

発光信号ldonがLowの時、半導体レーザLDには常時供給されるバイアス電流Ibiのみが供給されるが、スイッチ電流Iswは供給されていない。そのため、半導体レーザLDは消灯状態で光出力Ｐは0mWである。スイッチ電流のデジタルコードsw_codeは設定値のままである。

発光信号ldonがLowからHighになると、半導体レーザLDにスイッチ電流Iswが供給され、半導体レーザLDは点灯状態になり光出力ＰはPoとなる（図９（ａ）、（ｄ）、（ｆ）参照）。ここで、ドループ特性の補正がなければ、光出力Pは経過時間Tdroopの間にPoから低下し、最終的にはドループ量ΔPoだけ低下してしまう。しかし、本実施形態では、発光信号ldonがHighの場合、クロック信号clkに同期してスイッチ電流のデジタルコードsw_codeは図９（ｃ）に示すように設定値から1クロック期間毎に１クロック期間の増減量（本例においては増加量）ずつ増加し、図９（ｄ）に示すようにスイッチ電流Iswもこれにともない増加する。スイッチ電流のデジタルコードsw_codeの増加は、増加開始から終了までのクロック数、すなわちドループ特性の経過時間Tdroopだけ時間が経つと停止する。

発光信号ldonとクロック信号clkは非同期である。そのため、クロック信号clkに応じてスイッチ電流Iswが増加し始めるタイミングは、発光信号ldonがHighになった後、最大で1クロック期間のずれが生じる。しかしながら、通常はドループ特性の経過時間Tdroopは数100μsecであり、これに対してクロック信号clkの1クロック期間は数100nsecなので、このばらつきは無視できる程度である。

発光信号ldonがHighからLowになると、半導体レーザLDにはバイアス電流Ibiのみ供給されスイッチ電流Iswは供給されなくなる（図９（ｄ）参照）。そのため、半導体レーザLDは光出力Ｐが0mWとなり消灯状態となる（図９（ｆ）参照）。図９（ｃ）に示すように、スイッチ電流のデジタルコードsw_codeはクロック信号clkに応じて1クロック期間毎に１クロック期間の減少量ずつ減少し、設定値になると減少が停止する。設定値になる前に発光信号ldon＝Highが入力されると、半導体レーザLDは点灯状態になりスイッチ電流のデジタルコードsw_codeは発光信号ldon＝Highが入力される直前の値から、再びクロック信号clkに応じて1クロック期間毎に１クロック期間の増加量ずつ増加する。

なお、図９において、スイッチ電流のデジタルコードsw_codeの1クロック期間の増加量を各クロック期間で同じとしたが、1クロック期間の所定の増加量を各クロック期間で異なる量に設定してもよい。例えば、半導体レーザLDのドループ特性のカーブに合わせて、スイッチ電流のデジタルコードsw_codeを増加開始から前半は急峻に増加させ、後半は緩やかに増加させるようにする。その場合における1クロック期間毎に異なる増加量の設定値は、記憶回路１３に記憶する。

また、上記の説明ではドループ特性によって光出力Ｐが低下し、この低下を補正する例について説明したが、本実施形態の思想は、ドループ特性によって光出力Ｐが上昇し、この上昇を補正する場合にも適用可能であり、この場合はドループ量ΔPoをキャンセルするためにスイッチ電流Iswを減少させればよく、考え方は前述のものと同様である。

また、図９ではドループ特性によって光出力Ｐが低下し、この低下を補正する例について説明したが、本発明は、ドループ特性によって光出力Ｐが上昇し、この上昇を補正する場合にも適用可能であり、この場合はドループ量ΔPoをキャンセルするためにスイッチ電流Iswを減少させればよく、考え方は図９と同様である。

以上、第1、2、及び3の各実施の形態でそれぞれ説明したように、半導体レーザLDの駆動電流が、デジタルデータ信号が示す値に対応する大きさの半導体レーザ駆動電流が生成される場合に、所定のパターンに基づいて、半導体レーザLDの点灯期間中の光出力Ｐが所望の値になるように、デジタルデータ信号が示す値が増加又は減少されることにより、駆動電流の大きさが補正される。本実施形態では、所定のパターンを決定するための所定のパラメータが、ドループ特性の経過時間Tdroopの間にドループ量ΔPoをキャンセル可能なように設定されている。これにより、点灯期間中における光出力Ｐの変化が抑制される。よって、濃度むらのない所望の光出力Ｐを得ることができ、画像形成品質を向上させることができる。

１ レーザユニット
２ ポリゴンミラー
３ 走査レンズ
４ 感光体
５ ビームセンサ
６ 画像制御ユニット
７、７ｂ、７ｃ 半導体レーザ駆動装置
１１ 駆動電流生成回路
１１Ａ スイッチ電流生成回路
１１Ｂ バイアス電流生成回路
１１Ｃ 基準スイッチ電流生成回路
１２ 制御回路
１３ 記憶回路
１４ スイッチ
ＬＤ 半導体レーザ

特開２００９−１６４１９１号公報

Claims (23)

1. 半導体レーザを駆動するための駆動電流を出力する半導体レーザ駆動装置であって、
   デジタルデータ信号が示す値に対応する大きさの駆動電流を生成して前記半導体レーザに出力する駆動電流生成回路と、
   クロックが入力され、前記半導体レーザに供給する駆動電流の大きさを補正する電流補正回路と、
   前記デジタルデータ信号の増減開始から終了までのクロック数、及び１クロック期間の増減量を含むパラメータを記憶する記憶回路と、を備え、
   前記電流補正回路は、前記各パラメータで決定される所定のパターンに基づいて、前記半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の大きさになるように、前記デジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させることにより、前記駆動電流の大きさを補正し、
   前記デジタルデータ信号の１クロック期間の増加量を、各クロック期間で異なる値に設定することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 前記電流補正回路は、前記半導体レーザの点灯期間中、所定の駆動電流を前記半導体レーザに供給した場合の光出力の低下分または上昇分を補償して一定の光出力が得られるように決定された所定のパターンに基づいて、デジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させて、前記駆動電流の大きさを補正することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ駆動装置。
3. 前記電流補正回路は、前記半導体レーザのドループ特性のカーブに合わせて、前記デジタルデータ信号を変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 前記駆動電流生成回路は、前記半導体レーザの点灯及び消灯を制御するために入力された制御信号に応じて前記半導体レーザへの駆動電流の出力を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 前記駆動電流生成回路は、Ｄ／Ａコンバータを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
6. 前記駆動電流生成回路、電流補正回路、及び記憶回路は、１つのＩＣに集積されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置。
8. 半導体レーザを駆動するための駆動電流を出力する半導体レーザ駆動装置であって、
   第１のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路と、
   第２のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路と、
   クロックが入力され、第３のデジタルデータ信号に応じて、前記スイッチ電流生成回路により生成されるスイッチ電流の大きさを補正する電流補正回路と、
   前記第３のデジタルデータ信号の増減開始前の初期値、増減開始から終了までのクロック数、及び１クロック期間の増減量を含むパラメータを記憶する記憶回路と、を備え、
   前記バイアス電流とスイッチ電流を加算した電流を駆動電流として半導体レーザに供給し、
   前記電流補正回路は、前記各パラメータで決定される所定のパターンに基づいて、前記半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の大きさになるように、前記第３のデジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させることにより、前記スイッチ電流の大きさを補正し、
   前記第３のデジタルデータ信号の１クロック期間の増加量を、各クロック期間で異なる値に設定することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
9. 前記電流補正回路は、前記半導体レーザの点灯期間中、所定の駆動電流を前記半導体レーザに供給した場合の光出力の低下分または上昇分を補償して一定の光出力が得られるように決定された所定のパターンに基づいて、前記第３のデジタルデータ信号を増加又は減少させて、前記スイッチ電流の大きさを補正することを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザ駆動装置。
10. 前記電流補正回路は、前記半導体レーザのドループ特性のカーブに合わせて、前記第３のデジタルデータ信号を変化させることを特徴とする請求項８から９のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
11. 前記スイッチ電流生成回路は、前記半導体レーザの点灯及び消灯を制御するために入力された制御信号に応じて前記半導体レーザへの前記スイッチ電流の出力を制御することを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
12. 前記電流補正回路は、入力された前記第３のデジタルデータ信号が示す値に応じた大きさの基準スイッチ電流を生成して前記スイッチ電流生成回路に出力する基準スイッチ電流生成回路と、
    前記第３のデジタルデータ信号が示す値を所定のパラメータに従って増加又は減少させる制御を行って、前記基準スイッチ電流生成回路に出力する制御回路と、
    を備えることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
13. 前記スイッチ電流生成回路は、入力された前記基準スイッチ電流を基にして前記スイッチ電流を生成し、このスイッチ電流の大きさを前記基準スイッチ電流の大きさの変動比に対応して変動させることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ駆動装置。
14. 前記基準スイッチ電流生成回路、前記スイッチ電流生成回路、及び前記バイアス電流生成回路は、それぞれＤ／Ａコンバータで構成されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体レーザ駆動装置。
15. 前記スイッチ電流生成回路、バイアス電流生成回路、電流補正回路、及び記憶回路は、１つのＩＣに集積されていることを特徴とする請求項８から１４のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
16. 請求項８から１５のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置。
17. 半導体レーザを駆動するための駆動電流を出力する半導体レーザ駆動装置であって、
    第１のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのスイッチ電流を生成して前記半導体レーザに出力するスイッチ電流生成回路と、
    第２のデジタルデータ信号が示す値に対応する大きさのバイアス電流を生成して前記半導体レーザに出力するバイアス電流生成回路と、
    クロックが入力され、前記スイッチ電流の大きさを補正する電流補正回路と、
    前記第１のデジタルデータ信号の増減開始から終了までのクロック数、及び１クロック期間の増減量を含むパラメータを記憶する記憶回路と、を備え、
    前記バイアス電流とスイッチ電流を加算した電流を駆動電流として半導体レーザに供給し、
    前記電流補正回路は、前記各パラメータで決定される所定のパターンに基づいて、前記半導体レーザの点灯期間中の光出力が所望の値になるように、前記第１のデジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させることにより、前記半導体レーザに供給するスイッチ電流の大きさを補正し、
    前記第１のデジタルデータ信号の１クロック期間の増加量を、各クロック期間で異なる値に設定することを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
18. 前記電流補正回路は、前記半導体レーザの点灯期間中、所定の駆動電流を前記半導体レーザに供給した場合の光出力の低下分または上昇分を補償して一定の光出力が得られるように決定された所定のパターンに基づいて、前記第１のデジタルデータ信号が示す値を増加又は減少させて、前記スイッチ電流の大きさを補正することを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザ駆動装置。
19. 前記電流補正回路は、前記半導体レーザのドループ特性のカーブに合わせて、前記第２のデジタルデータ信号を変化させることを特徴とする請求項１７または１８に記載の半導体レーザ駆動装置。
20. 前記スイッチ電流生成回路は、前記半導体レーザの点灯及び消灯を制御するために入力された制御信号に応じて前記半導体レーザへの前記スイッチ電流の出力を制御することを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
21. 前記スイッチ電流生成回路、及び前記バイアス電流生成回路は、それぞれＤ／Ａコンバータで構成されていることを特徴とする請求項１７から２０のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
22. 前記スイッチ電流生成回路、バイアス電流生成回路、電流補正回路、及び記憶回路は、１つのＩＣに集積されていることを特徴とする請求項１７から２１のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
23. 請求項１７から２２のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置。

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