JPH0969663A

JPH0969663A - 光走査装置の光強度変調回路

Info

Publication number: JPH0969663A
Application number: JP7246694A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Araki; 佳幸荒木; Takeshi Maruyama; 毅丸山
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11
Also published as: US5973719A

Abstract

(57)【要約】【課題】被走査面の感光感度の変化に影響されず、
白から黒まで一様な階調を得ることを可能にした光走査
装置の光強度変調回路を提供すること。【解決手段】画像信号に基づいてレーザダイオード
（ＬＤ）の発光強度を変調して光走査を行う光走査装置
（ＳＵ）において、前記画像信号に基づいて、前記レー
ザダイオードの発光強度を、第１発光強度と、該第１発
光強度より大きい第２発光強度との間で所定の段階に分
割して設定する階調設定手段（４１、４２、４３、４
４、１９）と、前記第１発光強度が第１レベルとなるよ
う前記レーザダイオードの発光強度を調整する第１のレ
ベル調整手段（４１、１４、１６）と、前記第２発光強
度が第２レベルとなるよう前記レーザダイオードの発光
強度を調整する第２のレベル調整手段（４３、４４、４
２、１５、１７）と、を有し、前記第１レベルと前記第
２レベルが変更可能な構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を走査して画
像を形成する光走査装置において画像に階調をつけるた
めにレーザ光の強度を変調するための、光走査装置の光
強度変調回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真法を利用するプリンタと
してレーザビームプリンタが広く用いられるようになっ
た。レーザビームプリンタには、走査ビームを射出する
ための光走査装置が設けられている。光走査装置は、レ
ーザダイオードから、画像データに基づいて、ドット単
位で変調され、射出されたレーザビームを感光体上で所
定の方向に走査する。このビームの走査と同時に感光体
をビーム走査方向と直交する方向に移動させて、感光体
表面に二次元の画像を形成する。近年、高品質の画像が
求められるようになり、単なる白と黒の画像ではなく、
中間の階調をも描画するプリンタが求められるようにな
った。画像に階調をつける場合には、各ドットの露光量
（１ドット当たりのレーザダイオード駆動パルスの強度
と、そのパルス幅との積）を変化させることで各画素
（ドット）当たりのレーザビームの強度を設定し、画素
の濃度を変化させる。一般には、パルスの強度を一定に
して幅を変化させるパルス幅変調が採用されている。し
かし、光走査の高速化という観点からは、パルス幅を必
要最小限にして強度を変化させることにより、各ドット
の露光時間を一定として、階調に応じて駆動パルスの強
度を変化させる、パルス強度変調が用いられる。

【０００３】図５は上述のパルス強度変調の一例を示す
図である。図５は、レーザダイオードの電流−光強度特
性（Ｉ−Ｐ特性）と、レーザダイオードの駆動電流、そ
して駆動電流に対応する出力光強度の関係を示してい
る。描画像の最低濃度レベルに対応する強度レベルとし
てレーザダイオードの発光強度の０を白レベル（レーザ
光パルスによる感光体への露光量が０）Ｐｗとし、描画
像の最高濃度レベルに対応する強度レベルとして所定の
発光強度を黒レベル（レーザ光パルスによる感光体への
最大露光量）Ｐｂとし、これらの白レベルと黒レベルの
間が所定の階調数、例えば２５６階調に分割されてい
る。光走査装置は、画像データに基づいて、この２５６
分割された光強度のいずれかの強度のビームを射出する
ように駆動制御される。

【０００４】即ち、画像信号をレーザダイオードの駆動
電流の強度に変換してレーザダイオードに供給すれば、
この駆動電流値に応じた出力レベルでのレーザ光を発光
させ、強度変調されたレーザ光パルスを得ることが可能
になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、レーザダイオ
ードのＩ−Ｐ特性には温度依存性があり、温度が変動す
ると、レーザダイオード駆動電流に対するレーザ光強度
レベルが変動し、安定した濃度の画像を得ることができ
なくなる。温度による特性の変化は、グラフの傾きには
影響しないが、電流値に対する光強度がずれることが知
られている。即ち、環境温度の変化によって、図５のＩ
−Ｐ特性が図中左右にシフトする。加えて、、レーザダ
イオードのＩ−Ｐ特性には、図５に示ように、閾値Ｉｔ
ｈが存在する。この閾値Ｉｔｈ以下の駆動電流、すなわ
ち電流値が０〜Ｉｔｈの領域では、レーザダイオードの
動作が不安定で、たとえ電流値が一定でも安定した強度
レベルのレーザ光を発光させることができない。しか
も、上記閾値Ｉｔｈは環境温度によっても変動すること
から、レーザビームの白レベルでの発光強度が温度変化
にかかわらず一定になるよう、自動制御する必要があっ
た。

【０００６】また、所定の階調で描画が行われるために
は、各階調に対応する光強度が一定の間隔になる必要が
あり、そのためには、白レベルと黒レベルとの間隔を一
定に保つ必要があった。従って、白レベルと共に、黒レ
ベルの発光強度も所定の強度に維持する必要があった。

【０００７】さらに、たとえレーザダイオードの発光強
度が階調に応じた所定の強度となるよう制御されたとし
ても、被走査面、例えば感光体ドラムの感光感度も変化
するため、所定の階調の画像が得られないという問題も
あった。感光体ドラムの感度が変化する原因としては、
環境温度の変化、感光体の劣化、感光体ドラムを別のド
ラムに取り替える、などの場合がある。また、感光体自
体の感度は変わらなくても、例えばカラープリントに対
応するために、色成分ごとに露光強度を変える場合もあ
る。本発明は、光走査装置の強度変調回路において、発
光ビームの階調に応じた強度変調が可能であり、しかも
ビーム全体の強度レベルを増減できるようにすることを
課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の、光走査装置の光強度変調回路は、階調情
報を含む画像信号に基づいてレーザダイオードが射出す
るレーザビームの発光強度を変調しつつ光走査を行う光
走査装置に実装されるものであって、レーザビームの最
大発光強度と最小発光強度を設定する強度設定手段と、
前記最大発光強度と前記最小発光強度とで規定される強
度範囲内で、前記画像信号に応じた強度のレーザビーム
を発光するよう、前記レーザダイオードを駆動するレー
ザ駆動手段と、前記強度範囲をシフトする強度範囲変更
手段とを有することを特徴としている。

【０００９】前記光走査装置は電子写真法を利用した画
像処理装置に実装されるものであり、前記画像処理装置
は前記強度範囲の変更に関するデータを前記光走査装置
に伝達する伝達手段を有しており、前記光走査装置は前
記伝達手段から伝達される前記強度範囲の変更に関する
データを受信する受信手段を有し、前記強度範囲変更手
段は、前記受信データに応じて前記強度範囲をシフトす
る構成とすることが可能である。

【００１０】また、別の観点からは、本発明の光走査装
置の光強度変調回路は、画像信号に基づいてレーザダイ
オードの発光強度を変調して光走査を行う光走査装置に
おいて、前記画像信号に基づいて、前記レーザダイオー
ドの発光強度を、第１発光強度と、該第１発光強度より
大きい第２発光強度との間で所定の段階に分割して設定
する階調設定手段と、前記第１発光強度が第１レベルと
なるよう前記レーザダイオードの発光強度を調整する第
１のレベル調整手段と、前記第２発光強度が第２レベル
となるよう前記レーザダイオードの発光強度を調整する
第２のレベル調整手段と、を有し、前記第１レベルと前
記第２レベルが変更可能であること、を特徴としてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明について図面を参照して説
明する。図１は本発明の光強度変調回路が適用されるレ
ーザビームプリンタの光走査装置ＳＵの構成を示す斜視
図である。画像データが図示しない画像メモリから強度
変調回路１に入力されると、強度変調回路１は描画ドッ
ト毎に階調レベルに応じて強度変調されたパルス状の駆
動電流をレーザダイオードＬＤに流す。レーザダイオー
ドＬＤは流れる駆動電流に応じて、発光強度レベルが変
調されたレーザ光を射出する。このレーザ光はコリメー
タレンズ２によりビーム形状が整形されて平行ビーム光
とされた上で、ポリゴンミラー３により水平方向（図中
矢印ｈ方向）に走査され、軸転される感光ドラム４の表
面にｆθレンズ５を介して結像されて感光ドラム４の表
面に潜像を形成する。

【００１２】なお、ｆθレンズ５を透過したビームであ
って、画像形成に寄与しないビームを反射するミラー６
が設けられている。ミラー６によって反射されたビーム
は、受光センサ７に入射し、この受光センサ７の出力信
号に基づいて、水平同期信号ＨＳＹＮＣが生成される。

【００１３】図２は、上記光走査装置の１ライン分の走
査中の画像形成と、自動光量調整の期間のタイミングを
示すタイミング図である。前記受光センサ７の出力に基
づいて同期信号ＨＳＹＮＣが生成される。この同期信号
ＨＳＹＮＣに基づく周期の前半部、およそ１／２の期間
内に感光ドラムの有効露光領域に対してレーザ光を走査
して画像走査を行っている。周期の後半においてレーザ
ダイオードに対して描画像の最低濃度レベルに対応した
レーザダイオードの発光強度レベル（以下、白レベル）
・描画像の最高濃度レベルに対応した発光強度レベル
（以下、黒レベル）の設定を行っている。

【００１４】なお、ここで、最低濃度レベルとは、その
強度レベルのレーザが照射されても感光ドラムにトナー
などの現像剤が帯電付着しない、白レベルの発光強度レ
ベルを意味し、最高濃度レベルとは、感光ドラムへの現
像剤の帯電付着が飽和状態となる、黒レベルの発光強度
レベルを意味する。

【００１５】図３は、本発明を適用した、レーザビーム
プリンタ１００の制御系の構成を示すブロック図であ
る。レーザビームプリンタ１００はプリンタコントロー
ラＰＣと光走査装置ＳＵとからなり、両者は、ケーブル
ＣＢで接続されている。

【００１６】プリンタコントローラ部ＰＣは、詳細な説
明は省略するが、ＣＰＵ３０、画像クロック３２および
画像メモリ３１を有する。ＣＰＵ３０は外部からプリン
タ１００に転送された画像データをビット展開して、ビ
ットマップデータとして画像メモリ３１に格納する。画
像クロック３２は水平同期信号ＨＳＹＮＣに同期した転
送クロックＣＬＫを出力する。画像メモリ３１に格納さ
れているビットマップデータは、１ライン分毎に、画像
クロック３２から出力される転送クロックＣＬＫに同期
して読み出され、光走査装置ＳＵへデータラインを介し
て転送される。

【００１７】本レーザビームプリンタ１００において
は、２５６階調の画像の描画が可能となっている。即
ち、各ラインは複数のドット（画素）情報を有してお
り、各ドット（画素）情報は、２５６階調の情報を有す
る８ビットのデータとして構成されている。従って、各
ラインの複数のドットそれぞれに対応してＤ０〜Ｄ７の
８ビットのデジタルデータが画像メモリ３１から光走査
装置ＳＵへ転送されるようになっている。また、画像ク
ロック３２から出力される転送クロックＣＬＫも、光走
査装置ＳＵに転送される。

【００１８】ポリゴンミラー３は、ポリゴンモータ１２
により回転される。ポリゴンモータ１２は、ポリゴンモ
ータ制御回路１１によって所定の回転数で回転するよう
制御される。前述のように、受光センサ７にビームが入
射すると、書き出し位置検出回路１２は各走査ラインの
書き出し制御の基準となる、水平同期信号ＨＳＹＮＣを
出力する。水平同期信号ＨＳＹＮＣは、プリンタコント
ローラＰＵに転送されると共に、光走査装置ＳＵのＣＰ
Ｕ１５０にも入力される。

【００１９】半導体レーザ８は一般にパッケージ化され
ており、パッケージの内部にレーザダイオードＬＤとフ
ォトダイオードＰＤが予め配設されている。

【００２０】レーザダイオードＬＤは、ポリゴンミラー
３に向けてビームを射出する際、逆方向にもビーム（副
ビーム）を射出する。この副ビームを受光する位置にフ
ォトダイオードＰＤが配置されている。フォトダイオー
ドＰＤにビームが入射すると、入射ビームの強度に比例
した電流がフォトダイオードＰＤ中に流れる。この電流
強度に比例して可変抵抗２１の端子に電圧が生じ、比較
器１４および１５のプラス端子に入力される。比較器１
４および１５のマイナス端子には、Ｄ／Ａ変換器１６お
よび１７の出力電圧値が入力される。比較器１４および
１５の出力（ＨまたはＬ）は、ＣＰＵ１５に入力され
る。なお、Ｄ／Ａ変換器１６および１７には所定のディ
ジタルデータが入力され、そのＤ／Ａ変換値が参照値と
して比較器１４および１５に入力される。詳細は後述す
るが、Ｄ／Ａ変換器１６および１７の出力電圧をそれぞ
れ第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２とし、第１電圧＜第２電
圧とすると、比較器１４および１５の出力に基づいて、
可変抵抗２１の電位が第１電圧より低いか、第１電圧と
第２電圧との間にあるか、あるいは第２電圧より高い
か、を判定することができる。これを利用して、白レベ
ルおよび黒レベルの設定を行う。詳細は、後述する。な
お、ここで、フォトダイオードＰＤには、抵抗器２１が
直列接続されているが、これはフォトダイオードＰＤの
感度の差や、Ｄ／Ａ変換器１６および１７から出力され
る基準電圧Ｖ１、Ｖ２との関係を微調整するために可変
となっている。

【００２１】レーザダイオードＬＤは、スイッチ素子１
８を介して電流源１９と直列に接続されており、スイッ
チ素子１８が閉じた状態の時、電流源１９が供給する電
流に応じた強度のビームを発光する。電流源１９は、電
圧制御型電流源で、加算器４２の出力電圧が入力され
て、その電圧値に比例した強度の電流をレーザダイオー
ドＬＤに供給する。

【００２２】加算器４２には、白レベル設定用Ｄ／Ａコ
ンバータ４１の出力電圧Ｖｗと、強度変調用Ｄ／Ａコン
バータ４４の出力電圧Ｖｂが入力される。

【００２３】白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の出
力電圧Ｖｗは、仮にこの出力電圧のみが電流源１９に入
力された場合には、レーザダイオードＬＤに流れる電流
が前述の閾値電流Ｉthより大きく、かつ形成される画像
が白と認識されるような所定の値に設定される（詳しく
は後述）。白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の出力
電圧のみが電流源１９に入力された場合にレーザダイオ
ードＬＤに流れる電流は、図４のＩｗとなる。このとき
の発光強度はＰｗである。

【００２４】一方、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４
３の出力電圧Ｖｂは、この出力電圧Ｖｂと上記の白レベ
ル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の出力電圧Ｖｗの和が電
流源１９に入力された場合に、レーザダイオードＬＤに
流れる電流が図４のＩｂとなり、形成される画像が黒と
認識されるような値に設定される（詳しくは後述）。こ
の時の、レーザビームの光強度はＰｂである。

【００２５】強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４には、黒
レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３の出力電圧値Ｖｂお
よび、画像データＤ０〜Ｄ７が入力される。強度変調用
Ｄ／Ａコンバータ４４は乗算型の変換器で、入力された
画像データ（ディジタルデータ）に基づいて、黒レベル
設定用Ｄ／Ａコンバータ４３からの入力電圧を分割した
電圧値を出力する。すなわち、黒レベル設定用Ｄ／Ａコ
ンバータ４３の出力電圧値をＶｂとすると強度変調用Ｄ
／Ａコンバータ４４の出力電圧Ｖｄは、Ｖｄ＝ＤＤ×Ｖｂ／２５５で表される。ここで、ＤＤは、画像データＤ０〜Ｄ７を
１０進数で表したものである。

【００２６】白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の出
力電圧をＶｗとすると、加算器４２にはＶｗとＶｂが入
力され、Ｖｗ＋Ｖｂが出力される。すなわち加算器４２
の出力電圧をＶａｄｄとすると、Ｖａｄｄ＝Ｖｗ＋Ｖｄ＝Ｖｗ＋ＤＤ×Ｖｂ／２５５という関係が成り立つ。ここで、ＤＤは０〜２５５の値
をとる整数である。上述のＶｗ、Ｖｂと、レーザダイオ
ードＬＤに流れる電流値Ｉｗ、Ｉｂとの関係は、次のよ
うになる。ＤＤ＝０の時のＶａｄｄ（＝Ｖｗ）が電流源
１９に入力されたとき、レーザダイオードＬＤ中に流れ
る電流がＩｗである。また、ＤＤ＝２５５の時のＶａｄ
ｄ（＝Ｖｗ＋Ｖｂ）が電流源１９に入力されたときにレ
ーザダイオードＬＤ中に流れる電流がＩｂである。な
お、レーザダイオードＬＤに流れる電流がＩｗの時の発
光強度がＰｗで有り、電流がＩｂの時の発光強度がＰｂ
である。

【００２７】強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４に入力さ
れる画像データは、３ステートバッファ４５を介してプ
リンタコントローラＰＣ（画像メモリ３１）から転送さ
れる。３ステートバッファ４５はスイッチとしての機能
を果たしており、ＣＰＵ１５０からの入力制御信号ＯＥ
がＴＲＵＥの時のときには画像メモリから送られてきた
画像データＤ０〜Ｄ７（ＨまたはＬ；Ｈは１に対応、Ｌ
は０に対応）を強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４および
デジタルコンパレータ４６にそのまま転送する。ＣＰＵ
１５０からの入力制御信号ＯＥがＦＡＬＳＥの時には、
３ステートバッファ４５はスイッチオフ状態（ハイイン
ピーダンス）となり、出力側のプルアップ電圧（Ｈ）が
強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４およびデジタルコンパ
レータ４６に入力される。即ち、制御信号ＯＥがＦＡＬ
ＳＥの時には、強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４および
デジタルコンパレータ４６には、各ビットがＨのデータ
が画像データとして入力される。

【００２８】また、強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４に
はＣＰＵ１５０から制御信号としてＢＬＫ（ブランキン
グシグナル）が入力される。制御信号ＢＬＫがＴＲＵＥ
の時には強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４は画像データ
Ｄ０〜Ｄ７および黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３
の出力電圧値Ｖｂに応じた値を出力する。制御信号ＢＬ
ＫがＦＡＬＳＥの時には、強度変調用Ｄ／Ａコンバータ
４４は０となるよう構成されている。

【００２９】デジタルコンパレータ４６は、データ転送
クロックＣＬＫに同期して、各ビット毎に、その値が０
（即ちＤ０〜Ｄ７の全てのビットが０）の時に限り、ス
イッチ素子１８をオフにする。

【００３０】比較器１４および１５には、それぞれのプ
ラス端子にはフォトダイオードＰＤに流れる電流値に比
例した電圧が印加される。マイナス端子には、Ｄ／Ａコ
ンバータ１６および１７の出力電圧Ｖ１およびＶ２が基
準電圧として印加される。第１の電圧Ｖ１と第２の電圧
Ｖ２はＶ１＜Ｖ２の関係となっている。比較器１４およ
び１５においてフォトダイオードＰＤに流れる電流に比
例した電圧値と、第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２とが比
較され、その結果がＣＰＵ１５０に入力される。即ち、
フォトダイオードＰＤに流れる電流に比例した電圧値
が、Ｖ１より小さいか、Ｖ１とＶ２の間の値であるか、
あるいはＶ２より大きいか、が、比較器１４および１５
の出力結果に基づいて判定することができる。

【００３１】第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２の大きさ
は、Ｄ／Ａコンバータ１６および１７にＣＰＵ１５０か
ら入力されるデータにより設定される。詳細は後述する
が、第１の電圧値Ｖ１としては、レーザダイオードＬＤ
の発光ビーム強度Ｐｗに対応した電圧値、第２の電圧値
Ｖ２としては、発光ビーム強度Ｐｂに対応した電圧値を
出力するように設定しておくことにより、レベル調整時
に、比較器１４、１５の出力に基づいて、レーザダイオ
ードＬＤの発光強度がＰｗになる点、およびＰｂになる
点を検知することができる。

【００３２】なお、本実施例では、比較器１４および１
５に印加される基準電圧（負端子に印加される電圧）
は、Ｄ／Ａコンバータ１６および１７の出力電圧として
いる。これには、次のような目的がある。たとえレーザ
ダイオードの発光強度が階調に応じた所定の強度となる
よう制御されたとしても、被走査面、例えば感光体ドラ
ムの感光感度も変化するため、所定の階調の画像が得ら
れない場合がある。感光体ドラムの感度が変化する原因
としては、環境温度の変化による感度の変化、感光体の
劣化に伴う感度低下、感光体ドラムを別のドラムに取り
替えたことによる感度の変化、などがある。また、感光
体自体の感度が変わらなくても、例えばカラープリント
に対応するために、色成分ごとに露光強度を変える場合
もある。この場合には、階調に関する分解能は保持した
まま、発光強度を変える必要がある。本発明の実施形態
に示されるように、Ｄ／Ａコンバータ１６および１７を
用いて基準電圧を変えることができる構成を取れば、発
光強度の上限と下限をシフトさせることにより、各階調
に対応した発光強度をシフトさせることができる。しか
も、この基準値の変更は、Ｄ／Ａコンバータの入力デー
タの変更により容易に制御することができる。

【００３３】例えば、感光体の感度が低い場合には、Ｄ
／Ａコンバータ１６および１７の出力がそれぞれ所定量
大きくなるように、Ｄ／Ａコンバータ１６および１７の
入力データを変更する。これにより、白レベル設定Ｄ／
Ａコンバータ４１および黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバー
タ４３において設定される電圧値ＶｗとＶｂはそれぞれ
所定量大きくなるが、その間の範囲は変わらない。従っ
て、分解能を維持したまま、個々の発光ビームの強度を
増加させることができる。

【００３４】次に、本実施例における、ＡＰＣ（自動パ
ワー制御）動作について説明する。

【００３５】比較的走査速度が遅い場合には、白レベル
および黒レベルの調整を共に、各ラインの画像形成後、
次のＨＳＹＮＣ生成直前までの期間中に行うことができ
る。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤと直列に接
続された可変抵抗２１の抵抗値の調整は既に行われてお
り、また、Ｄ／Ａコンバータ１６および１７の出力電圧
（基準電圧）は既に定められているものとする。

【００３６】まず、ＨＳＹＮＣ生成のためのビームが書
き出し位置検出回路１３の受光センサ７により受光さ
れ、ＨＳＹＮＣが生成される。ＨＳＹＮＣに基づいて、
プリンタコントローラＰＣの画像メモリ３１から画像デ
ータＤ０〜Ｄ７が順次転送クロックＣＬＫに同期して光
走査装置に転送される。転送データに基づいて画像形成
が終了すると、ＡＰＣが開始される。

【００３７】ここでは、まず白レベルのＡＰＣが行われ
るものとする。まず制御信号ＯＥをＦＡＬＳＥにして３
ステートバッファ４５をハイインピーダンスにする。す
なわち、画像データＤ０〜Ｄ７の値にかかわらず全ての
データがハイ（Ｈ）であるばあいと同じ状態とし、スイ
ッチ１８を閉じる。これによりレーザダイオードは常時
発光する状態となる。この時、強度変調用Ｄ／Ａコンバ
ータ４４に入力される制御信号（ブランキング信号）Ｂ
ＬＫをＴＲＵＥとして強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４
の出力を０（ゼロ）とする。従って、デジタルコンパレ
ータ４６にはデータとして０が入力される。

【００３８】この状態で白レベル設定用Ｄ／Ａコンバー
タに所定のデータを入力する。この時、加算器４２に
は、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の出力Ｖｗ
と、強度変換用Ｄ／Ａコンバータ４４の出力とが入力さ
れる。しかし、強度変換用Ｄ／Ａコンバータ４４の出力
電圧は０であるため、加算器４２の出力は、白レベル設
定用Ｄ／Ａコンバータ４１の出力電圧Ｖｗそのままであ
る。

【００３９】比較器１４の基準電圧がＰｗに対応してい
るとすると、比較器１４の出力がハイからローあるいは
ローからハイに切り替わる点を、白レベル設定用Ｄ／Ａ
コンバータ４１の入力データを増減することにより見つ
ける。比較器１４の出力が切り替わる点が、レーザダイ
オードＬＤがＰｗのパワーのレーザビームを発光してい
る点と考えることができる。即ち、ＡＰＣ開始時の比較
器１４の出力がＬであるとすると、レーザビームの強度
が次第に増加するように白レベル設定用Ｄ／Ａコンバー
タ４１の入力データを増加させて、その出力電圧Ｖｗを
増加させる。比較器１４の出力がＨに変わった時点での
白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の入力データが、
ＡＰＣの結果得られた白レベル設定用データである。逆
に、ＡＰＣ開始時の比較器１４の出力がＨであるとする
と、レーザビームの強度が次第に減少するように白レベ
ル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の入力データを減少させ
て、その出力電圧Ｖｗを減少させる。比較器１４の出力
がＨからＬに変わった時点での白レベル設定用Ｄ／Ａコ
ンバータ４１の入力データが、ＡＰＣの結果得られた白
レベル設定用データとなる。こうして白レベルの調整が
完了したら、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１に入
力するデータをその時のデータに固定する。次に、黒レ
ベルのＡＰＣを行う。

【００４０】黒レベルのＡＰＣは、白レベル設定用Ｄ／
Ａコンバータ４１の出力電圧Ｖｗを白レベルのＡＰＣで
得られた上述の値に保持したままで行う。白レベル設定
の場合と同様に、３ステートバッファ４５に入力する制
御信号ＯＥはＦＡＬＳＥ（Ｌ）とする。すなわち、３ス
テートバッファ４５をハイインピーダンス状態にしてお
く。黒レベルのＡＰＣを行う場合には制御信号ＢＬＫは
ＦＡＬＳＥとする。すると強度変調用Ｄ／Ａコンバータ
４４およびデジタルコンパレータ４６にはデータとし
て、全ビットに１（十進法で表せば２５５）が入力され
る。

【００４１】強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４は、前述
のように、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３の出力
電圧と入力データ／２５５との積を出力する。黒レベル
のＡＰＣが行われている場合には入力データは２５５な
ので、強度変調用Ｄ／Ａコンバータ４４の出力は黒レベ
ル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３の出力電圧そのままとな
る。従って、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３の出
力電圧をＶｂ、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の
出力電圧をＶｗとすると、加算器４２の出力電圧は、Ｖ
ｗ＋Ｖｂとなる。このときのレーザダイオードＬＤの発
光ビームの強度がＰｂになるよう、Ｖｂを調整する。Ｖ
ｂの調整は次のようにして行う。

【００４２】比較器１５に入力される基準電圧（比較器
１７の出力電圧Ｖ２）がレーザダイオードＬＤがＰｂの
ビームを発光しているときの可変抵抗２１の電位に対応
している。従って、比較器１５の出力値がハイからロー
またはローからハイに切り替わる点を見つければ、そこ
ががレーザダイオードＬＤがＰｂのビームを射出してい
る点である。白レベルのＡＰＣの場合と同様にして、黒
レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３の入力データを増減
させることにより、レーザダイオードＬＤの発光強度を
変化させて、強度がＰｂとなる時の黒レベル設定用Ｄ／
Ａコンバータ４３の入力データを見つけることにより、
黒レベルの調整が完了する。調整が完了すると、黒レベ
ル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３に入力するデータも固定
する。

【００４３】次に、画像形成について、説明する。画像
形成は、ＡＰＣが完了し、入力データが調整された、白
レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１と黒レベル設定用Ｄ
／Ａコンバータ４３の出力電圧ＶｗおよびＶｂと、画像
データＤ０〜Ｄ７に基づいてレーザダイオードＬＤの発
光強度を変調することにより行う。

【００４４】ＣＰＵ１５０は、３ステートバッファ４５
の制御信号ＯＥをＴＲＵＥとして、画像メモリ３１から
のデータ転送を許容する。強度変調用Ｄ／Ａコンバータ
４４にデータＤ０〜Ｄ７（十進数のｎ）が入力される
と、電圧値Ｖｄ＝Ｖｂ×ｎ／２５５が出力される。

【００４５】加算器４２により、強度変調用Ｄ／Ａコン
バータ４４の出力値と白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ
４１の出力電圧Ｖｗとが加算され、Ｖａｄｄ＝Ｖｗ＋（Ｖｂ×ｎ／２５５）が、電流源１９に入力される。従って、入力データＤ０
〜Ｄ７に応じて、最小Ｐｗ、最大Ｐｂの間で、階調に比
例して強度変調されたレーザビームが発光されることに
なる。ただし、上述のように制御した場合、入力データ
Ｄ０〜Ｄ７が全て０（すなわちｎ＝０）の時に、Ｐｗの
強度のビームが出力されることになり、厳密な意味での
白画像が形成されない可能性が残る。このため、入力デ
ータＤ０〜Ｄ７が全て０（即ち白を意味する場合）は、
デジタルコンパレータからスイッチ素子１８に制御信号
が送られ、スイッチ素子１８はオフ状態となる。従っ
て、ｎ＝０（入力データＤ０〜Ｄ７が全て０）の時に
は、レーザダイオードＬＤは発光せず、かぶりのない、
完全な白レベルが実現される。

【００４６】以上のようにＡＰＣおよび画像形成処理が
行われることににより、図４のように、レーザダイオー
ドＬＤの閾値Ｉｔｈよりも高いＩｗ〜Ｉｂの電流によっ
て強度変調が行われ、閾値Ｉｔｈよりも低い領域での光
強度での強度変調が回避されるため、白レベルに近い領
域での階調がつぶれることが防止できる。また、画像デ
ータＤ０〜Ｄ７の全てのビットが０の時には、スイッチ
素子１８がオフ状態になるため、レーザダイオードＬＤ
は発光しない。これにより、全くかぶりのない本来の白
画像を得ることができる。加えて、感光体ドラムの受光
感度が変化しても、それに応じてＤ／Ａコンバータ１６
および１７の入力データを増減することにより、レーザ
ダイオードＬＤの発光レベルを調整することができる。

【００４７】なお、前述のように、この実施例では同期
信号ＨＳＹＮＣの１周期の１／２を画像走査に利用して
おり、この画像走査が完了され、次の同期信号ＨＳＹＮ
Ｃが入力されるまでの残りの１／２周期の間、再度白レ
ベルと黒レベルの設定、すなわちＰｗ電圧とＰｂ電圧を
設定することで、次の画像走査は常に一定の白レベルと
黒レベルとの間で行われるため、レーザダイオードの温
度特性が画像の白黒濃度に影響を与えることはない。

【００４８】図６は、上述の自動光量補正処理を示すフ
ローチャートである。図６においては、比較的描画速度
が遅く、１ラインの走査中にＰｂとＰｗの両方の設定を
行うことが可能な場合の処理を示す。図２に示すよう
に、ＡＰＣは、１ラインの走査期間の中で、画像形成が
終了した後の期間中に行われる。Ｓ１１では、白レベル
設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の入力データを変えなが
ら、上述の白レベル設定を行う。（Ｓ１３、Ｓ１５）。
白レベルの設定が終わると、黒レベル設定用Ｄ／Ａコン
バータの入力データを増減しながら、黒レベルの設定を
行い（Ｓ１７〜Ｓ２１）、自動光量補正処理を終了す
る。この処理が各ラインの走査毎に行われる。

【００４９】図７は、本実施例の光強度変調回路１にお
けるレーザダイオードＬＤの電流−光強度特性の温度変
化を示す図である。レーザダイオードＬＤは一般的に、
図９に示すような温度特性を持っている。図７におい
て、特性１（ＣＨ１）は温度が低いとき、特性２（ＣＨ
２）は温度が高いときの特性を示している。閾値電流は
温度特性を有しているため、特性１における閾値電流Ｉ
thが温度上昇によりΔＩだけ高くなりＩth’となる。
尚、特性のグラフの傾き（微分効率η）は温度に依存せ
ず一定値であると考えられており、特性２は特性１のグ
ラフ全体をΔＩだけ図中右側に平行移動したグラフとな
っている。

【００５０】図中特性１のグラフ上では、Ｉmの電流を
レーザダイオードに流した時に発光強度が下限値（白レ
ベル）Ｐｗとなり（図中Ａ点に対応）、Ｉm＋Ｉαの電
流を流した時に発光強度が上限値（黒レベル）Ｐｂとな
る（図中Ｂ点に対応）。同様の発光強度（上限値Ｐｗお
よび下限値Ｐｂ）を、特性２において得るためには、特
性２のグラフ上の点Ａ’およびＢ’に対応する電流をレ
ーザダイオードに流す必要がある。上述のように、特性
２のグラフは特性１のグラフをΔＩだけ図中右側に平行
移動したものであるため、グラフ上の点Ａ’およびＢ’
に対応する電流Ｉm’およびＩm’＋Ｉαは、さらに、Ｉ
m’＝Ｉm＋ΔＩおよびＩm’＋Ｉα＝Ｉm＋ΔＩ＋Ｉαと
表される。従って、Ａ’点とＢ’点との間隔は一定に保
たれるので、Ａ’点（またはＢ’点）に関して光量調整
するだけで、自動的にＢ’点（またはＡ’点）に関する
光量補正も行われることになる。

【００５１】図８は、上述の、微分効率を利用した、自
動光量補正処理の第２の例を示すフローチャートであ
る。まずＳ２３において、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバ
ータに入力するデータとして所定の値が設定される。こ
のときの、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータの入力デー
タの値は、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータの入力デー
タ＋所定値となっている。この所定値は、図７中のＰｗ
（Ａ点又はＡ’点）からＰｂ（Ｂ点またはＢ’点）に対
応した電圧値である。上記の関係を保ちつつ、白レベル
設定用Ｄ／Ａコンバータの入力データを増減しながら、
黒レベルに関して比較器１５の出力をモニタする。すな
わち、制御信号ＯＥおよびＢＬＫを共にＦＡＬＳＥにし
て黒レベルのＡＰＣと同様の処理を行う。ＡＰＣ開始時
に比較器１５の出力がＬだとすると、白レベル設定用Ｄ
／Ａコンバータ４１の入力データを増加させながら、比
較器１５の出力がＬからＨに変わる点を検出する。

【００５２】比較器１５の出力が変化した時点での白レ
ベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１の入力データがＡＰＣ
の結果得られた白レベル設定用データとなる。言い換え
れば、黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３の出力電圧
Ｖｂを固定して、白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４１
の出力電圧Ｖｗを変化させ、発光強度Ｐｂが得られるよ
うに制御する。従って、一回のＡＰＣ処理により、白レ
ベルの発光強度Ｐｗと黒レベルの発光強度Ｐｂとの間隔
を保ちつつレベル設定することができる。

【００５３】図９は、１ラインの走査につき白レベルま
たは黒レベルの一方についてのみ光量調整を行う例を示
すフローチャートである。図９の方法は、比較的描画速
度が速く、白レベルと黒レベルのＡＰＣを１ラインの走
査期間中に行えない場合に好適である。

【００５４】図９の処理においては、１ライン毎に白レ
ベルと黒レベルの光量調整を交互に行っている。まず、
Ｓ３１で前ラインの走査時にどちらのレベルの光量調整
が行われたかにより、今回の調整対象となるレベルを決
定する。今回の調整対象が白レベルの場合には、制御信
号ＢＬＫをＴＲＵＥとして、白レベルの設定を行う電
（Ｓ３３〜Ｓ３７）。調整対象が黒レベルの場合には、
制御信号ＢＬＫをＦＡＬＳＥとして黒レベルの設定を行
う（Ｓ４１〜Ｓ４５）。なお、何れの場合にも制御信号
ＯＥはＦＡＬＳＥとする。

【００５５】図１０は、光走査装置ＳＵとプリンタコン
トローラＰＵとの間で通信回線ＣＯＭを介して行われる
データ通信の様子を示すタイミングチャートである。レ
ーザビームプリンタの電源がオンされると、プリンタコ
ントローラＰＣのメインＣＰＵ３０から光走査装置ＳＵ
のＣＰＵ１５０に起動開始を指示する起動データＲ１が
送信される。起動データを受信すると、ＣＰＵ１５０は
受信データに基づく処理（受信処理）Ｃ１を実行する。
すなわち、ポリゴンミラー３の回転を開始し、レーザを
点灯させる。印字可能な状態になると（ポリゴンミラー
３の回転が安定して定常回転になり、またレーザが点灯
して発光が安定すると）、ＣＰＵ１５０は通信処理（送
信処理）Ｃ２の後に、メインＣＰＵ３０に動作ＯＫデー
タＴ１を送信する。

【００５６】メインＣＰＵ３０は、印字中にも随時動作
チェックデータＲＣを光走査装置に送信する。光走査装
置のＣＰＵ１５０は、動作チェックデータＲＣを受信す
ると、メイン処理Ｍから受信処理Ｃ１に移行して現在の
動作をチェックし、正常に動作している場合には動作Ｏ
ＫデータＴＣを、正常でない場合には、動作ＮＧデータ
を送信する（送信処理Ｃ２）。

【００５７】動作チェックデータＲＣには、動作チェッ
クに必要なデータの他に、白レベル黒レベルの基準電圧
を変更するためのデータも含まれる。基準電圧は、例え
ばカラー印刷に対応して、色成分毎に発光強度を相対的
に変化させる場合や、感光ドラム表面の感光感度の変化
に応じて変化させる必要がある。光走査装置のＣＰＵ１
５０は、その変更データに基づいてＤ／Ａコンバータ１
６および１７に入力するデータを変更して白レベル及び
黒レベルに対応する基準電圧を再設定する。なお、感光
ドラムの感度変化に関するデータは必要に応じて動作チ
ェックデータＲＣに入れられる。

【００５８】光走査装置からプリンタに送信される動作
ＮＧデータには、光走査装置の異常箇所に関する動作も
動作データとして送信するようになっている。また、プ
リンタと光走査装置間でのデータ通信は、比較的ＣＰＵ
１５０の負荷が少ない、印字動作中に行われる。図中Ｃ
Ｍで表される領域が通信可能領域となっており、ＰＲで
示す領域が印字領域である。図中、／ＶＩＤＥＯはアク
ティブローのレーザオン・オフ信号で、／ＶＩＤＥＯ
＝”Ｌ”のときにレーザがオンされる。図１０において
は、自動光量補正（ＡＰＣ）は、図６に示す方法により
行われている。すなわち、１回の補正処理で白レベルと
黒レベルの双方を決定する方法を採用することにより、
短い期間内で白・黒両レベルの電圧値が決定される。

【００５９】自動光量補正が行われる期間ＡＰの間は、
光量補正処理が優先的に行われ、通信処理ＣＭは禁止さ
れる。すなわち、自動光量調整（ＡＰＣ）処理中はデー
タ通信は行われず、自動光量調整（ＡＰＣ）処理と通信
処理とが同時に発生した場合には、自動光量調整（ＡＰ
Ｃ）処理が優先され、その後で通信処理が行われる。

【００６０】本実施例では、メインＣＰＵからの動作チ
ェック信号Ｒ１に応答して動作状態を示す信号がＣＰＵ
１５０からメインＣＰＵ３０に転送される。このため、
通信回線のみで、ＣＰＵ１５０とメインＣＰＵ３０との
間で多くの情報を送受信する事ができる。例えば、レー
ザが点灯しない場合に、その原因がレーザの劣化なの
か、／ＨＳＹＮＣ信号の異常なのかを、動作データとし
てメインＣＰＵ３０に送信することが可能となる。

【００６１】以上説明したように、本発明は、まず発光
強度の白レベルと黒レベルを設定し、これらの設定され
た白レベルと黒レベルの各レーザダイオードの発光強度
の範囲内で画像信号に対応するレーザダイオードの発光
強度を所定の階調で段階的に設定する構成とした上で、
白レベルと黒レベルを共に増減させることにより、白レ
ベルと黒レベルにより規定される発光強度範囲をシフト
することを特徴としている。このように構成されている
ために、レーザダイオードの電流−光強度特性にかかわ
らず、また感光体（被走査面）の感度の変動にかかわら
ず、白レベルと黒レベルの間で所望の階調の光走査を行
うことができる。

【００６２】描画速度が比較的高速な場合でも白レベル
と黒レベルの発光強度を調整することができるので、処
理速度を低下させることなく、確実に所望の階調で画像
形成することが可能となる。さらに、発光強度設定手段
は画像信号が０の時にレーザダイオードの発行を停止す
ることで、走査される画像にかぶりが生じることを防止
できる。また、被走査面の感度に対応して発光強度が補
正されるので、被走査面の感度が変動しても、確実に所
望の階調の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光強度変調回路が適用される光走査装
置の全体構成を示す斜視図である。

【図２】走査期間中の、画像形成とＡＰＣのタイミング
を示す図である。

【図３】レーザビームプリンタの全体構成のブロック図
である。

【図４】レーザダイオードのＩ−Ｐ特性図と、本発明を
適用した場合の変調特性を示す図である。

【図５】レーザダイオードのＩ−Ｐ特性図と、従来の制
御による変調特性を示す図である。

【図６】自動光量補正の第１の例を示すフローチャート
である。

【図７】レーザダイオードのＩ−Ｐ特性の温度変化を説
明する図である。

【図８】自動光量補正の第２の例を示すフローチャート
である。

【図９】自動光量補正の第３の例を示すフローチャート
である。

【図１０】レーザビームプリンタのメインＣＰＵと光走
査装置のＣＰＵとのデータ通信を説明する図である。

【符号の説明】

ＬＤレーザダイオードＰＤフォトダイオード１光強度変調回路３ポリゴンミラー４感光ドラム７受光センサ１３書き出し位置検出回路１４比較器１５比較器１６Ｄ／Ａコンバータ１７Ｄ／Ａコンバータ１８スイッチ素子１９電流源２１可変抵抗３０ＣＰＵ３１画像メモリ３２画像クロック４１白レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４３黒レベル設定用Ｄ／Ａコンバータ４２加算器４４強度変換用Ｄ／Ａコンバータ４５３ウエイバッファ４６デジタルコンパレータ１５０ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】階調情報を含む画像信号に基づいてレー
ザダイオードが射出するレーザビームの発光強度を変調
しつつ光走査を行う光走査装置に実装されるものであっ
て、レーザビームの最大発光強度と最小発光強度を設定する
強度設定手段と、前記最大発光強度と前記最小発光強度とで規定される強
度範囲内で、前記画像信号に応じた強度のレーザビーム
を発光するよう、前記レーザダイオードを駆動するレー
ザ駆動手段と、前記強度範囲をシフトする強度範囲変更手段とを有する
ことを特徴とする、光走査装置の光強度変調回路。
【請求項２】前記強度範囲変更手段は、前記レーザビ
ームの被走査面の感度に応じて前記強度範囲をシフトす
ることを特徴とする、請求項１に記載の光走査装置の光
強度変調回路。
【請求項３】前記光走査装置は電子写真法を利用した
画像処理装置に実装されるものであり、前記画像処理装
置は光強度の範囲設定に関するデータを前記光走査装置
に伝達する伝達手段を有しており、前記光走査装置は前
記伝達手段から伝達される前記光強度の範囲設定に関す
るデータを受信する受信手段を有し、前記強度範囲変更
手段は、前記光強度の範囲設定に関するデータに応じて
前記強度範囲をシフトすることを特徴とする、請求項２
の光走査装置の光強度変調回路。
【請求項４】前記光強度の範囲設定に関するデータ
は、前記画像処理装置の感光体表面の感度を示すデータ
であること、を特徴とする請求項３の光走査装置の光強
度変調回路。
【請求項５】画像信号に基づいてレーザダイオードの
発光強度を変調して光走査を行う光走査装置において、前記画像信号に基づいて、前記レーザダイオードの発光
強度を、第１発光強度と、該第１発光強度より大きい第
２発光強度との間で所定の段階に分割して設定する階調
設定手段と、前記第１発光強度が第１レベルとなるよう前記レーザダ
イオードの発光強度を調整する第１のレベル調整手段
と、前記第２発光強度が第２レベルとなるよう前記レーザダ
イオードの発光強度を調整する第２のレベル調整手段
と、を有し、前記第１レベルと前記第２レベルの少なくとも一方が変
更可能であること、を特徴とする光走査装置の光強度変
調回路。
【請求項６】前記第１レベルと前記第２レベルの双方
が、独立して変更可能であること、を特徴とする、請求
項５に記載の光走査装置の光強度変調回路。
【請求項７】一回の光走査が行われる毎に、前記第１の
レベル調整手段と第２のレベル調整手段の少なくとも一
方を作動させる制御手段をさらに有すること、を特徴と
する請求項５または６に記載の光走査装置の光強度変調
回路。
【請求項８】前記第１のレベルと前記第２のレベルは
前記光走査の被走査面の感度に基づいて変更されるこ
と、を特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の光
走査装置の強度変調回路。
【請求項９】前記第１レベル調整手段は前記レーザダ
イオードから射出されたレーザビームを受光して受光ビ
ームの強度に応じた信号を出力する受光手段と、第１レ
ベルに対応した信号を出力する第１レベル設定手段と、
前記受光ビームの強度に応じた信号と第１レベルに対応
した信号とを比較する第１レベル比較手段と、前記第１
レベル比較手段の比較結果に基づいて前記レーザダイオ
ードの発光強度を制御する第１レベル制御手段とを有
し、前記第１レベル設定手段の出力信号が可変であるこ
と、を特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の光
走査装置の強度変調回路。
【請求項１０】前記第２レベル調整手段は前記レーザ
ダイオードから射出されたレーザビームを受光して受光
ビームの強度に応じた信号を出力する受光手段と、第２
レベルに対応した信号を出力する第２レベル設定手段
と、前記受光ビームの強度に応じた信号と第２レベルに
対応した信号とを比較する第２レベル比較手段と、前記
第２レベル比較手段の比較結果に基づいて前記レーザダ
イオードの発光強度を制御する第２レベル制御手段とを
有し、前記第２レベル設定手段の出力信号が可変である
こと、を特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の
光走査装置の強度変調回路。
【請求項１１】前記第１及び第２レベル設定手段はＤ
／Ａコンバータであること、を特徴とする請求項９また
は１０に記載の光走査装置の強度変調回路。
【請求項１２】前記階調設定手段は画像信号が０の時
にはレーザダイオードの発光を停止させる請求項５から
１１のいずれかに記載の光走査装置の光強度変調回路。