JP7135564B2 - 出力制御装置、出力制御方法、出力制御を用いたレーザー出力装置、及びレーザー出力装置を用いた画像記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、出力部に接続された駆動対象に電流を供給する出力制御装置、出力制御方法、出力制御を用いたレーザー出力装置、レーザー出力装置を用いた画像記録装置に関する。

特許文献１には、立ち上がり時及び立ち下がり時の遅れがなく、且つリップルを最小に抑えることのできるレーザー電源装置が記載されている。

本発明は、出力部に接続された駆動対象に供給する電流のリップルに起因する駆動対象に供給する電流を積算したエネルギー量のばらつきを抑制する出力制御装置、出力制御方法、出力制御を用いたレーザー出力装置、レーザー出力装置を用いた画像記録装置を提供することを目的とする。

本発明は、出力部に接続された駆動対象へ供給する電流を制御する出力制御装置において、前記駆動対象への電流供給の開始と停止とを制御する電流供給制御部と、所定時間間隔で前記駆動対象へ流れる電流を検出する検出部と、前記電流供給制御部を制御する制御部と、を備え、前記駆動対象へ供給する電流は、外部電源から供給される電力に基づき、スイッチ素子と平滑化素子とを用いるスイッチング方式電流駆動回路を用いて供給し、前記制御部は、前記電流供給制御部により前記駆動対象への電流供給を開始してから前記駆動対象へ流れた、前記検出部が検出した前記所定時間間隔での電流を積算することで、前記電流を積算したエネルギー量に基づいて、前記電流供給制御部による前記駆動対象への電流供給を停止し、前記電流の積算は、検出された電流と前記スイッチング方式電流駆動回路に基づく変化量で前記所定時間間隔での増減を算出し積算することを特徴とする。

本発明は、出力部に接続された駆動対象に供給する電流のリップルに起因する駆動対象に供給する電流を積算したエネルギー量のばらつきを抑制する出力制御装置、出力制御方法、出力制御を用いたレーザー出力装置、レーザー出力装置を用いた画像記録装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像記録システム１００の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置１４の構成を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る画像記録システム１００における電気回路の一部を示すブロック図である 図３に示した電気回路の記録装置１４に関するブロック図である 図４に示した電気回路のドライバ４５に関するブロック図である 図５に示した電気回路のドライバ４５における電圧・電流波形の説明図である 図５に示した電気回路のドライバ４５のヒステリシス制御方式がオフタイム固定型である場合の動作を示すタイミングチャートである 図５に示した電気回路のドライバ４５のヒステリシス制御方式がヒステリシスウィンドウ型である場合の動作を示すタイミングチャートである。 図５に示した電気回路のドライバ４５の課題を説明する図である。 図５に示した電気回路のドライバ４５の詳細な動作を示すタイミングチャートである。 図１０に示したタイミングチャートにおける波形を説明する図である。 図１１に示した波形におけるエネルギー積算方法を示す表である。 図５に示した電気回路のドライバ４５の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

以下、一例として、記録対象物として感熱記録部を有する構造体、具体的には、感熱記録ラベルを貼り付けた輸送用のコンテナに画像を記録する画像記録装置について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像記録装置たる画像記録システム１００の概略斜視図である。以下の説明では、輸送用のコンテナＣの搬送方向をＸ軸方向、上下方向をＺ軸方向、搬送方向および上下方向いずれにも直交する方向をＹ軸方向として説明する。画像記録システム１００は、以下に詳述するように、記録対象物たる輸送用のコンテナＣに貼り付けた感熱記録ラベルＲＬにレーザー光を照射して、画像の記録を行う。画像記録システム１００は、図(a)に示されるように、記録対象物搬送手段たるコンベア装置１０、記録装置１４、システム制御装置１８、読取装置１５、遮蔽カバー１１などを備えている。

記録装置１４は、感熱記録ラベルＲＬにレーザー光を照射して記録対象物に可視像たる画像を記録するものである。記録装置１４は、コンベア装置１０の－Ｙ側、すなわち搬送路の－Ｙ側に配置されている。

遮蔽カバー１１は、記録装置１４から照射されたレーザー光を遮蔽して、レーザー光の拡散を低減するものであり、表面に黒アルマイト塗装が施されている。遮蔽カバー１１の記録装置１４と対向する部分には、レーザー光を通過させるための開口部１１ａが設けられている。また、本実施形態においては、コンベア装置１０は、ローラコンベアであるが、ベルトコンベアであってもよい。

システム制御装置１８は、コンベア装置１０、記録装置１４および読取装置１５などが接続されており、画像記録システム１００全体を制御するものである。また、読取装置１５は、後述するように、記録対象物に記録されたバーコードやＱＲコード（登録商標）などのコード画像を読み取るものである。システム制御装置１８は、読取装置１５により読み取った情報に基づいて、正しく画像が記録されているか否かの照合を行う。

図２は、本発明の一実施形態に係る記録装置１４の構成を示す概略斜視図である。本実施形態においては、記録装置１４として、複数の光ファイバーのレーザー出射部を記録対象物たるコンテナＣの移動方向である副走査方向（Ｘ軸方向）と直交する主走査方向（Ｚ軸方向）にアレイ状に配置したファイバーアレイを用いて、画像の記録を行うファイバーアレイ記録装置を用いている。ファイバーアレイ記録装置は、レーザー発光素子から出射したレーザー光を、前記ファイバーアレイを介して記録対象物に照射し、描画単位からなる画像を記録する。具体的には、記録装置１４は、レーザーアレイ部１４ａと、ファイバーアレイ部１４ｂと光学部４３とを備えている。レーザーアレイ部１４ａは、アレイ状に配置された複数のレーザー発光素子４１と、レーザー発光素子４１を冷却する冷却ユニット５０と、レーザー発光素子４１に対応して設けられ、対応するレーザー発光素子４１を駆動するための複数の駆動ドライバ４５と、複数の駆動ドライバ４５を制御するコントローラ４６とを備えている。コントローラ４６には、レーザー発光素子４１に電力を供給するための電源４８および画像情報を出力するパーソナルコンピュータなどの画像情報出力部４７が接続されている。

レーザー発光素子４１は、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、半導体レーザー、固体レーザー、色素レーザーなどを用いることができる。レーザー発光素子４１は、これらの中でも、波長選択性が広い点、小さいことから装置の小型化が可能な点、及び低価格化が可能な点から、半導体レーザーが好ましい。

また、レーザー発光素子４１が出射する前記レーザー光の波長としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、好ましくは７００ｎｍ～２０００ｎｍが好ましく、７８０ｎｍ～１６００ｎｍがより好ましい。
出射手段であるレーザー発光素子４１においては、印加するエネルギーで全てがレーザー光に変換されることはない。通常、レーザー発光素子４１においては、レーザー光に変換されないエネルギーが熱に変換されることで発熱する。そのため、冷却手段である冷却ユニット５０によりレーザー発光素子４１を冷却する。また、本実施形態においては、記録装置１４は、ファイバーアレイ部１４ｂを用いることで、各レーザー発光素子４１を離して配置することが可能となっている。これにより、隣接するレーザー発光素子４１からの熱の影響を小さくすることが可能となり、レーザー発光素子４１の冷却を効率的に行うことができるので、レーザー発光素子４１の温度上昇、バラツキを回避することができて、レーザー光の出力バラツキを低減できて、濃度ムラ、白抜けを改善できる。

なお、レーザー光の出力とはパワーメータで計測される平均出力である。レーザー光の出力の制御方法としては２種類あり、ピークパワーを制御する方法とパルスの発光比率（デューティー：レーザー発光時間／周期時間）を制御する方法がある。

冷却ユニット５０は、冷却液を循環させてレーザー発光素子４１を冷却する液冷方式であり、冷却液が各レーザー発光素子４１から熱を受ける受熱部５１と、冷却液の熱を放熱する放熱部５２とを備えている。受熱部５１と放熱部５２とは、冷却パイプ５３ａ、５３ｂにより接続されている。受熱部５１は、良熱伝導性部材で形成されたケース内部に良熱伝導性部材で形成された冷却液が流れるための冷却管が設けられている。複数のレーザー発光素子４１は、受熱部５１にアレイ状に配置されている。

放熱部５２は、ラジエータと、冷却液を循環させるためのポンプとを備えている。放熱部５２のポンプにより送り出された冷却液は、冷却パイプ５３ａを通って、受熱部５１へ流入する。そして、受熱部５１内の冷却管を移動しながら受熱部５１に配列されたレーザー発光素子４１の熱を奪ってレーザー発光素子４１を冷やす。受熱部５１から流出したレーザー発光素子４１の熱を奪って温度上昇した冷却液は、冷却パイプ５３ｂ内を移動して放熱部５２のラジエータへ流れ込み、ラジエータにより冷却される。ラジエータにより冷却された冷却液は、再びポンプにより受熱部５１へ送り出される。

ファイバーアレイ部１４ｂは、レーザー発光素子４１に対応して設けられた複数の光ファイバー４２と、これら光ファイバー４２のレーザー出射部４２ａ付近を、上下方向（Ｚ軸方向）にアレイ状に保持するアレイヘッド４４とを備えている。各光ファイバー４２のレーザー入射部は、対応するレーザー発光素子４１のレーザー出射面に取り付けられている。

パーソナルコンピュータなどの画像情報出力部４７は、画像データをコントローラ４６に入力する。コントローラ４６は、入力された画像データに基づいて各駆動ドライバ４５を駆動するための駆動信号を生成する。コントローラ４６は、生成された駆動信号を各駆動ドライバ４５へ送信する。具体的には、コントローラ４６は、クロックジェネレータを備えている。コントローラ４６は、クロックジェネレータが発振するクロック数が、規定のクロック数となったら、各駆動ドライバ４５を駆動するための駆動信号を各駆動ドライバ４５へ送信する。

各駆動ドライバ４５は、駆動信号を受信すると、対応するレーザー発光素子４１を駆動する。レーザー発光素子４１は、駆動ドライバ４５の駆動に従い、レーザー光を照射する。レーザー発光素子４１から照射されたレーザー光は、対応する光ファイバー４２に入射し、光ファイバー４２のレーザー出射部４２ａから出射される。光ファイバー４２のレーザー出射部４２ａから出射されたレーザー光は、光学部４３のコリメートレンズ４３ａ、集光レンズ４３ｂを透過した後、記録対象物であるコンテナＣの感熱記録ラベルＲＬの表面に照射される。感熱記録ラベルＲＬの表面に照射されたレーザー光により加熱されることにより、感熱記録ラベルＲＬの表面に画像が記録される。

記録装置として、ガルバノミラーを用いてレーザーを偏向して記録対象物に画像を記録するものを用いた場合、文字等の画像は、ガルバノミラーの回転で一筆書きするように、レーザー光を照射して記録する。そのため、ある一定の情報量を記録対象物に記録する場合、記録対象物の搬送を停止させないと、記録が間に合わないという不具合がある。一方、本実施形態の記録装置１４のように複数のレーザー発光素子４１をアレイ状に配置したレーザーアレイを用いることで、各画素に対応するレーザー発光素子４１のオン／オフ制御で、記録対象物に画像を記録することができる。これにより、情報量が多くても、コンテナＣの搬送を停止させずに、記録対象物に画像を記録することができる。よって、本実施形態の記録装置１４によれば、多くの情報を記録対象物に記録する場合でも、生産性を落とさずに、画像を記録することができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る画像記録システム１００における電気回路の一部を示すブロック図である。同図において、システム制御装置１８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリーなどを備えており、画像記録システム１００における各種の機器の駆動を制御したり、各種の演算処理をしたりするものである。このシステム制御装置１８には、コンベア装置１０、記録装置１４、読取装置１５、操作パネル１８１、画像情報出力部４７などが接続されている。

操作パネル１８１は、タッチパネル式ディスプレイや、各種のキーを具備しており、画像をディスプレイ表示したり、作業者のキー操作によって入力された各種情報を受け付けたりする。

図３に示すように、システム制御装置１８は、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従ってＣＰＵが動作することにより、画像記録手段として機能する。画像記録手段として機能するシステム制御装置１８は、記録装置１４を制御し、所定の方向とは異なる方向に記録装置１４に対して相対的に移動する記録対象物にレーザーを照射することで記録対象物を加熱して画像ドットを形成して画像を記録する。

次に、画像記録システム１００の動作の一例について図１を参照して説明する。まず、荷物が収容されたコンテナＣが、作業者によりコンベア装置１０に載置される。作業者は、感熱記録ラベルＲＬが貼付されたコンテナＣの本体の側面が、－Ｙ側に位置するように、すなわち記録装置１４に前記側面が対向するようにコンテナＣをコンベア装置１０に載置する。

作業者が操作パネル１８１を操作して、システム制御装置１８をスタートさせると、操作パネル１８１からシステム制御装置１８へ搬送開始信号が送信される。搬送開始信号を受信したシステム制御装置１８は、コンベア装置１０の駆動を開始する。すると、コンベア装置１０に載置されたコンテナＣは、コンベア装置１０により記録装置１４に向けて搬送される。コンテナＣの搬送スピードの一例としては、２ｍ／ｓｅｃである。

記録装置１４よりもコンテナＣの搬送方向上流側には、コンベア装置１０上を搬送されるコンテナＣを検出するセンサが配置されている。このセンサが、コンテナＣを検出すると、検出信号が、センサからシステム制御装置１８へ送信される。システム制御装置１８は、タイマを有している。システム制御装置１８は、前記センサからの検出信号を受信したタイミングで、タイマを用いた時刻計測を開始する。そして、システム制御装置１８は、検出信号の受信タイミングからの経過時間に基づいて、コンテナＣが、記録装置１４に到達するタイミングを把握する。

検出信号の受信タイミングからの経過時間がＴ１となり、コンテナＣが、記録装置１４に到達するタイミングで、システム制御装置１８は、記録装置１４を通過するコンテナＣに貼付された感熱記録ラベルＲＬに画像を記録すべく、記録装置１４に記録開始信号を出力する。
記録開始信号を受信した記録装置１４は、画像情報出力部４７から受けた画像情報に基づいて、記録装置１４に対して相対移動するコンテナＣの感熱記録ラベルＲＬに向けて所定パワーのレーザー光を照射する。これにより、感熱記録ラベルＲＬに画像が非接触で記録される。

感熱記録ラベルＲＬに記録される画像（画像情報出力部４７から送信される画像情報）としては、例えば、コンテナＣに収容されている荷物の内容、輸送先の情報などの文字画像、および、コンテナＣに収容されている荷物の内容、輸送先の情報などの情報がコード化されたバーコードや二次元コードなどのコード画像である。

記録装置１４を通過する過程で画像が記録されたコンテナＣは、読取装置１５を通過する。このとき、読取装置１５が、感熱記録ラベルＲＬに記録されたバーコードや二次元コードなどのコード画像を読み取り、コンテナＣに収容されている荷物の内容、輸送先の情報、などの情報を取得する。システム制御装置１８は、コード画像から取得した情報と、画像情報出力部４７から送信された画像情報とを照合して、正しく画像が記録されているか否かをチェックする。正しく画像が記録されているときは、システム制御装置１８は、コンテナＣをコンベア装置１０によって次の工程（例えば輸送準備工程）に送る。

一方、正しく画像が記録されていないときは、システム制御装置１８は、コンベア装置１０を一時停止して、操作パネル１８１に正しく画像が記録されていない旨を表示する。また、システム制御装置１８は、正しく画像が記録されていないときは、そのコンテナＣを、規定の搬送先に搬送するようにしてもよい。

図４は、図３に示した電気回路の記録装置１４に関するブロック図である。システム制御装置１８と制御部４６の間には、Ｉ／Ｆ部１８０が備えられている。

画像情報出力部４７は、所望のドット濃度を出力するために必要な光エネルギーの情報をシステム制御装置１８に伝達する。システム制御装置１８は、必要な光エネルギーの情報としてタイミング、パルス幅、ピークパワー等の制御信号をＩ／Ｆ部１８０を介して制御部４６に送信し、Ｉ／Ｆ部１８０を介してステータス信号を制御部４６から受信する。

本実施形態では高効率を前提としているため、記録装置１４のドライバ４５として原理的に低損失のスイッチング方式を採用する。他の方式としてリニア方式があるが、これはＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタをリニア領域で動作させた電流制御素子としてリニア電流制御する方式であり、トランジスタで発生する電圧降下分の電力を熱として捨てるために効率が悪く（例えば電力効率４０％）、高出力化に適さない。

図５は、図４に示した電気回路のドライバ４５に関するブロック図である。ドライバ４５は、スイッチング方式電流駆動回路であり、電源４８から供給された電力に基づき、出力部４５４に接続された駆動対象へ電流を供給する。

ドライバ４５は、スイッチング方式電流駆動回路におけるスイッチング部４８０として、スイッチ素子駆動部４５０と、スイッチ素子４５１およびスイッチ素子４５２と、コイル４５３と、を備える。

スイッチ素子４５１は、電源４８とコイル４５３との接続を切り替えるためのスイッチ素子である。また、スイッチ素子４５２は、ＧＮＤとコイル４５３との接続を切り替えるためのスイッチ素子である。

スイッチ素子４５１の一端側は電源４８に接続され、他端側はスイッチ素子４５２の一端側と接続され、スイッチ素子４５２の他端側はＧＮＤと接続されている。コイル４５３の入力端側はスイッチ素子４５１の他端側及びスイッチ素子４５２の一端側と接続され、スイッチ素子４５２の他端側は出力部４５４の一端側と接続される。

出力部４５４にはドライバ４５の駆動対象であるレーザー発光素子４１が接続されている。他の形態として、ドライバ４５の駆動対象として、出力部４５４にＬＥＤを接続しても良い。

ドライバ４５は、さらに出力部４５４に接続された駆動対象への電流供給をオンオフする電流供給制御部としての発光制御部４５５と、出力部４５４に接続された駆動対象に流れた電流、又は発光制御部４５５に流れた電流を電流・電圧変換（ＩＶ変換）するシャント抵抗４５６と、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧を増幅する増幅回路４５７と、増幅回路４５７から出力される増幅電圧４５７Ｓと閾値電圧４６０Ｓを比較する比較回路４５８を備える。

ドライバ４５のスイッチング動作について以下に説明する。スイッチ素子駆動部４５０は、制御部４６からの制御信号に応じて、スイッチ素子４５１をオンオフする駆動信号４５０Ｈと、スイッチ素子４５２をオンオフする駆動信号４５０Ｌを出力する。

これにより、電源４８より供給される電力を、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチ素子としてのスイッチ素子４５１、４５２のオン／オフと電流を平滑化する平滑化素子としてのコイル４５３によってチョッピングすることで、ほぼ直流に整流されたスイッチング部４８０の出力電流４８０Ｓを得ることが出来る。

出力電流４８０Ｓは、発光制御部４５５がオンの場合は、発光制御部４５５からシャント抵抗４５６を経由してグランドに流れ、発光制御部４５５がオフの場合はレーザー発光素子４１からシャント抵抗４５６を経由してグランドに流れる。

増幅回路４５７は、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧（レーザー発光素子４１と発光制御部４５５とシャント抵抗４５６との接続点の電位）を決まったゲインで増幅して増幅電圧４５７Ｓを出力する。

比較回路４５８は、増幅回路４５７から出力される増幅電圧４５７Ｓと、制御部４６から出力される閾値電圧４６０Ｓを比較し、比較結果の判定信号４５８Ｓを制御部４６に出力する。

制御部４６は、判定信号４５８Ｓに基づき、前述したように、スイッチ素子駆動部４５０に対して制御信号を出力する。制御部４６が、判定信号４５８Ｓに基づきスイッチ素子駆動部４５０に対してどのように制御信号を出力するかについては、図７を用いた説明を後述する。比較回路４５８はコンパレータやＡＤコンバータ等により構成される。

以上説明したドライバ４５、制御部４６により、出力部４５４へ供給する電流である出力電流４８０Ｓを制御する出力制御装置４６０を構成する。さらに、出力制御装置４６０の出力部４５４に駆動対象としてレーザー発光素子４１を接続することでレーザー出力装置として構成される。

図５では高速でパルス変調するために、発光素子としてのレーザー発光素子４１に流れる電流経路を切り替えることで、レーザー発光素子４１の発光する／しないを制御する発光制御部４５５を出力部４５４に並列に接続して設けている。発光制御部４５５は、例えばＭＯＳＭＥＴ等のスイッチング素子で構成される。

一般的に、コイルを流れる電流の変調速度は、コイル両端に印加できる電圧に比例するため、１Ａの電流遷移に数マイクロ秒かかる。一方、発光制御部４５５による駆動電流の電流変調速度は、発光制御部４５５のスイッチング素子のスイッチ時間に依存する（ＭＯＳＦＥＴであれば数十ｎｓ）ため、高速である。

制御部４６は、発光制御部４５５に対して、発光制御部４５５をオンオフする切替信号（発光情報）としてのＰＷＭ制御信号４５５Ｓを送る。パルス周波数が４０ｋＨｚ（１周期＝２５ｕｓ）で記録装置１４が２５６階調を持つ場合、１画素が約０．１ｕｓ（≒１００ｎｓ）のパルス幅に対応する。仮にＤｕｔｙ５０％（１２８階調）のパルスを出すのであればパルス幅は約１２．８ｕｓとなる。

図５では、制御部４６は、増幅回路４５７から増幅電圧４５７Ｓをモニタ（検出）する。制御部４６は、レーザー発光素子４１の発光をＰＷＭ制御する際は増幅電圧４５７Ｓに基づき決定されるＰＷＭ制御信号４５５Ｓを発光制御部４５５に送る。制御部４６が、増幅電圧４５７Ｓに基づき、発光制御部４５５に送るＰＷＭ制御信号４５５Ｓをどのように決定するかについては、図１０を用いた説明を後述する。

図６は、図５に示した電気回路のドライバ４５における電圧・電流波形の説明図である。駆動信号４５０Ｈ、駆動信号４５０Ｌのタイミングと、ドライバ４５が出力部４５４へ供給する出力電流４８０Ｓのリップル成分との関係を以下に示す。

コイル４５３の出力端における電圧は、Ｖ＝Ｌ×ΔＩ／ｄｔである（Ｌ：コイル４５３のインダクタンス、ｄｔ：時間の変化量、ΔＩ：コイル電流４５３Ｓの変化量）。駆動信号４５０Ｈがオフ→オン、駆動信号４５０Ｌがオン→オフとなってから、駆動信号４５０Ｈがオンであり駆動信号４５０Ｌがオフである期間は、リップルが立ち上がる期間となる。リップルが立ち上がる期間中、コイル４５３には、電源４８からの電流が供給され、コイル４５３の出力端における電圧Ｖｏｕｔは、電源４８の電圧Ｖｉｎに遷移する。よって立ち上がりリップルの傾きは、ΔＩ１／ｄｔ１＝（Ｖｉｎ－Ｖｏｕｔ）／Ｌである。（ｄｔ１：駆動信号４５０Ｈがオンで駆動信号４５０Ｌがオフの期間、ΔＩ１：ｄｔ１におけるコイル電流４５３Ｓの変化量）

また、駆動信号４５０Ｈがオン→オフ、駆動信号４５０Ｌがオフ→オンとなってから、駆動信号４５０Ｈがオフであり駆動信号４５０Ｌがオンである期間は、リップルが立ち下がる期間となる。リップルが立ち下がる期間中、コイル４５３には電源４８からの電流が供給されないので、コイル４５３の出力端における電圧Ｖｏｕｔは０に遷移する。よって立ち上がりリップルの傾きは、ΔＩ２／ｄｔ２＝（－Ｖｏｕｔ）／Ｌである。（ｄｔ２：駆動信号４５０Ｈがオフで駆動信号４５０Ｌがオンの期間、ΔＩ２：ｄｔ２におけるコイル電流４５３Ｓの変化量）

図７は、図５に示したドライバ４５の動作を示すタイミングチャートである。スイッチング回路のフィードバック制御方式としてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｏｎ）制御やＰＦＭ（Ｐｕｌｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御、ヒステリシス制御等があるが、本実施形態では高速な電流変調速度を得るために、ヒステリシス制御方式を採用した。電流変調速度の要求スペックによっては、ＰＷＭ制御あるいはＰＦＭ制御、その他スイッチング制御手段を用いて良い。

本実施形態におけるフィードバック制御として、一般的にヒステリシス制御と呼ばれる制御方式を採用する。ヒステリシス制御は大別して、オフタイム固定型と、ヒステリシスウィンドウ型が存在する。まず、図７を用いてオフタイム固定型について説明する。

制御部４６は、Ｉ／Ｆ部１８０を介してシステム制御装置１８から出力されたピークパワーに関する制御信号に基づき閾値電圧４６０Ｓを設定する。

制御部４６からの制御信号に応じて駆動信号４５０Ｈがオンとなり駆動信号４５０Ｌがオフになると、コイル４５３の入力端と電源４８とがスイッチ素子４５１を介して繋がり、コイル４５３にスイッチ素子４５１を介して電源４８から電流が供給される。しかしながら、コイル４５３の過渡現象によりコイル電流４５３Ｓはすぐにピーク値にはならずに一定の傾きを持って増加するので、出力部４５４へ供給する出力電流４８０Ｓも一定の傾きを持って増加する。そのため、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧も一定の傾きを持って増加し、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧を増幅した増幅電圧４５７Ｓも一定の傾きを持って増加する。

増幅電圧４５７Ｓが、閾値電圧４６０Ｓに達すると判定信号４５８Ｓがオンになるが瞬時にオフとなる。制御部２６は判定信号４５８Ｓがオフからオンになったことを検知して、駆動信号４５０Ｈをオフにするとともに、駆動信号４５０Ｌをオンにする。

制御部４６からの制御信号に応じて駆動信号４５０Ｈがオフとなり駆動信号４５０Ｌがオンになると、コイル４５３の入力端とＧＮＤとがスイッチ素子４５２を介して繋がり、電源４８からコイル４５３への電流供給が停止する。しかしながら、コイル４５３の過渡現象によりコイル電流４５３Ｓはすぐに０にはならず、一定の傾きを持って減少し、出力部４５４へ供給する出力電流４８０Ｓも一定の傾きを持って減少する。

そして、可変パラメータとして設定されたオフ時間分、電流は減少し続けるが、オフ時間経つと駆動信号４５０Ｈはオンとなり駆動信号４５０Ｌはオフとなる。

このサイクルを繰り返すことでリップルを持った出力電流４８０Ｓが生成される。出力電流４８０Ｓのリップルにより、シャント抵抗４５６に掛かる電圧もリップルを持つため、図７に示したように、増幅電圧４５７Ｓもリップルを持つ。

あるタイミングで閾値電圧４６０Ｓを低い値に変更した場合は、増幅電圧４５７Ｓは新たな閾値電圧４６０Ｓを超えているので判定信号４５８Ｓはオンのままとなる。

判定信号４５８Ｓがオンの間は、駆動信号４５０Ｈがオフであり、駆動信号４５０Ｌがオンとなる状態が継続するので、既述したように、出力電流４８０Ｓは、一定の傾きを持って減少し、増幅電圧４５７Ｓも減少する。

やがて増幅電圧４５７Ｓが新たな閾値電圧４６０Ｓ以下となり、オフ時間分経過すると、既に記載した過程を繰り返すだけである。

レーザー発光素子４１をＰＷＭ信号により発光制御する際には、ＰＷＭ信号をオンにする時間（図７におけるＷ１、Ｗ２）だけ発光するように発光制御部４５５をスイッチングすればよい。

図５から明らかなように、発光制御部４５５がオフの間、出力電流４８０Ｓはレーザー発光素子４１に流れる。レーザー発光素子４１に流れる電流を電流４１Ｓと表す。

リップル高さＨ１、Ｈ２の中心をレーザー発光素子４１に流れる電流４１Ｓの目標とする。

図７では、制御部４６により設定された閾値電圧４６０Ｓが高い値の場合と低い値の場合の両方について、レーザー発光素子４１に流れる電流４１Ｓの目標を示している。

図８は、ヒステリシス制御方式における他の方式であるヒステリシスウィンドウ型を説明するための図である。図８を用いてヒステリシスウィンドウ型について説明する。

図８のように閾値電圧４６０Ｓを上限値４６０Ｈと下限値４６０Ｌの２つに設定する。上限値４６０Ｈと下限値４６０Ｌの間をヒステリシスウィンドウと呼ぶ。この場合は、増幅電圧４５７Ｓが上限の閾値電圧４６０Ｈに達すると、判定信号４５８Ｈがオンになるが瞬時にオフとなる。制御部２６は判定信号４５８Ｈがオフからオンになったことを検知して、駆動信号４５０Ｈをオフにするとともに、駆動信号４５０Ｌをオンにする。

制御部４６からの制御信号に応じて駆動信号４５０Ｈがオフとなり駆動信号４５０Ｌがオンになると、コイル４５３の入力端とＧＮＤとがスイッチ素子４５２を介して繋がり、電源４８からコイル４５３への電流供給が停止する。しかしながら、コイル４５３の過渡現象によりコイル電流４５３Ｓはすぐに０にはならず、一定の傾きを持って減少し、出力部４５４へ供給する出力電流４８０Ｓも一定の傾きを持って減少する。そのため、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧も一定の傾きを持って減少し、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧を増幅した増幅電圧４５７Ｓも一定の傾きを持って減少する。

増幅電圧４５７Ｓが減少して下限の閾値電圧４６０Ｌを下回ると判定信号４５８Ｌがオフになるが瞬時にオンとなる。制御部２６は、判定信号４５８Ｌがオンからオフになったことを検知して、駆動信号４５０Ｌをオフにするとともに、駆動信号４５０Ｈをオンにする。

制御部４６からの制御信号に応じて駆動信号４５０Ｈがオンとなり駆動信号４５０Ｌがオフになると、コイル４５３の入力端と電源４８とがスイッチ素子４５１を介して繋がり、コイル４５３にスイッチ素子４５１を介して電源４８から電流が供給される。しかしながら、コイル４５３の過渡現象によりコイル電流４５３Ｓはすぐにピーク値にはならずに一定の傾きを持って増加するので、出力部４５４へ供給する出力電流４８０Ｓも一定の傾きを持って増加する。そのため、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧も一定の傾きを持って増加し、シャント抵抗４５６に掛かっている電圧を増幅した増幅電圧４５７Ｓも一定の傾きを持って増加する。

増加した増幅電圧４５７Ｓが画像情報より設定された閾値電圧４６０Ｈに達すると、また判定信号４５８Ｈがオンになり、駆動信号４５０Ｈがオフになる。

このサイクルを繰り返すことでリップルを持った出力電流４８０Ｓが生成される。出力電流４８０Ｓのリップルにより、シャント抵抗４５６に掛かる電圧もリップルを持つため、図８に示したように、増幅電圧４５７Ｓもリップルを持つ。

閾値電圧４６０Ｓを上限値４６０Ｈと下限値４６０Ｌの２つに設定することで出力電流４８０Ｓや増幅電圧４５７Ｓのリップル比を任意の一定の値に保つことができる。

図９は、図５に示したドライバ４５の課題を説明する図である。図９（ａ）は理想の状態を示しており、画像情報に基づく１ドットあたりの濃度を実現するための光エネルギーＥ１［Ｊ］は、初期時間ｔ＝ｔ０よりピークパワーＰ１（定数）、パルス幅（ｔ１－ｔ０）でレーザー発光素子４１を発光したときの積分値として表すことができる。

図９（ｂ）は実際の状態を示しており、実際に出力されるエネルギーＥ２［Ｊ］は、発光初期時間に入力時間ｔ＝ｔ０より（ｔ２－ｔ０）のディレイが生じたり、ピークパワーＰ２が変動したりして、ピークパワー（時間の関数）の積分値となる。

本実施形態では、このような場合を想定し、Ｅ２＝Ｅ１となるような時間ｔ＝ｔ３にレーザー発光素子４１の発光を停止するような制御を行うことで所望のエネルギーを出力できる。従来、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に代表されるパワー安定化制御に関して多数の特許が存在するが、１パルスあたりのエネルギー量のばらつきに関して言及された発明はない。次に、図１０～図１３を用いて具体的なエネルギー補正方法を説明する。

図１０は、図５に示した電気回路のドライバ４５の詳細な動作を示すタイミングチャートである。図１０における前提となるパラメータは以下の通りとする。

電源４８による入力電圧：Ｖｉｎ＝２４Ｖ、レーザー発光素子４１の両端にかかる電圧：ＶＬＤ＝２Ｖ、コイル４５３のインダクタンス：Ｌ＝２２ｕＨ、レーザー発光素子４１を流れる電流４１Ｓの目標電流：ＩＳ＝１０Ａ、レーザー発光素子４１を発光する期間の消費目標エネルギー：１００ｕＪ、レーザー発光素子４１を発光する期間としての理論パルス幅：１００ｕＪ／（２Ｖ×１０Ａ）＝５ｕｓ。

リップル電流は、スイッチング方式電流駆動回路の構成上完全に０にすることはできない。ここではスイッチング方式電流駆動回路（ドライバ４５）が安定して動作している定常状態におけるリップル電流が１Ａだと仮定する。閾値電圧の上限値４６０Ｈに対応する閾値電流ＩＨは、リップル電流がｐｅａｋ－ｔｏ－ｐｅａｋの値であるので、ヒステリシス制御をするための閾値電流の高い側として１０Ａ＋１／２Ａ＝１０．５Ａとなる。閾値電圧４６０Ｓの下限値４６０Ｌに対応する閾値電流ＩＬは、１０Ａ－１／２Ａ＝９．５Ａとなる。

リップル電流の立ち上がり傾きＳ１は、ΔＩ／ｄｔ＝（Ｖｉｎ－ＶＬＤ）／Ｌ＝（２４－２）／２２＝１Ａ／ｕｓとなる。リップル電流の立ち下がり傾きＳ２は、ΔＩ／ｄｔ＝（Ｖｉｎ－ＶＬＤ）／Ｌ＝（－２）／２２＝－０．０９Ａ／ｕｓとなる。

目標電流が１０Ａ、出力電圧（負荷電圧）が２Ｖで目標エネルギーが１００ｕＪのドットパルスを出力したい場合、時間的に光量を一定にできるのであれば、単位時間当たりの光量は１０Ａ×２Ｖ＝２０Ｗであり、１００ｕＪ／２０Ｗ＝５ｕｓが理想的な照射時間（理論パルス幅４５５Ｔ）となる。これは４０ｋＨｚでＤｕｔｙ２０％のパルス幅である。５ｕｓのパルス幅を±０．５％の誤差に収めたい時は５ｕｓ×１％＝０．０５ｕｓの時間分解能が必要である。すなわち、発光制御部４５５をオンオフするためのＰＷＭ制御信号の時間分解能は、０．０５ｕｓとする。

本実施形態ではレーザー発光素子４１を流れる電流４１Ｓは必ずリップルを持つため、理論パルス幅４５５Ｔ（５ｕｓ）の期間、レーザー発光素子４１を発光した場合でも、目標エネルギー１００ｕＪが得られるとは限らない。

そこで本実施形態では、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓにより発光制御部４５５をオフするタイミング（レーザー発光素子４１に出力電流４８０Ｓを供給し、電流４１Ｓを流すタイミング）でエネルギー積算を開始し、時間分解能毎にエネルギーを積算していく。その後、積算したエネルギーの合計が目標エネルギー１００ｕＪを超えたタイミングでエネルギー積算を終了して、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓにより発光制御部４５５をオンすることで、レーザー発光素子４１に出力電流４８０Ｓの供給を停止し、電流４１Ｓが流れないようにする。

図１０において、制御部４６は、増幅電圧４５７Ｓから以下の式に基づき、出力電流４８０Ｓの値を取得する。Ｉ＝（Ｖ／Ｇ）／Ｒ（Ｉ：出力電流４８０Ｓの値、Ｖ：増幅電圧４５７Ｓの値、Ｇ：増幅回路４５７の増幅度、Ｒ：シャント抵抗４５６の抵抗値）。なお、本実施形態では、シャント抵抗４５６に掛かる電圧を増幅回路４５７で増幅した増幅電圧４５７Ｓから出力電流４８０Ｓを求めているが、ホール式電流センサを用いて出力電流４８０Ｓを求めてもよい。

ここで、既述したように、レーザー発光素子４１に流れる出力電流４８０Ｓを電流４１Ｓと表す。以下の説明は、発光素子４１が発光している間の電流については、出力電流４８０Ｓではなく電流４１Ｓを用いて説明する。

制御部４６は、出力電流４８０Ｓが下降して閾値電流ＩＬに達すると、駆動信号４５０Ｈをオン、駆動信号４５０Ｌをオフにする。これにより、出力電流４８０Ｓは上昇に転じる。

そして、出力電流４８０Ｓが上昇している途中に、制御部４６は、画像情報出力部４７から送信された駆動信号に基づきＰＷＭ制御信号４５５Ｓ１を送信して発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光すると、その時の電流１０．２Ａを初期電流値Ｉ１として取得してエネルギー積算を開始する。

その後、制御部４６は、発光素子４１に流れる電流４１Ｓ（出力電流４８０Ｓ）が閾値電流ＩＨ（１０．５Ａ）に達すると、駆動信号４５０Ｈをオフ、駆動信号４５０Ｌをオンにして、これにより、電流４１Ｓは下降に転じる。この間、制御部４６は、エネルギー積算を継続する。

そして、電流４１Ｓが下降している途中に、制御部４６は、電流値Ｉ２（１０．０８Ａ）を取得したタイミングで積算したエネルギーの合計が目標エネルギー１００ｕＪに達すると、エネルギー積算を終了して、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ２を送信して発光制御部４５５をオンすることでレーザー発光素子４１の発光を停止する。

図１１は、図１０に示したタイミングチャートにおける波形を説明する図である。制御部４６は、画像情報出力部４７から送信された駆動信号に基づきＰＷＭ制御信号４５５Ｓ１を送信して発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光すると、その時の電流１０．２Ａを初期電流値Ｉ１として取得してエネルギー積算を開始する。

そして、電流４１Ｓが立ち上がり傾きＳ１で上昇している間、制御部４６は、時間分解能０．０５ｕｓ毎に電流値を取得し、エネルギー積算を継続する。その後、電流４１Ｓは閾値電流ＩＨ（１０．５Ａ）に達してから、立ち下がり傾きＳ２で下降するが、制御部４６は、時間分解能０．０５ｕｓ毎に電流値を取得し、エネルギー積算を継続する。

そして、電流４１Ｓが下降している途中に、制御部４６は、電流値Ｉ２（１０．０８Ａ）を取得したタイミングで積算したエネルギーの合計が目標エネルギー１００ｕＪに達すると、エネルギー積算を終了して、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ２を送信して発光制御部４５５をオンすることでレーザー発光素子４１の発光を停止する。

図１２は、図１１に示した波形におけるエネルギー積算方法を示す表である。制御部４６は、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ１を送信して発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光するタイミングを積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）とし、そこから時間分解能０．０５ｕｓごとに電流値Ｉ［Ａ］を取得し、電流値Ｉに基づきエネルギーＥ［ｕＪ］を算出し、積算する。時間毎の積算エネルギーの計算式を以下に示す。

［実施例１］積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値１０．２Ａ、リップル電流の立ち上がり傾きＳ１を１Ａ／ｕｓとする。時間ｔ＝０［ｕｓ］～０．３［ｕｓ］では、時間分解能０．０５ｕｓでリップル電流の立ち上がり傾きＳ１が１Ａ／ｕｓなので、０．０５ｕｓ×１Ａ／ｕｓ＝０．０５Ａずつ電流値は増えていく。

時間ｔ＝０［ｕｓ］のとき、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．２Ａ、出力電圧２Ｖなので、０．０５ｕｓ×１０．２Ａ×２Ｖ＝１．０２ｕＪとなる。

時間ｔ＝０．０５［ｕｓ］のとき、一つ前の積分値に加えて、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．２５Ａ、出力電圧２Ｖなので、１．０２ｕＪ＋０．０５ｕｓ×１０．２５Ａ×２Ｖ＝２．０４５ｕＪとなる。

時間ｔ＝０．１［ｕｓ］のとき、一つ前の積分値に加えて、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．３Ａ、出力電圧２Ｖなので、２．０４５ｕＪ＋０．０５ｕｓ×１０．３Ａ×２Ｖ＝３．０７５ｕＪとなる。

時間ｔ＝０．３［ｕｓ］のとき、一つ前の積分値に加えて、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．５Ａ、出力電圧２Ｖなので、６．１９５ｕＪ＋０．０５ｕｓ×１０．５Ａ×２Ｖ＝７．２４５ｕＪとなる。ｔ＝０．３ｕｓからリップル傾きが１Ａ／ｕｓから－０．０９Ａ／ｕｓに変わるので、０．０５ｕｓ×（－０．０９Ａ／ｕｓ）＝０．００４５Ａずつ電流値は減っていく。

時間ｔ＝０．３５［ｕｓ］のとき、一つ前の積分値に加えて、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．４９５５Ａ、出力電圧２Ｖなので、７．２４５ｕＪ＋０．０５ｕｓ×１０．４９５５Ａ×２Ｖ＝８．２９４５５ｕＪとなる。

時間ｔ＝０．４［ｕｓ］のとき、一つ前の積分値に加えて、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．４９５５Ａ、出力電圧２Ｖなので、７．２４５ｕＪ＋０．０５ｕｓ×１０．４９５５Ａ×２Ｖ＝８．２９４５５ｕＪとなる。

時間ｔ＝４．８５［ｕｓ］のとき、一つ前の積分値に加えて、時間分解能０．０５ｕｓ、電流値１０．０９０５Ａ、出力電圧２Ｖなので、９９．９０２２５ｕＪ＋０．０５ｕｓ×１０．０９０５Ａ×２Ｖ＝１００．９１１３ｕＪとなる。制御部４６は、エネルギーの積算値が目標エネルギー１００ｕＪに達したので、エネルギー積算を終了して、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ２を送信して発光制御部４５５をオンすることでレーザー発光素子４１の発光を停止する。

以上の例では、目標エネルギー１００ｕＪを実現する理論パルス幅４５５Ｔは５ｕｓであったが、目標エネルギー１００ｕＪに達したときのパルス幅は４．８５ｕｓとなった。したがって、仮に理論パルス幅５ｕｓ経過後にＰＷＭ制御信号４５５Ｓ２を送信して発光制御部４５５をオンすることでレーザー発光素子４１の発光を停止していれば、実際に供給されたエネルギーは目標エネルギー１００ｕＪをオーバーしていたことになる。したがって、本実施形態によれば目標エネルギーに対する実際に供給されたエネルギーのばらつきを少なくすることができた。

［実施例２］積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値１０Ａ、リップル電流の立ち下がり傾きＳ２を－０．０９Ａ／ｕｓ、他の条件は［実施例１］と同様の場合、目標エネルギー１００ｕＪに達したときのパルス幅は５．１ｕｓとなった。［実施例２］と［実施例１］を比較すると、目標エネルギーが同じでも、積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値、リップル電流の傾きが異なる場合、目標エネルギーに達するまでのパルス幅が異なる。

［実施例３］積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値１０Ａ、リップル電流の立ち上がり傾きＳ１を１Ａ／ｕｓ、他の条件は［実施例１］と同様の場合、目標エネルギー１００ｕＪに達したときのパルス幅は４．８５ｕｓとなった。［実施例３］と［実施例２］を比較すると、目標エネルギーおよび積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値が同じでも、積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）におけるリップル電流の傾きが異なる場合、目標エネルギーに達するまでのパルス幅が異なる。

［実施例４］積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値９．６Ａ、リップル電流の立ち下がり傾きＳ２を－０．０９Ａ／ｕｓ、他の条件は［実施例１］と同様の場合、目標エネルギー１００ｕＪに達したときのパルス幅は４．６ｕｓとなった。［実施例４］と［実施例２］を比較すると、目標エネルギーおよび積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）におけるリップル電流の傾きが同じでも、積算開始時間（ｔ＝０ｕｓ）における電流値が異なる場合、目標エネルギーに達するまでのパルス幅が異なる。

図１３は、図５に示したドライバ４５の動作を示すフローチャートである。制御部４６は、画像情報出力部４７から必要な光エネルギーの目標値を入力するとエネルギー目標値を設定し（ステップＳ１）、エネルギー積算の処理を開始し、エネルギー積算開始パルスオンとしてのＰＷＭ制御信号４５５Ｓ１を送信して発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光する（ステップＳ２）。

制御部４６は、増幅回路４５７の出力である増幅電圧４５７Ｓをモニタ（検出）し（ステップＳ３）、増幅電圧４５７Ｓを発光素子４１に流れる電流４１Ｓ（出力電流４８０Ｓ）に変換することで、発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光したときの初期電流値Ｉ１を取得する（ステップＳ４）。図１２に示した例では、Ｉ１は１０．２Ａである。

制御部４６は、スイッチ素子４５１をオンオフする駆動信号４５０Ｈを確認し（ステップＳ５）、駆動信号４５０Ｈがオンの場合はリップル電流の立ち上がり傾きＳ１を選択し（ステップＳ６）、駆動信号４５０Ｈがオフの場合はリップル電流の立ち下がり傾きＳ２を選択する（ステップＳ７）。

制御部４６は、ステップＳ４で取得した初期電流値Ｉ１に基づきエネルギー積算を開始する（ステップＳ８）。図１２に示した例では、エネルギー積算値は１．０２μＪである。

制御部４６は、次の積算タイミングになったか確認し（ステップＳ９）、積算タイミングになった場合は、ステップＳ１０に進む。図１２に示した例では、積算タイミングは、時間分解能を示す０．０５ｕｓ毎である。

制御部４６は、選択されているリップル電流の傾きＳ１またはＳ２に基づき、電流値を算出する（ステップＳ１０）。図１２に示した例では、時間ｔ＝０．０５［ｕｓ］のときには、リップル電流の立ち上がり傾きＳ１が選択されており、電流値は１０．２５Ａとなる。

制御部４６は、ステップＳ１０で算出した電流値に基づきエネルギーを積算する（ステップＳ１１）。図１２に示した例では、時間ｔ＝０．０５［ｕｓ］のときの積算エネルギーは２．０４５ｕＪとなる。

制御部４６は、電流値が閾値に達したか確認し（ステップＳ１２）、閾値に達した場合は、リップル電流の立ち上がり傾きを変更する（ステップＳ１３）。図１２に示した例では、電流値が閾値電流ＩＨ（１０．５Ａ）に達した場合、リップル電流の立ち上がり傾きＳ１をリップル電流の立ち下がり傾きＳ２に変更する。

制御部４６は、ステップＳ１１で積算した積算エネルギーが、ステップＳ１で入力された目標エネルギーに達したか確認し（ステップＳ１４）、目標エネルギーに達していなければステップＳ９に戻って処理を継続し、目標エネルギーに達していればエネルギー積算終了パルスオンとしてのＰＷＭ制御信号４５５Ｓ２を送信して発光制御部４５５をオンすることでレーザー発光素子４１の発光を停止して（ステップＳ１５）、処理を終了する。図１２に示した例では、時間ｔ＝４．８５［ｕｓ］のとき、エネルギーの積算値が目標エネルギー１００ｕＪに達しており、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ２を送信して発光制御部４５５をオンすることでレーザー発光素子４１の発光を停止する。

［変形例１］図１３のフローチャートでは、発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光したときの初期電流値Ｉ１を取得し（ステップＳ４）、ステップＳ４で取得した初期電流値Ｉ１に基づきエネルギー積算を開始したが（ステップＳ８）、発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光した所定時間後に電流値を取得し、取得した電流値に基づきエネルギー積算を開始しても良い。

図１２に示した例において、制御部４６は、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ１を送信して発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光した後の時間ｔ＝０．２［ｕｓ］で、電流値１０．４Ａを取得するとともにリップル電流の立ち上がり傾きＳ１を選択して、エネルギー積算を開始してもよい。この場合、制御部４６は、時間ｔ＝０．２［ｕｓ］から遡って、時間ｔ＝０［ｕｓ］～０．２［ｕｓ］における時間分解能０．０５ｕｓ毎の電流値を算出することができるため、時間ｔ＝０［ｕｓ］～０．２［ｕｓ］のエネルギーを遡って積算し、さらに継続して時間ｔ＝０．２［ｕｓ］以降のエネルギーを積算することが可能である。

［変形例２］図１３のフローチャートでは、増幅回路４５７の出力である増幅電圧４５７Ｓをモニタ（検出）し（ステップＳ３）、増幅電圧４５７Ｓを発光素子４１に流れる電流４１Ｓ（出力電流４８０Ｓ）に変換することで、電流値Ｉ１を取得した（ステップＳ４）が、駆動信号４５０Ｈによりスイッチ素子４５１のオンオフを切り替えるタイミングに基づき電流値を算出し、この算出された電流値を取得してもよい。

図１２に示した例において、制御部４６は、ＰＷＭ制御信号４５５Ｓ１を送信して発光制御部４５５をオフすることでレーザー発光素子４１を発光した後の時間ｔ＝０．３［ｕｓ］に、駆動信号４５０Ｈをオフに切り替えるため、時間ｔ＝０．３［ｕｓ］において、閾値電流ＩＨ（１０．５Ａ）に対応する電流値を取得することができる。そして、制御部４６は、時間ｔ＝０．３［ｕｓ］から遡って、時間ｔ＝０［ｕｓ］～０．３［ｕｓ］における時間分解能０．０５ｕｓ毎の電流値を算出することができるため、時間ｔ＝０［ｕｓ］～０．３［ｕｓ］のエネルギーを遡って積算し、さらに継続して時間ｔ＝０．３［ｕｓ］以降のエネルギーを積算することが可能である。

以上説明したように、本発明の一実施形態に係る出力制御装置４６０は、出力部４５４に接続された駆動対象の一例としてレーザー発光素子４１へ供給する電流を制御する出力制御装置４６０であって、レーザー発光素子４１への電流供給の開始と停止とを制御する電流供給制御部としての発光制御部４５５と、発光制御部４５５を制御する制御部４６と、を備え、制御部４６は、発光制御部４５５によりレーザー発光素子４１への電流供給を開始してからレーザー発光素子４１へ流れた電流を積算したエネルギー量に基づいて、発光制御部４５５によるレーザー発光素子４１への電流供給を停止する。これにより、出力部４５４に接続されたレーザー発光素子４１に供給する電流のリップルに起因するレーザー発光素子４１に供給する電流を積算したエネルギー量のばらつきを抑制することができる。

出力制御装置４６０は、所定時間間隔でレーザー発光素子４１へ流れる電流を検出する検出部をさらに備え、制御部４６は、検出部が検出した所定時間間隔での電流を積算することで、電流を積算したエネルギー量を求める。これにより、出力部４５４に接続されたレーザー発光素子４１に供給する電流のリップルに起因するレーザー発光素子４１に供給する電流を積算したエネルギー量のばらつきを抑制することができる。

制御部４６は、出力部４５４において消費されるエネルギーの目標値に、レーザー発光素子４１へ流れた電流を積算したエネルギー量が達すると、発光制御部４５５によるレーザー発光素子４１への電流供給を停止する。これにより、出力部４５４に接続されたレーザー発光素子４１に供給する電流のリップルに起因するレーザー発光素子４１に供給する電流を積算したエネルギー量のばらつきを抑制することができる。

４８ 外部電源
４５０Ｈ 駆動信号
４５１ スイッチ素子
４５４ 出力部
４５５ 発光制御部（電流供給制御部）
４５５Ｓ ＰＷＭ制御信号（切替信号）
４５７ 増幅回路（検出部）
４５７Ｓ 増幅電圧
４６０ 出力制御装置
４８０ スイッチング部
Ｉ１ 初期電流値（電流値情報）
Ｓ１ リップル電流の立ち上がり傾き
Ｓ２ リップル電流の立ち下がり傾き

特開平９－２２３８３７号公報

Claims (9)

1. 出力部に接続された駆動対象へ供給する電流を制御する出力制御装置において、
   前記駆動対象への電流供給の開始と停止とを制御する電流供給制御部と、
   所定時間間隔で前記駆動対象へ流れる電流を検出する検出部と、
   前記電流供給制御部を制御する制御部と、を備え、
   前記駆動対象へ供給する電流は、外部電源から供給される電力に基づき、スイッチ素子と平滑化素子とを用いるスイッチング方式電流駆動回路を用いて供給し、
   前記制御部は、前記電流供給制御部により前記駆動対象への電流供給を開始してから前記駆動対象へ流れた、前記検出部が検出した前記所定時間間隔での電流を積算することで、前記電流を積算したエネルギー量に基づいて、前記電流供給制御部による前記駆動対象への電流供給を停止し、
   前記電流の積算は、検出された電流と前記スイッチング方式電流駆動回路に基づく変化量で前記所定時間間隔での増減を算出し積算することを特徴とする出力制御装置。
2. 前記制御部は、前記出力部において消費されるエネルギーの目標値に、前記駆動対象へ流れた電流を積算したエネルギー量が達すると、前記電流供給制御部による前記駆動対象への電流供給を停止することを特徴とする請求項１記載の出力制御装置。
3. 前記平滑化素子はコイルであることを特徴とする請求項１または２記載の出力制御装置。
4. 前記スイッチ素子は半導体スイッチ素子であることを特徴とする請求項１～３の何れか記載の出力制御装置。
5. 前記電流供給制御部は、前記出力部と並列に接続されていることを特徴とする請求項１～４の何れか記載の出力制御装置。
6. 請求項１～５の何れか記載の出力制御装置の駆動対象として、レーザー発光素子を前記出力部に接続したレーザー出力装置。
7. 請求項６記載のレーザー出力装置を備え、
   前記レーザー発光素子から出射されるレーザー光を記録対象物に照射することで、前記記録対象物を加熱して可視像を記録する画像記録装置。
8. 前記制御部は、前記記録対象物に記録される１画素に対応したエネルギー量に、前記レーザー発光素子へ流れた電流を積算したエネルギー量が達すると、前記電流供給制御部による前記レーザー発光素子への電流供給を停止することを特徴とする請求項７記載の画像記録装置。
9. 出力部に接続された駆動対象へ供給する電流を制御する出力制御方法において、
   前記駆動対象への電流の開始と停止とを制御する電流供給制御部と、所定時間間隔で前記駆動対象へ流れる電流を検出する検出部と、を備え、
   前記駆動対象へ供給する電流は、外部電源から供給される電力に基づき、スイッチ素子と平滑化素子とを用いるスイッチング方式電流駆動回路を用いて供給し、
   前記電流供給制御部により前記駆動対象への電流供給を開始してから前記駆動対象へ流れた、前記検出部が検出した前記所定時間間隔での電流を積算することで、前記電流を積算したエネルギー量に基づいて、前記電流供給制御部による前記駆動対象への電流供給を停止し、前記電流の積算は、検出された電流と前記スイッチング方式電流駆動回路に基づく変化量で前記所定時間間隔での増減を算出し積算することを特徴とする出力制御方法。
   
   

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