JPH1044505A - 半導体レーザーの光出力制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続点灯しているＡＰＣ区間では、一般に半
導体レーザーの温度はパルス点灯している画像形成区間
よりも高くなっており、その状態でレーザー駆動電流を
決定すると、画像形成区間では半導体レーザーの温度が
下がっているため、所定の値以上の光出力が出てしまう
場合がある。 【解決手段】 ＡＰＣ区間において半導体レーザー
（１）を所定のデューティ比でパルス点灯させ、その平
均光量をモニター（２）してフィードバック制御をかけ
る。これにより、ＡＰＣ区間においても半導体レーザー
を画像形成区間とほぼ同様な状態で点灯させられるた
め、画像形成区間においてレーザー光出力が所定の値を
越えることを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーの
光出力制御回路に関するものである。

【０００２】更に詳述すると本発明は、レーザービーム
プリンタ等においてレーザーのパルス駆動を行い、かつ
間欠的にＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏ
ｌ）動作を行う機器に適用するのが好適な、半導体レー
ザーの光出力制御回路に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】半導体レーザーの一般的な電流−光出力
特性を、図２に示す。同図からわかるように、半導体レ
ーザーの光出力特性は温度変化に敏感なため、一定電流
で駆動していても周囲の温度変化あるいは自己発熱等
で、光出力は大きく変動してしまう。

【０００４】この光出力の温度依存性に対応するため、
半導体レーザーのパッケージ中には、一般にモニターダ
イオードと呼ばれるフォトダイオードが組み込まれてお
り、これにより半導体レーザーの光出力をモニターして
駆動電流を制御すれば光出力を一定に保つことができ
る。

【０００５】上記のようなフィードバック機構を持つ半
導体レーザーの駆動回路をＡＰＣ回路と呼んでいる。

【０００６】さて、レーザービームプリンタ等、画像信
号により半導体レーザーをオン／オフさせるような駆動
回路においては、レーザー点灯の時間が不規則なため、
画像領域外で一定時間レーザーを連続点灯させてＡＰＣ
回路を動作させることが一般的である。

【０００７】このような間欠的ＡＰＣ回路の一例を、図
３に示す。

【０００８】図３において、１は半導体レーザー、２は
モニターダイオード、３は半導体レーザーの駆動電流を
オン／オフする電流スイッチング回路、４は半導体レー
ザーの駆動電流を供給する電流源、５はモニターダイオ
ード２の電流出力をモニター電圧に変換する抵抗、７は
基準電圧源、８はモニター電圧と基準電圧を比較するコ
ンパレータ、９はアップ／ダウンカウンタ、１０はカウ
ンタ９のクロックを発生する発振回路、１１はＡＰＣ区
間内でのみカウンタ９にクロックを供給するようにする
ためのＡＮＤゲート、１２はカウンタ９のカウント出力
を駆動電流源４のコントロール信号に変換するためのＤ
／Ａコンバータ、３１は画像信号とＡＰＣ区間信号を合
成してレーザーのオン／オフ信号を作るためのＯＲゲー
トである。

【０００９】次に、図３に示したＡＰＣ回路の動作を説
明する。

【００１０】まず、ＡＰＣ区間においてはＡＰＣ区間信
号がハイになり、レーザー１が点灯するとともに、カウ
ンタ９にクロックが供給される。

【００１１】モニターダイオード２の出力は抵抗５によ
り電圧に変換され、コンパレータ８により基準電圧７と
比較される。

【００１２】この比較結果がカウンタ９のアップ／ダウ
ン信号となり、モニター電圧が基準電圧より低い時には
カウンタ９はアップカウントし、逆にモニター電圧が基
準電圧より高い時にはダウンカウントする。

【００１３】カウンタ９のカウント出力はＤ／Ａコンバ
ータ１２によりアナログ電圧に変換され、駆動電流源４
のコントロール信号となる。

【００１４】カウント出力の大小に比例して駆動電流の
大きさが決定されるので、フィードバック制御がかか
り、結果としてモニター電圧が基準電圧に等しくなるよ
うにレーザー駆動電流の大きさが決定される。

【００１５】次に、ＡＰＣ区間外になるとＡＰＣ区間信
号はロウになり、カウンタ９へのクロックの供給が停止
するためカウント出力は一定値を保ち、Ｄ／Ａコンバー
タ１２のアナログ出力も一定になるため、駆動電流源４
の電流値も固定される。

【００１６】その結果、画像形成区間においては、半導
体レーザー１は前回のＡＰＣ区間で決められた電流値
で、画像信号に従ってオン／オフされる。半導体レーザ
ーを使用するレーザービームプリンタ等においては、こ
のようなＡＰＣ区間を定期的に設けることにより、レー
ザーの光出力を一定に制御している。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、ＡＰＣ区間と画像形成区間とでは、半導体レー
ザーは異なった駆動のされ方である場合が多い。

【００１８】その理由は、ＡＰＣ区間で半導体レーザー
は連続点灯しており、画像形成区間ではオン／オフのあ
るパルス点灯の場合が多いからである。

【００１９】上述のように半導体レーザーは温度による
パワーの変動が大きく、また、一般に半導体レーザーは
発光効率が良くないので点灯による自己昇温も大きい。

【００２０】このため、連続点灯しているＡＰＣ区間で
は、一般に半導体レーザーの温度はパルス点灯している
画像形成区間よりも高くなっており、その状態でレーザ
ー駆動電流を決定すると、画像形成区間では半導体レー
ザーの温度が下がっているため、所定の値以上の光出力
が出てしまう場合がある。

【００２１】また、半導体レーザーを定格出力よりも十
分低い光出力で使っている場合にはあまり問題にならな
いが、定格出力に近い状態で使用している場合にはレー
ザーパワーが瞬間的に定格出力を越えることもあり得る
ため、レーザーの寿命に悪影響を及ぼすことが考えられ
る。

【００２２】よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、
半導体レーザーをパルス点灯状態にしてフィードバック
光量制御をかけることにより、実際の画像形成時に近い
状態で半導体レーザーの光出力を制御することができ
る、半導体レーザーの光出力制御回路を提供することに
ある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、特定の区間でのみフィードバック制御
を行って半導体レーザーの光出力を一定に制御する光出
力制御回路において、半導体レーザーの出力をモニター
するためのモニターダイオードと、前記モニターダイオ
ードの出力を時間積分して平均化する平均化手段と、前
記平均化されたモニターダイオードの出力を所定の基準
値と比較する比較手段と、前記比較手段の出力に基づい
て前記半導体レーザーの駆動電流値を制御する制御手段
と、前記特定の区間以外では前記半導体レーザーの駆動
電流値を保持する保持手段と、前記半導体レーザーの駆
動電流をオン／オフして前記半導体レーザーを点灯／消
灯させるスイッチング手段とを具備し、前記特定の区間
では前記半導体レーザーをパルス点灯させてフィードバ
ック制御を行い、光出力を安定化するものである。

【００２４】さらに加えて、外部から入力される複数ビ
ットのデジタルデータをパルス幅変調（ＰＷＭ）により
半導体レーザーのオン／オフ信号に変換するＰＷＭ手段
を持ち、前記特定の区間においては該ＰＷＭ手段の出力
を所定のデューティ比のパルス列に固定し、そのパルス
列だけにより半導体レーザーのオン／オフを行うことが
可能である。

【００２５】あるいは、さらに加えて、所定のデューテ
ィ比のパルスを発生する固定デューティパルス発生手段
を持ち、前記特定の区間においては該固定デューティパ
ルス発生回路の出力だけによりレーザーのオン／オフを
行うことも可能である。

【００２６】また、前記半導体レーザーの駆動電流値を
制御する手段は、アップ／ダウンカウンタとＤ／Ａコン
バータから成り、前記駆動電流値の保持手段は該アップ
／ダウンカウンタのクロックを停止することにより駆動
電流値を保持する構成とすることができる。

【００２７】このようにして、本発明は中間調プリンタ
および２値プリンタの双方に適用可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明を適用した半導体レーザー
ＡＰＣ回路は、ＡＰＣ区間において半導体レーザーを所
定のデューティ比でパルス点灯させ、その平均光量をモ
ニターしてフィードバック制御をかける。これにより、
ＡＰＣ区間においても半導体レーザーを画像形成区間と
ほぼ同様な状態で点灯させられるため、画像形成区間に
おいてレーザー光出力が所定の値を越えることを防止で
きる。

【００２９】図１は、半導体レーザーＡＰＣ回路の第１
の実施の形態を示す。同図において、１は半導体レーザ
ー、２は半導体レーザー１と同一パッケージ内に組み込
まれたモニターダイオード、３は半導体レーザー１の駆
動電流をオン／オフする電流スイッチング回路、４は半
導体レーザー１の駆動電流を供給する駆動電流源、５は
モニターダイオード２の電流出力をモニター電圧に変換
する抵抗、６はモニター電圧を平均化する積分回路（ロ
ーパスフィルタ）、７は基準電圧源、８は平均化された
モニター電圧と基準電圧源７の電圧とを比較するコンパ
レータ、９はアップ／ダウンカウンタ、１０はカウンタ
９のクロックを発生する発振回路、１１はＡＰＣ区間内
でのみカウンタ９にクロックを供給するようにするため
のＡＮＤゲート、１２はカウンタ９のカウント出力を駆
動電流源４のコントロール信号に変換するＤ／Ａコンバ
ータである。１３はデジタル画像データ信号をパルス幅
変調（ＰＷＭ）によりレーザーのオン／オフ信号に変換
するＰＷＭ回路であり、ＡＰＣ区間信号がハイの時には
所定のパルス幅の信号を連続して出力するようになって
いる。

【００３０】ここで、ＰＷＭ回路１３とは、デジタル画
像データ信号をＤ／Ａコンバータでアナログ電圧に変換
し、それをコンパレータで三角波と比較してパルス幅信
号を作るものであるが、他にも三角波の代わりにランプ
波形を用いるもの、デジタル的にパルスの開始／終了位
置を制御するものなど、いろいろなタイプがある。

【００３１】図４に示すタイミングチャートは、本実施
の形態によるＡＰＣ回路の動作を示すものである。同図
に示すように、画像データ信号（本実施の形態では８ｂ
ｉｔデジタルデータ）は、画像形成区間では形成される
画像の濃度に応じた値となり、それ以外ではオールゼロ
（１６進数表示で００Ｈ）となっている。

【００３２】なお、本実施の形態ではレーザーが光った
部分がトナーで現像され、画像が形成される系を前提と
している。

【００３３】従って、画像データ００Ｈではレーザーは
ほとんど点灯せず、画像は形成されない。

【００３４】もちろんこの逆（すなわちレーザーが光ら
ない部分が現像される系）でも、本発明の半導体レーザ
ーＡＰＣ回路は有効である。

【００３５】画像形成区間においては、ＰＷＭ回路は入
力される画像データに応じた幅のパルスを出力し、その
パルスによりレーザーがオン／オフされる。

【００３６】一方、ＡＰＣ区間においては、図４に示す
ようにＰＷＭ回路は一定幅のパルスを連続的に出力し、
一定のデューティ比でレーザーを点灯させる。

【００３７】このＡＰＣ区間においては、モニター電圧
を積分回路で平均化した値はほぼ一定値となり、それが
基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御がかか
る。

【００３８】以上のように、パルス点灯の状態でＡＰＣ
をかけることにより、画像形成時に近い状態で半導体レ
ーザーの光出力を制御でき、より正確で安全なＡＰＣ回
路を実現できる。

【００３９】なお、ＡＰＣ区間でのパルス幅を決定する
にあたっては、標準的な画像を用意して、そのレーザー
点灯の割合を計測して求める等の方法が考えられる。

【００４０】また、複写機、プリンタ等で扱われるほと
んどの原稿では、白い下地の部分が多いためレーザー点
灯の時間は短く、レーザーの温度上昇は小さい。

【００４１】この性質を利用して、半導体レーザーを連
続的にパルス点灯させた時に、パッケージ温度が周囲温
度より大きく上がらないようなデューティ比を実験的に
見つけて、そのパルス幅で点灯させるようにしてもよ
い。

【００４２】その他の実施の形態 上記の実施の形態は、画像の濃度を８ｂｉｔデータで表
す中間調プリンタの場合であったが、ここでは画像を２
値で表すプリンタの場合について説明する。

【００４３】本実施の形態による半導体レーザーＡＰＣ
回路のブロック図を図５に示す。同図において、画像
は、ドット毎にレーザーのオンかオフかの２値で表され
るため、画像信号は１本の線で表わされている。

【００４４】本実施の形態による半導体レーザーＡＰＣ
回路は、先に述べた実施の形態とほぼ同様であるが、先
の実施の形態のような中間調プリンタと違ってＰＷＭ回
路を持たないため、ＡＰＣ区間で一定のデューティのパ
ルスを発生させる回路が必要となる。

【００４５】図５に示した固定デューティパルス発生回
路５１がそれである。この固定デューティパルス発生回
路は、例えば循環カウンタとゲートの組み合わせにより
簡単に構成することができる。

【００４６】また、図５において、５２は固定デューテ
ィパルス発生回路５１の出力と画像信号とを合成するた
めのＯＲゲート、５３，５４はＡＰＣ区間で画像信号を
無効にするためのゲートである。

【００４７】図６に示すタイミングチャートは、本実施
の形態におけるＡＰＣ回路の動作を示すものである。

【００４８】本実施の形態におけるＡＰＣ回路の動作
も、先の実施の形態とほぼ同様である。すなわち、画像
信号は画像形成区間において、ドットを形成する時はハ
イになりレーザーを点灯させる。

【００４９】画像形成区間外では画像信号はローのまま
で、レーザーを点灯させない。

【００５０】一方、ＡＰＣ区間においては、固定デュー
ティパルス発生回路が動作して一定周期のパルス列を出
力し、レーザーを点灯させる。

【００５１】このＡＰＣ区間では、モニター電圧を積分
回路で平均化した値はほぼ一定値となり、それが基準電
圧に等しくなるようにフィードバック制御がかかる。

【００５２】なお、本実施の形態のような２値のプリン
タにおいては、第１の実施の形態のような中間調プリン
タに比べると、半導体レーザーをオン／オフする電流ス
イッチング回路のスピードが遅く、また、システム内に
速いクロックもないので、固定デューティパルス発生回
路のパルス出力の周波数も低くならざるを得ない。

【００５３】従って、モニター出力の積分回路の時定数
も大きくしなければいけないので、ＡＰＣ区間に必要な
時間は先に述べた実施の形態よりも長くなる。

【００５４】以上のように、パルス点灯の状態でＡＰＣ
をかけることにより、画像形成時に近い状態で半導体レ
ーザーの光出力を制御でき、より正確で安全なＡＰＣ回
路を実現できる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、半導
体レーザーをパルス点灯状態にしてフィードバック光量
制御をかけることにより、実際の画像形成時に近い状態
で半導体レーザーの光出力を制御できるので、より正確
で安全な光出力制御回路が実現できる。

【００５６】なお、本発明は、中間調プリンタのみなら
ず、２値プリンタにも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における半導体レーザーＡＰ
Ｃ回路を示すブロック図である。

【図２】半導体レーザーの一般的な電流−光出力特性を
示す線図である。

【図３】従来から知られている半導体レーザーＡＰＣ回
路を示すブロック図である。

【図４】第１の実施の形態における半導体レーザーＡＰ
Ｃ回路の動作を示すタイミング図である。

【図５】第２の実施の形態における半導体レーザーＡＰ
Ｃ回路を示すブロック図である。

【図６】第２の実施の形態における半導体レーザーＡＰ
Ｃ回路の動作を示すタイミング図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー ２ モニターダイオード ３ 電流スイッチング回路 ４ 駆動電流源 ５ 抵抗 ６ 積分回路（ＬＰＦ） ７ 基準電圧源 ８ コンパレータ ９ アップ／ダウンカウンタ １０ 発振回路 １１ ＡＮＤゲート １２ Ｄ／Ａコンバータ １３ ＰＷＭ回路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定の区間でのみフィードバック制御を
   行って半導体レーザーの光出力を一定に制御する光出力
   制御回路において、 半導体レーザーの出力をモニターするためのモニターダ
   イオードと、 前記モニターダイオードの出力を時間積分して平均化す
   る平均化手段と、 前記平均化されたモニターダイオードの出力を所定の基
   準値と比較する比較手段と、 前記比較手段の出力に基づいて前記半導体レーザーの駆
   動電流値を制御する制御手段と、 前記特定の区間以外では前記半導体レーザーの駆動電流
   値を保持する保持手段と、 前記半導体レーザーの駆動電流をオン／オフして前記半
   導体レーザーを点灯／消灯させるスイッチング手段とを
   具備し、 前記特定の区間では前記半導体レーザーをパルス点灯さ
   せてフィードバック制御を行い、光出力を安定化するこ
   とを特徴とする半導体レーザーの光出力制御回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、さらに加えて、 外部から入力される複数ビットのデジタルデータをパル
   ス幅変調（ＰＷＭ）により半導体レーザーのオン／オフ
   信号に変換するＰＷＭ手段を持ち、前記特定の区間にお
   いては該ＰＷＭ手段の出力を所定のデューティ比のパル
   ス列に固定し、そのパルス列だけにより半導体レーザー
   のオン／オフを行うことを特徴とする半導体レーザーの
   光出力制御回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、さらに加えて、 所定のデューティ比のパルスを発生する固定デューティ
   パルス発生手段を持ち、前記特定の区間においては該固
   定デューティパルス発生回路の出力だけによりレーザー
   のオン／オフを行うことを特徴とする半導体レーザーの
   光出力制御回路。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、 前記半導体レーザーの駆動電流値を制御する手段は、ア
   ップ／ダウンカウンタとＤ／Ａコンバータから成り、前
   記駆動電流値の保持手段は該アップ／ダウンカウンタの
   クロックを停止することにより駆動電流値を保持するこ
   とを特徴とする半導体レーザーの光出力制御回路。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、 画像の濃度をＮビットデータで表わす中間調プリンタに
   適用することを特徴とする半導体レーザーの光出力制御
   回路。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、 画像を２値データで表わす２値プリンタに適用すること
   を特徴とする半導体レーザーの光出力制御回路。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、 前記平均化手段としてローパスフィルタを用いることを
   特徴とする半導体レーザーの光出力制御回路。
8. 【請求項８】 請求項２に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、 前記ＰＷＭ手段はデジタル画像データをＤ／Ａコンバー
   タでアナログ電圧に変換し、該アナログ電圧をコンパレ
   ータで三角波と比較してパルス幅信号を形成することを
   特徴とする半導体レーザーの光出力制御回路。
9. 【請求項９】 請求項３に記載の半導体レーザーの光出
   力制御回路において、 前記固定デューティパルス発生手段を循環カウンタおよ
   びゲートにより構成することを特徴とする半導体レーザ
   ーの光出力制御回路。