JP2010157572A

JP2010157572A - 半導体レーザアレイ光量制御回路及びその半導体レーザアレイ光量制御回路を使用した画像形成装置

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Publication number: JP2010157572A
Application number: JP2008334196A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Kamaya; 智彦釜谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP5304235B2

Abstract

【課題】半導体レーザの数が増えた場合にも高精度のＡＰＣを行うことができる半導体レーザアレイ光量制御回路及びその半導体レーザアレイ光量制御回路を使用した画像形成装置を得る。
【解決手段】各半導体レーザＬＤ３１及びＬＤ３２から出力される光量を受光するフォトダイオードＰＤと、入力された自動光量制御信号ＡＰＣ１及びＡＰＣ２に応じて、対応する半導体レーザＬＤ３１及びＬＤ３２から出力される発光量を、フォトダイオードＰＤの出力に応じた所定の発光量に設定する制御を行う自動光量制御回路１０及び２０とを備え、一方の自動光量制御回路が、入力された自動光量制御信号に応じて自動光量制御を行っている間は、他方の自動光量制御回路は、動作を停止して対応する半導体レーザへの電流供給を遮断するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に用いる半導体レーザ駆動回路に関し、特に複数の半導体レーザの光量をフォトダイオードで検出し、所定の光量に制御するための半導体レーザアレイ光量制御回路に関する。

半導体レーザは、小型・安価で電流を流すだけで容易にレーザ光を得ることができるため、プリンタ、光ディスク、光通信等の分野で広く用いられている。
しかしながら、その電流−光量特性は温度依存性を持つため、一定の光量を得るためには特別な光量制御が必要であった。この光量制御はＡＰＣ（Automatic Power Control）と呼ばれている。
ＡＰＣは、半導体レーザの実際の駆動に先立って、半導体レーザを駆動してその発光量をフォトダイオードで受光し、フォトダイオードの出力が所定のレベルになる電流値を記憶手段に記憶しておくことで、安定した発光量を得るように制御するものである。

近年では、書き込み速度の向上に伴って、複数の半導体レーザをアレイ状に配置し、該各半導体レーザを同時に駆動する方式が多くなってきた。このような半導体レーザアレイにはＡＰＣ用のフォトダイオードが組み込まれているが、フォトダイオードの数は半導体レーザの数よりも少ない場合があり、１つのものもある。このようにフォトダイオードが１つである場合にＡＰＣを行うには、半導体レーザを１つずつ駆動して、ＡＰＣを行う必要があった。このような技術としては、例えば、第１の方法として、半導体レーザアレイの内、任意の１つの半導体レーザを対象にＡＰＣを行う際には、他の半導体レーザの駆動回路には低レベル（白レベル）の発光出力となるようなデータ信号を入力するようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。

半導体レーザを駆動する場合は、通常の２つの制御電流を使用している。１つは半導体レーザのしきい値電流に近いバイアス電流であり、もう１つは半導体レーザを所定の光量で発光させるスイッチング電流である。
半導体レーザには発光を開始するしきい値電流があり、半導体レーザは、供給されている電流が該しきい値電流になるまではほとんど発光しない。半導体レーザを駆動する場合、駆動電流を０Ａから発光電流まで急激に増加させても該発光電流がしきい値電流に到達するまでは発光を開始しないため、発光開始が遅れて描画速度が遅くなる。このため、通常、半導体レーザにはしきい値電流に近いバイアス電流を与えておき、実際に発光させる場合は該バイアス電流にスイッチング電流を追加する方法が行われていた。また、前記第１の方法では、ＡＰＣを行う際に、ＡＰＣの対象となっている半導体レーザ以外は、前記スイッチング電流を０Ａにして半導体レーザの光量を白レベルに設定していた。
特開２００２−１７８５５９号公報

しかし、半導体レーザの数が多くなると、バイアス電流でのわずかな発光も加算されてＡＰＣに悪影響を与えるという問題があった。また、１つのフォトダイオードの出力を多くの駆動回路に入力すると、フォトダイオードの入力回路の入力インピーダンスが低下して、検出精度が低下するという問題があった。このような入力インピーダンスの低下を防止するために、場合によっては、フォトダイオードと駆動回路との間に特別な回路を追加することもあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、半導体レーザの数が増えた場合にも高精度のＡＰＣを行うことができる半導体レーザアレイ光量制御回路及びその半導体レーザアレイ光量制御回路を使用した画像形成装置を得ることを目的とする。

この発明に係る半導体レーザアレイ光量制御回路は、複数の半導体レーザを備えた半導体レーザアレイの光量を制御する半導体レーザアレイ光量制御回路において、
前記各半導体レーザから出力された光量を受光する受光素子と、
入力された自動光量制御信号に応じて、対応する前記半導体レーザから出力される発光量を、前記受光素子の出力に応じた所定の発光量に設定する制御を行う各自動光量制御回路と、
を備え、
１つの前記自動光量制御回路が入力された前記自動光量制御信号に応じて自動光量制御を行っている間は、他の前記自動光量制御回路は、動作を停止して対応する前記半導体レーザへの電流供給を遮断するものである。

具体的には、前記各自動光量制御回路は、
対応する前記半導体レーザに前記自動光量制御を行うための前記自動光量制御信号が入力される第１光量制御入力端子と、
他の前記自動光量制御回路への前記自動光量制御信号が入力される１つ以上の第２光量制御入力端子と、
を備え、
前記第２光量制御入力端子のいずれかに前記自動光量制御信号が入力されている場合は、動作を停止すると共に、対応する前記半導体レーザへの電流供給を遮断するようにした。

また、前記各自動光量制御回路は、前記第１光量制御入力端子に入力された前記自動光量制御信号を、他の前記自動光量制御回路の前記第２光量制御入力端子に入力することにより、前記他の自動光量制御回路の動作を禁止して対応する前記半導体レーザへの電流供給を遮断させるようにした。

また、前記各自動光量制御回路は、前記受光素子から出力される光電流が入力される光電流入力端子をそれぞれ備え、他の前記自動光量制御回路が動作を行っている間は、前記光電流入力端子への前記光電流を遮断して該光電流入力端子をハイインピーダンス状態にするようにした。

また、複数の前記自動光量制御回路を有する複数の半導体装置を備え、
前記各半導体装置は、
内蔵する前記各自動光量制御回路をそれぞれ作動させる前記各自動光量制御信号が対応して入力される各第１光量制御入力端子と、
他の前記半導体装置内の前記各自動光量制御回路をそれぞれ作動させる前記各自動光量制御信号が対応して入力される各第２光量制御入力端子と、
を備え、
１つの前記半導体装置に前記自動光量制御信号が入力されて自動光量制御を行っている間、内蔵する他の自動光量制御回路及び他の半導体装置に内蔵されている各自動光量制御回路の動作をそれぞれ禁止して、該動作を禁止した自動光量制御回路に接続されたすべての前記半導体レーザへの電流供給を遮断させるようにした。

この場合、前記各半導体装置は、前記各第２光量制御入力端子のいずれかに前記自動光量制御信号が入力されている場合、内蔵するすべての前記自動光量制御回路の動作を禁止して、該各自動光量制御回路に対応して接続された各半導体レーザへの電流供給をすべて遮断させるようにした。

また、前記各自動光量制御回路は、前記第１光量制御入力端子に入力された前記自動光量制御信号を、他の前記自動光量制御回路の前記第２光量制御入力端子に入力することにより、他の前記自動光量制御回路の動作を禁止して対応する前記半導体レーザへの電流供給をすべて遮断させるようにした。

また、前記各半導体装置は、前記受光素子から出力される光電流が入力される光電流入力端子をそれぞれ備え、他の前記半導体装置内の前記自動光量制御回路が動作を行っている間は、前記光電流入力端子への前記光電流を遮断して該光電流入力端子をハイインピーダンス状態にするようにした。

また、前記各半導体装置は、複数の前記第１光量制御入力端子に入力された前記自動光量制御信号を入力して内部自動光量制御信号を生成する内部自動光量制御信号生成回路をそれぞれ備え、該内部自動光量制御信号生成回路は、複数の前記自動光量制御信号が同時に入力されると、所定の優先順位に従って１つの前記内部自動光量制御信号を生成するようにした。

また、前記内部自動光量制御信号生成回路は、前記自動光量制御信号に対して所定の時間が経過してから前記内部自動光量制御信号を出力するようにした。

また、前記内部自動光量制御信号生成回路は、複数の前記自動光量制御信号が同時に入力されている場合、優先順位の高い前記自動光量制御信号の入力が終了した後、前記所定の時間が経過してから次の前記内部自動光量制御信号を出力するようにした。

また、前記内部自動光量制御信号生成回路は、前記半導体装置と他の前記半導体装置に同時に前記自動光量制御信号が入力された状態から、該他の半導体装置の前記自動光量制御信号がすべてオフした場合は、所定の時間が経過してから前記内部自動光量制御信号を出力するようにした。

また、前記半導体装置は、他の半導体装置と同時に前記自動光量制御信号が入力されると、内蔵するすべての前記自動光量制御回路の動作を禁止して対応する前記半導体レーザへの電流供給をすべて遮断させるようにした。

また、この発明に係る画像形成装置は、前記いずれかに記載の半導体レーザアレイ光量制御回路を有するものである。

本発明の半導体レーザアレイ光量制御回路及びその半導体レーザアレイ光量制御回路を有する画像形成装置によれば、１つの半導体レーザのＡＰＣ中は、他の半導体レーザへのバイアス電流とスイッチング電流の両方を完全に遮断するようにしたことから、従来のように、ＡＰＣ中以外の半導体レーザがバイアス電流によって微点灯し、該微小な発光によりＡＰＣの調整精度が低下することがなく、高精度の電流設定を行うことができ、特に、半導体レーザの数が多い場合は、該微点灯による誤差を無視することができなくなるため有効である。

また、ＡＰＣを行っていない場合には、自動光量制御回路にフォトダイオードを接続するためのＰＤ端子をハイインピーダンス状態になるようにしたことから、従来は必要であったＭＯＳトランジスタを使用するカレントミラー回路が不要になり、ワイヤードオア接続が可能になって、外付け部品の大幅な削減を図ることができ、これに伴って小型化とコストダウンを図ることができる。
更に、ＡＰＣを行う前に遅延時間を設けるようにしたため、連続してＡＰＣを行う場合でも、先のＡＰＣが終了した後、所定の時間が経過してからでないと次のＡＰＣが開始されないため、ＡＰＣの相互干渉を完全になくすことができる。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
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アレイ光量制御回路の回路例を示した図である。
図１の半導体レーザアレイ光量制御回路は、２つの自動光量制御回路１０，２０、半導体レーザアレイ３０、ＰＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２、ＮＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ５、及び調整可能な抵抗Ｒ１，Ｒ２で構成されている。なお、自動光量制御回路１０と２０はまったく同じ回路であることから、図１では自動光量制御回路２０の内部回路を省略して示している。

自動光量制御回路１０は、ＡＰＣ制御回路１１、スイッチング電流生成回路１２、バイアス電流生成回路１３、インバータ回路１４、アンド回路１５，１７、オア回路１６、及びスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２で構成され、ＡＰＣ端子、ＬＤＯＦＦ端子、ＲＰＤ端子、ＰＤ端子、ＬＤ端子、及びＤＡＴＡ端子を備えている。なお、ＡＰＣ端子が第１光量制御入力端子を、ＬＤＯＦＦ端子が第２光量制御入力端子を、ＰＤ端子が光電流入力端子をそれぞれなす。
また、半導体レーザアレイ３０は、２つの半導体レーザＬＤ３１，ＬＤ３２及びフォトダイオードＰＤ３１を備えている。

自動光量制御信号ＡＰＣ１が、自動光量制御回路１０のＡＰＣ端子と、自動光量制御回路２０のＬＤＯＦＦ端子にそれぞれ入力され、自動光量制御信号ＡＰＣ２が、自動光量制御回路１０のＬＤＯＦＦ端子と、自動光量制御回路２０のＡＰＣ端子にそれぞれ入力されている。
自動光量制御回路１０のＤＡＴＡ端子には、半導体レーザの書き込み信号が入力され、自動光量制御回路１０のＲＰＤ端子には、フォトダイオードＰＤ３１の光電流を電圧に変換する抵抗Ｒ１の一端が接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、電源端子Ｖｄｄに接続されている。

自動光量制御回路１０のＰＤ端子には、ＮＭＯＳトランジスタＭ３のドレインが接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ３のソースは接地電圧ＧＮＤに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ３のゲートは、ＮＭＯＳトランジスタＭ４及びＭ５の各ゲートに接続されると共に、ＮＭＯＳトランジスタＭ４のドレインに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＭ４及びＭ５の各ソースはそれぞれ接地電圧ＧＮＤに接続されていることから、ＮＭＯＳトランジスタＭ３〜Ｍ５はカレントミラー回路を形成している。ＮＭＯＳトランジスタＭ４のドレインはＰＭＯＳトランジスタＭ１のドレインに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ１において、ソースは電源電圧Ｖｄｄに接続され、ゲートはＰＭＯＳトランジスタＭ２のゲートに接続されると共にＰＭＯＳトランジスタＭ２のドレインに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＭ２のソースが電源電圧Ｖｄｄに接続されていることから、ＰＭＯＳトランジスタＭ１及びＭ２もカレントミラー回路を形成している。

ＰＭＯＳトランジスタＭ２のドレインはフォトダイオードＰＤ３１のカソードに接続され、ＮＭＯＳトランジスタＭ５のドレインは自動光量制御回路２０のＰＤ端子に接続されている。
自動光量制御回路１０のＬＤ端子には半導体レーザＬＤ３１のアノードが、自動光量制御回路２０のＬＤ端子には半導体レーザＬＤ３２のアノードがそれぞれ接続されている。半導体レーザＬＤ３１及びＬＤ３２の各カソードとフォトダイオードＰＤ３１のアノードは共通接続されて接地電圧ＧＮＤに接続されている。
自動光量制御回路１０において、インバータ回路１４の入力端はＬＤＯＦＦ端子に接続され、インバータ回路１４の出力端からはＬＤＯＦＦＢ信号が出力されている。アンド回路１５において、第１入力端にはＬＤＯＦＦＢ信号が入力され、第２入力端はＡＰＣ端子に接続されており、出力端はＡＰＣ制御回路１１に接続されている。

オア回路１６において、第１入力端はＡＰＣ端子に接続され、第２入力端はＤＡＴＡ端子に接続されており、出力端はアンド回路１７の第２入力端に接続されている。アンド回路１７において、第１入力端にはＬＤＯＦＦＢ信号が入力され、出力端はスイッチＳＷ１１の制御端子に接続されている。
ＡＰＣ制御回路１１は、自動光量制御信号ＡＰＣ１に応じて半導体レーザＬＤ３１の発光量が所定の光量になるように制御を行い、該光量を得るためのバイアス電流とスイッチング電流の値を記憶する働きを行う。
ＡＰＣ制御回路１１において、入力端はＲＰＤ端子とＰＤ端子にそれぞれ接続され、出力端はスイッチング電流生成回路１２とバイアス電流生成回路に１３にそれぞれ接続されている。

バイアス電流生成回路１３は、半導体レーザＬＤ３１のしきい値電流に近いバイアス電流を生成する回路であり、出力端にはスイッチＳＷ１２の一端が接続されている。スイッチＳＷ１２の他端はＬＤ端子に接続され、スイッチＳＷ１２の制御端子にはＬＤＯＦＦＢ信号が入力されている。
スイッチング電流生成回路１２は、半導体レーザＬＤ３１が所定の光量を出力するためのスイッチング電流を生成する回路であり、半導体レーザＬＤ３１は、該スイッチング電流と前記バイアス電流との和電流で所定の光量を出力する。スイッチング電流生成回路１２の出力端はスイッチＳＷ１１の一端に接続され、スイッチＳＷ１１の他端はＬＤ端子に接続されている。

次に、図１の半導体レーザアレイ光量制御回路の動作について説明する。
自動光量制御信号ＡＰＣ２がローレベルのときに、自動光量制御信号ＡＰＣ１がハイレベルになると、自動光量制御回路１０はＡＰＣ動作を開始する。自動光量制御信号ＡＰＣ２がローレベルであるため、ＬＤＯＦＦ端子はローレベルである。該ローレベルの信号がインバータ回路１４で信号レベルが反転されてハイレベルになり、ＬＤＯＦＦＢ信号として出力される。ＬＤＯＦＦＢ信号がハイレベルになると、スイッチＳＷ１２がオンし、オア回路１６の出力端もハイレベルになることから、アンド回路１７の出力信号もハイレベルになり、スイッチＳＷ１１がオンする。更に、アンド回路１５の出力信号もハイレベルになり、ＡＰＣ制御回路１１を作動させる。

ＡＰＣには主に次の３通りの方法がある。
第１の方法として、スイッチング電流を固定しておいて、バイアス電流だけ調整する方法、第２の方法として、バイアス電流を固定しておいて、スイッチング電流だけを調整する方法、及び第３の方法として、バイアス電流とスイッチング電流の両方を調整する方法である。本発明は、このような３通りの各方法すべてに適用することができる。
なお、前記のように、本第１の実施の形態では、ＡＰＣ制御回路１１の出力信号がスイッチング電流生成回路１２とバイアス電流生成回路１３にそれぞれ出力されているが、スイッチング電流だけを調整する場合は、ＡＰＣ制御回路１１からバイアス電流生成回路１３への出力信号は不要である。また、バイアス電流だけを調整する場合は、同様にＡＰＣ制御回路１１からスイッチング電流生成回路１２への出力信号は不要である。

半導体レーザＬＤ３１のＡＰＣ調整を行う場合は、ＡＰＣ２信号がローレベルのときに、ＡＰＣ１信号をハイレベルにする。すると、前記のようにスイッチＳＷ１１とＳＷ１２がそれぞれオンして、半導体レーザＬＤ３１にはバイアス電流とスイッチング電流の和電流が供給されるため、半導体レーザＬＤ３１は発光する。フォトダイオードＰＤ３１は該発光量に比例した光電流を出力し、該光電流は、ＰＭＯＳトランジスタＭ１及びＭ２で構成されたカレントミラー回路と、ＮＭＯＳトランジスタＭ３及びＭ４で構成されたカレントミラー回路とを介してＰＤ端子に供給され、更に、ＲＰＤ端子に接続された抵抗Ｒ１に供給されて、抵抗Ｒ１により電圧に変換される。

ＡＰＣ制御回路１１は、抵抗Ｒ１で変換された電圧を、図示しない基準電圧と比較し、抵抗Ｒ１で変換された電圧が該基準電圧に等しくなるようにバイアス電流とスイッチング電流の和を調整し、その電流値を内蔵する記憶手段に記憶する。
なお、抵抗Ｒ１は調整可能となっており、フォトダイオードＰＤ３１の光電流のバラツキや、前記基準電圧のバラツキを補正することができるようにしている。
スイッチング電流が固定されている場合は、記憶された電流値によってバイアス電流値が決定される。逆に、バイアス電流が固定されている場合は、記憶された電流値によってスイッチング電流値が決定される。更に、精度を上げる場合は、記憶手段を２つ備え、バイアス電流とスイッチング電流の両方を別々に記憶するようにしてもよい。

半導体レーザＬＤ３２のＡＰＣ調整を行う場合は、自動光量制御信号ＡＰＣ１がローレベルのときに、自動光量制御信号ＡＰＣ２をハイレベルにすればよい。前記した半導体レーザＬＤ３１のＡＰＣ調整とまったく同様に調整することができる。更に、自動光量制御信号ＡＰＣ２をハイレベルにすると、自動光量制御回路１０のＬＤＯＦＦ端子がハイレベルになる。すると、インバータ回路１４の出力信号がローレベルになるため、ＬＤＯＦＦＢ信号がローレベルになり、スイッチＳＷ１２がオフする。また、アンド回路１７の出力信号もローレベルになることから、スイッチＳＷ１１もオフする。

この結果、半導体レーザＬＤ３２のＡＰＣ調整を行っている間は、半導体レーザＬＤ３１のバイアス電流とスイッチング電流の両方が完全に遮断されることから、半導体レーザＬＤ３１は完全に消灯する。このため、従来のように、ＡＰＣ中以外の半導体レーザがバイアス電流によって微点灯し、該微小な発光によるＡＰＣの調整精度の低下をなくすことができ、高精度の電流設定を行うことができる。特に、半導体レーザの数が多い場合は、バイアス電流による微点灯に起因する誤差は無視できなくなる。なお、本第１の実施の形態では、半導体レーザアレイ３０内の半導体レーザＬＤ３１及びＬＤ３２の接続がカソードコモンになっているが、アノードコモンの半導体レーザアレイを用いて構成することも可能である。

第２の実施の形態．
図２は、本発明の第２の実施の形態における半導体レーザアレイ光量制御回路の回路例を示した図である。なお、図２では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図２における図１と異なる部分は、ＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ５で形成したカレントミラー回路がなくなった点と、自動光量制御回路１０及び２０内にＰＤ制御回路１８とスイッチＳＷ１３が追加された点である。なお、調整抵抗Ｒ１とＲ２の他端の接続が接地電圧ＧＮＤになっているが、該接続はＰＤ制御回路１８の回路構成で決定されるため、ＰＤ制御回路１８の回路構成によっては、電源電圧Ｖｄｄに接続されることもある。

ＰＤ制御回路１８は、ＡＰＣ制御回路１１の仕様に合うように、フォトダイオードＰＤ３１の光電流を増幅して感度を上げたり、光電流の向きを変えたりするための回路である。スイッチＳＷ１３は、ＰＤ端子とＰＤ制御回路１８の入力端との間に接続され、スイッチＳＷ１３の制御端子にはＬＤＯＦＦＢ信号が入力されている。自動光量制御回路１０におけるＡＰＣ動作は前記第１の実施の形態とまったく同じであるためその説明は省略する。

前記第１の実施の形態との相違点は、自動光量制御回路２０がＡＰＣ動作を行っている場合は、ＬＤＯＦＦＢ信号がローレベルとなってスイッチＳＷ１３がオフすることから、自動光量制御回路１０のＰＤ端子はハイインピーダンス状態になる。このため、フォトダイオードＰＤ３１のカソード接続は、自動光量制御回路１０のＰＤ端子で切り離され、前記第１の実施の形態で必要であったＭＯＳトランジスタを用いたカレントミラー回路が不要になって、ワイヤードオア接続が可能になる点である。なお、ＰＤ制御回路１８は必ずしも必要ではなく、前記第１の実施の形態のＲＰＤ端子とＰＤ端子との間にスイッチＳＷ１３を介挿するようにしても、カレントミラー回路を省略することができる。

第３の実施の形態．
図３は、本発明の第３の実施の形態における半導体レーザアレイ光量制御回路の回路例を示した図である。
図３の半導体レーザアレイ光量制御回路は、２つの半導体装置１００，２００、半導体レーザアレイ３０、及び調整抵抗Ｒ１〜Ｒ４で構成されている。なお、半導体装置１００と２００はまったく同じ回路である。また、図３では、図１又は図２と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。

半導体装置１００は、自動光量制御回路１０，２０、ノア回路１９、ＡＰＣ信号生成回路５０、ＰＤ制御回路１８及びスイッチＳＷ１３で構成されている。また、半導体装置１００は、ＡＰＣ１端子、ＡＰＣ２端子、ＬＤＯＦＦ１端子、ＬＤＯＦＦ２端子、ＲＰＤ１端子、ＲＰＤ２端子、ＰＤ端子、ＬＤ１端子、ＬＤ２端子、ＤＡＴＡ１端子及びＤＡＴＡ２端子を備えている。なお、ＡＰＣ１端子とＡＰＣ２端子が第１光量制御入力端子を、ＬＤＯＦＦ１端子とＬＤＯＦＦ２端子が第２光量制御入力端子をそれぞれなし、ＡＰＣ信号生成回路５０は内部自動光量制御信号生成回路をなしている。また、自動光量制御回路１０と２０はまったく同じ回路をなしている。

半導体レーザアレイ３０は、４つの半導体レーザＬＤ３１〜ＬＤ３４と、１つのフォトダイオードＰＤ３１とを備えている。
半導体レーザＬＤ３１〜ＬＤ３４の各カソードとフォトダイオードＰＤ３１のアノードは共通接続されて接地電圧ＧＮＤに接続されている。自動光量制御信号ＡＰＣ１は、半導体装置１００のＡＰＣ１端子と、半導体装置２００のＬＤＯＦＦ１端子にそれぞれ入力され、自動光量制御信号ＡＰＣ２は、半導体装置１００のＡＰＣ２端子と、半導体装置２００のＬＤＯＦＦ２端子にそれぞれ入力されている。また、自動光量制御信号ＡＰＣ３は、半導体装置１００のＬＤＯＦＦ１端子と、半導体装置２００のＡＰＣ１端子にそれぞれ入力され、自動光量制御信号ＡＰＣ４は、半導体装置１００のＬＤＯＦＦ２端子と、半導体装置２００のＡＰＣ２端子にそれぞれ入力されている。

半導体装置１００のＡＰＣ１端子とＡＰＣ２端子は、ＡＰＣ信号生成回路５０の入力端にそれぞれ接続されている。半導体装置１００のＬＤＯＦＦ１端子及びＬＤＯＦＦ２端子は、ノア回路１９の第１入力端及び第２入力端に対応して接続されている。ノア回路１９の出力端は、ＡＰＣ信号生成回路５０の入力端に接続されると共にスイッチＳＷ１３の制御端子に接続されている。ＲＰＤ１端子と接地電圧ＧＮＤとの間には抵抗Ｒ１が接続され、ＲＰＤ２端子と接地電圧ＧＮＤとの間には抵抗Ｒ３が接続されている。また、ＲＰＤ１端子はＡＰＣ制御回路１１の入力端に接続され、ＲＰＤ２端子はＡＰＣ制御回路２１の入力端に接続されている。

ＰＤ端子にはフォトダイオードＰＤ３１のカソードが接続されると共に、半導体装置１００内のスイッチＳＷ１３を介してＰＤ制御回路１８の入力端に接続されている。ＰＤ制御回路１８の出力端は、ＡＰＣ制御回路１１及び２１の各入力端にそれぞれ接続されている。ＬＤ１端子には半導体レーザＬＤ３１のアノードが接続され、ＬＤ２端子には半導体レーザＬＤ３２のアノードが接続されている。半導体装置２００の接続は、自動光量制御ＡＰＣ１〜ＡＰＣ４以外は半導体装置１００と同様である。

自動光量制御回路１０は、ＡＰＣ制御回路１１、スイッチング電流生成回路１２、バイアス電流生成回路１３、アンド回路１５，１７、オア回路１６及びスイッチＳＷ１１，ＳＷ１２で構成されている。
ＡＰＣ信号生成回路５０からは、自動光量制御回路１０と２０で実際に使用する内部ＡＰＣ信号であるＩＡＰＣ１信号とＩＡＰＣ２信号、及びＡＰＣ動作中に他の自動光量制御回路の動作を禁止するための信号である、ＬＤＯＦＦ１０信号とＬＤＯＦＦ２０信号が出力されている。

ＩＡＰＣ１信号は、アンド回路１５の第２入力端とオア回路１６の第１入力端にそれぞれ入力され、ＬＤＯＦＦ１０信号は、アンド回路１５の第１入力端、アンド回路１７の第１入力端、及びスイッチＳＷ１２の制御端子にそれぞれ入力されている。同様に、ＩＡＰＣ２信号は、アンド回路２５の第２入力端とオア回路２６の第１入力端にそれぞれ入力され、ＬＤＯＦＦ２０信号は、アンド回路２５の第１入力端、アンド回路２７の第１入力端、及びスイッチＳＷ２２の制御端子にそれぞれ入力されている。

アンド回路１５の出力端は、ＡＰＣ制御回路１１の入力端に接続され、ＡＰＣ制御回路１１の出力端は、スイッチング電流生成回路１２とバイアス電流生成回路１３の各入力端にそれぞれ入力されている。スイッチング電流生成回路１２の出力端はスイッチＳＷ１１の一端に接続され、スイッチＳＷ１１の他端はＬＤ１端子に接続されている。バイアス電流生成回路１３の出力端はスイッチＳＷ１２の一端に接続され、スイッチＳＷ１２の他端はＬＤ１端子に接続されている。
オア回路１６の第２入力端はＤＡＴＡ１端子に接続され、オア回路１６の出力端はアンド回路１７の第２入力端に接続されている。アンド回路１７の出力端はスイッチＳＷ１１の制御端子に接続されている。なお、自動光量制御回路２０の接続も自動光量制御回路１０と同様であることから、その説明は省略する。

図４は、図３のＡＰＣ信号生成回路５０の回路例を示した図である。
図４において、ＡＰＣ信号生成回路５０は、４つのアンド回路５３〜５６、ノア回路５７，５８、インバータ回路５９，６０、及び２つの遅延回路５１，５２で構成されている。
アンド回路５３において、第１入力端はＡＰＣ１端子に接続され、第２入力端にはノア回路１９の出力信号であるＬＤＯＦＦＡＬＬ信号が入力され、出力端は遅延回路５１の入力端、アンド回路５４の第２入力端、及びノア回路５７の第１入力端にそれぞれ接続されている。遅延回路５１の出力端はアンド回路５４の第１入力端に接続され、アンド回路５４の出力端からは内部ＡＰＣ信号であるＩＡＰＣ１信号が出力されている。ノア回路５７の第２入力端には、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号をインバータ回路６０で反転した信号が入力されており、ノア回路５７の出力端からＬＤＯＦＦ２０信号が出力されている。

アンド回路５５において、第１入力端にはＡＰＣ１信号をインバータ回路５９で反転した信号が入力され、第２入力端にはＬＤＯＦＦＡＬＬ信号が入力され、第３入力端はＡＰＣ２端子に接続されている。アンド回路５５の出力端は、遅延回路５２の入力端、アンド回路５６の第２入力端、及びノア回路５８の第２入力端にそれぞれ接続され、遅延回路５２の出力端はアンド回路５６の第１入力端に接続されている。アンド回路５６の出力端からは、内部ＡＰＣ信号であるＩＡＰＣ２信号が出力されている。ノア回路５７の第２入力端には、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号をインバータ回路６０で反転した信号が入力されており、出力端からはＬＤＯＦＦ２０信号が出力されている。同様に、ノア回路５８の第１入力端には、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号をインバータ回路６０で反転した信号が入力されており、出力端からはＬＤＯＦＦ１０信号が出力されている。

図５は、図４の半導体レーザアレイ光量制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図５を参照しながら図４の半導体レーザアレイ光量制御回路の動作について説明する。
図５において、まず、時刻ｔ０で自動光量制御信号ＡＰＣ１〜ＡＰＣ４がすべてローレベルである場合の各信号の状態について説明する。ＡＰＣ３信号とＡＰＣ４信号が共にローレベルであるため、ノア回路１９の出力信号であるＬＤＯＦＦＡＬＬ信号はハイレベルである。また、ＡＰＣ１信号がローレベルであることから、アンド回路５３の出力信号はローレベルであり、アンド回路５４の出力信号もローレベルであることから、内部自動制御信号ＩＡＰＣ１はローレベルである。ノア回路５７の第２入力端には、ハイレベルであるＬＤＯＦＦＡＬＬ信号をインバータ回路６０で反転したローレベルが入力されていることから、ノア回路５７の出力信号であるＬＤＯＦＦ２０信号はハイレベルである。

ＡＰＣ２信号がローレベルであることから、アンド回路５５の出力信号はローレベル、アンド回路５６の出力信号もローレベルであり、内部自動制御信号ＩＡＰＣ２はローレベルである。ノア回路５８の第１入力端には、ハイレベルであるＬＤＯＦＦＡＬＬ信号をインバータ回路６０で反転したローレベルが入力されているため、ノア回路５８の出力信号であるＬＤＯＦＦ１０信号はハイレベルである。
このような信号条件では、半導体装置１００内のＡＰＣ制御回路１１及び２１はそれぞれ作動しておらず、スイッチＳＷ１２及びＳＷ２２はそれぞれオンしている。また、スイッチＳＷ１１とＳＷ２１は、ＤＡＴＡ１端子とＤＡＴＡ２端子のデータ信号によってオン／オフ制御される状態になっており、スイッチＳＷ１３はオンしている。

時刻ｔ１で自動光量制御信号ＡＰＣ１がハイレベルになると、アンド回路５３の第１入力端及び第２入力端が共にハイレベルになるため、アンド回路５３の出力信号はハイレベルになる。すると、ノア回路５７の第１入力端がハイレベルになるため、ノア回路５７の出力信号であるＬＤＯＦＦ２０信号がローレベルになる。ＬＤＯＦＦ２０信号がローレベルになると、スイッチＳＷ２２がオフする。また、アンド回路２７の出力信号もローレベルになるため、スイッチＳＷ２１もオフし、ＬＤ２端子へのバイアス電流とスイッチング電流を完全に遮断する。このようなことから、半導体レーザＬＤ３２は完全に消灯するため、半導体レーザＬＤ３１のＡＰＣを行っている自動光量制御回路１０に悪影響を与えることはない。

時刻ｔ１でアンド回路５３の出力信号がハイレベルになると、該信号は遅延回路５１で所定の時間ｔｄ遅延され、時刻ｔ２でアンド回路５４の第１入力端がハイレベルになる。このため、ＡＰＣ１信号がハイレベルになってから所定の時間ｔｄ経過した時刻ｔ２で内部ＡＰＣ信号であるＩＡＰＣ１信号がハイレベルになり、自動光量制御回路１０のＡＰＣ制御回路１１の動作が開始する。
また、ＩＡＰＣ１信号がハイレベルになるとオア回路１６の出力信号はＤＡＴＡ１端子の信号に無関係にハイレベルになるため、アンド回路１７の出力信号がハイレベルとなってスイッチＳＷ１１がオンし、バイアス電流とスイッチング電流がＬＤ１端子を介して半導体レーザＬＤ３１に供給される。なお、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号はハイレベルであることから、スイッチＳＷ１３はオンしており、フォトダイオードＰＤ３１の光電流はＰＤ制御回路１８に入力されている。

時刻ｔ３でＡＰＣ１信号がローレベルに戻ると、アンド回路５３の出力信号がローレベルになるため、アンド回路５４の出力信号もローレベルになりＩＡＰＣ１信号もローレベルに戻って半導体レーザＬＤ３１のＡＰＣが終了する。また、ＬＤＯＦＦ２０信号もハイレベルに戻って、時刻ｔ０と同じ状態になる。
次に、時刻ｔ４でＡＰＣ２信号だけがハイレベルになると、アンド回路５５の出力信号がハイレベルになり、ノア回路５８の出力信号であるＬＤＯＦＦ１０信号がローレベルになり、更に、遅延回路５２で所定の時間ｔｄ遅延され、時刻ｔ５で内部ＡＰＣ信号であるＩＡＰＣ２信号がハイレベルになる。ＩＡＰＣ２信号がハイレベルなると、自動光量制御回路２０のＡＰＣが開始する。各部の動作は、自動光量制御回路１０で説明した動作と同様であるためその説明は省略する。

時刻ｔ６でＡＰＣ２信号がローレベルに戻ると、アンド回路５５の出力信号がローレベルになるため、アンド回路５６の出力信号もローレベルになり、ＩＡＰＣ２信号はローレベルに、ＬＤＯＦＦ１０信号はハイレベルにそれぞれ戻って半導体レーザＬＤ３２のＡＰＣが終了する。
時刻ｔ７でＡＰＣ１信号とＡＰＣ２信号が同時にハイレベルになると、アンド回路５３の出力信号はハイレベルになり、ＬＤＯＦＦ２０信号がローレベルになるが、アンド回路５５の第１入力端はインバータ回路５９の出力信号によってローレベルになるため、アンド回路５５の出力信号はローレベルのままである。このため、内部ＡＰＣ信号はＩＡＰＣ１信号の方が優先され、所定の遅延時間ｔｄが経過した時刻ｔ８でＩＡＰＣ１信号だけがハイレベルになる。ＩＡＰＣ１信号がハイレベルであるときの動作は前記と同様であることからその説明を省略する。

時刻ｔ９でＡＰＣ１信号がローレベルに戻ると、ＩＡＰＣ１信号はローレベルに、ＬＤＯＦＦ２０信号はハイレベルにそれぞれ戻る。しかし、この時点でまだＡＰＣ２信号はハイレベルであるため、アンド回路５５の出力信号はハイレベルになり、ＬＤＯＦＦ１０信号がローレベルになる。更に、所定の遅延時間ｔｄ後の時刻ｔ１０でＩＡＰＣ２信号がハイレベルになり、自動光量制御回路２０のＡＰＣが行われる。
時刻ｔ１１でＡＰＣ２信号がローレベルに戻ると、ＩＡＰＣ２信号もローレベルに戻り、ＬＤＯＦＦ１０信号はハイレベルに戻る。

次に、半導体装置２００がＡＰＣを行っている場合について説明する。
ＡＰＣ３信号又はＡＰＣ４信号がハイレベルになると、半導体装置２００内の自動光量制御回路が動作を行う。
時刻ｔ１２でＡＰＣ３信号又はＡＰＣ４信号がハイレベルになると、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号はローレベルになる。すると、アンド回路５３の第１入力端とアンド回路５５の第２入力端はローレベルになるため、時刻ｔ１３でＡＰＣ１信号が、時刻ｔ１４でＡＰＣ２信号がそれぞれハイレベルになっても、内部ＡＰＣ信号であるＩＰＡＣ１信号とＩＡＰＣ２信号がハイレベルにならないため、半導体装置１００の自動光量制御回路１０及び２０はＡＰＣを行うことはない。

また、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号がローレベルになると、ノア回路５７の第２入力端とノア回路５８の第１入力端がそれぞれハイレベルになるため、ＬＤＯＦＦ１０信号とＬＤＯＦＦ２０信号は共にローレベルになる。この結果、半導体装置１００内のスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１及びＳＷ２２はすべてオフし、ＬＤ１端子及びＬＤ２端子へのバイアス電流及びスイッチング電流の両方とも遮断されるため、半導体装置２００でＡＰＣを行っている場合は、半導体装置１００に接続されている半導体レーザはすべて完全に消灯しており、半導体装置２００のＡＰＣに悪影響を与えることはない。

更に、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号がローレベルであるため、スイッチＳＷ１３もオフしており、フォトダイオードＰＤ３１のアノードと半導体装置１００内のＰＤ制御回路１８の入力端との接続も遮断されるため、フォトダイオードＰＤ３１への余分な回路接続がなくなり、測光精度を損なうことがなく、しかも、前記第１の実施の形態で示したＭＯＳトランジスタＭ１〜Ｍ５によるカレントミラー回路も不要になり、小型化及びローコスト化に大きく貢献することができる。

時刻ｔ１５でＡＰＣ１信号がハイレベルになるが、この時点ではＬＤＯＦＦＡＬＬ信号がローレベルであるため、ＩＡＰＣ１信号はローレベルのままである。
時刻ｔ１６で半導体装置２００のＡＰＣが終了して、ＬＤＯＦＦＡＬＬ信号がハイレベルになると、遅延時間ｔｄ後の時刻ｔ１７でＩＡＰＣ１信号がハイレベルになり、自動光量制御回路１０はＡＰＣを開始する。
このように、半導体装置１００及び２００への自動光量制御信号ＡＰＣ１〜ＡＰＣ４が同時に出力されても、他の半導体装置のＡＰＣ信号がすべてローレベルになった時点で、ＡＰＣを開始することができるため、すべての半導体レーザのＡＰＣを効率よく実行することができる。

なお、半導体装置１００及び２００は、前記のようにまったく同じ回路構成であることから、半導体装置１００がＡＰＣを行っている場合は、半導体装置２００に接続されている半導体レーザＬＤ３３とＬＤ３４への電流供給が完全に遮断され、かつフォトダイオードＰＤ３１と半導体装置２００内のＰＤ制御回路との接続も遮断されていることは言うまでもない。
更に、どちらかの半導体装置がＡＰＣを行っている最中に、他の半導体装置のＡＰＣ信号がハイレベルになると、ＡＰＣを行っていた半導体装置のＡＰＣが停止し、両方の半導体装置のＡＰＣが禁止されるようになるため、ＡＰＣを同時に実行してしまうことによる不具合を回避することができる。

更に、ＡＰＣを行う前に遅延時間ｔｄを設けたため、連続してＡＰＣを行う場合でも、先のＡＰＣが終了した後、所定の時間ｔｄが経過してからでないと次のＡＰＣが開始しないため、ＡＰＣの相互干渉を完全になくすことができる。
なお、前記第３の実施の形態では、半導体装置が２つである場合を例にして説明したが、本発明は、半導体装置が２つである場合に限定するものではなく、３つ以上の半導体装置を使用する場合にも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態における半導体レーザアレイ光量制御回路の回路例を示した図である。本発明の第２の実施の形態における半導体レーザアレイ光量制御回路の回路例を示した図である。本発明の第３の実施の形態における半導体レーザアレイ光量制御回路の回路例を示した図である。図３のＡＰＣ信号生成回路５０の回路例を示した図である。図３の回路の動作例を示したタイミングチャートである。

符号の説明

１０，２０自動光量制御回路
３０半導体レーザアレイ
１１，２１ＡＰＣ制御回路
１２，２２スイッチング電流生成回路
１３，２３バイアス電流生成回路
１８ＰＤ制御回路
５０ＡＰＣ信号生成回路（内部自動光量制御信号生成回路）
１００，２００半導体装置
ＬＤ３１〜ＬＤ３４半導体レーザ
ＰＤ３１フォトダイオード
ＡＰＣ１〜ＡＰＣ４自動光量制御信号
ＩＡＰＣ１，ＩＡＰＣ２内部自動光量制御信号

Claims

複数の半導体レーザを備えた半導体レーザアレイの光量を制御する半導体レーザアレイ光量制御回路において、
前記各半導体レーザから出力された光量を受光する受光素子と、
入力された自動光量制御信号に応じて、対応する前記半導体レーザから出力される発光量を、前記受光素子の出力に応じた所定の発光量に設定する制御を行う各自動光量制御回路と、
を備え、
１つの前記自動光量制御回路が入力された前記自動光量制御信号に応じて自動光量制御を行っている間は、他の前記自動光量制御回路は、動作を停止して対応する前記半導体レーザへの電流供給を遮断することを特徴とする半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各自動光量制御回路は、
対応する前記半導体レーザに前記自動光量制御を行うための前記自動光量制御信号が入力される第１光量制御入力端子と、
他の前記自動光量制御回路への前記自動光量制御信号が入力される１つ以上の第２光量制御入力端子と、
を備え、
前記第２光量制御入力端子のいずれかに前記自動光量制御信号が入力されている場合は、動作を停止すると共に、対応する前記半導体レーザへの電流供給を遮断することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各自動光量制御回路は、前記第１光量制御入力端子に入力された前記自動光量制御信号を、他の前記自動光量制御回路の前記第２光量制御入力端子に入力することにより、前記他の自動光量制御回路の動作を禁止して対応する前記半導体レーザへの電流供給を遮断させることを特徴とする請求項２記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各自動光量制御回路は、前記受光素子から出力される光電流が入力される光電流入力端子をそれぞれ備え、他の前記自動光量制御回路が動作を行っている間は、前記光電流入力端子への前記光電流を遮断して該光電流入力端子をハイインピーダンス状態にすることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
複数の前記自動光量制御回路を有する複数の半導体装置を備え、
前記各半導体装置は、
内蔵する前記各自動光量制御回路をそれぞれ作動させる前記各自動光量制御信号が対応して入力される各第１光量制御入力端子と、
他の前記半導体装置内の前記各自動光量制御回路をそれぞれ作動させる前記各自動光量制御信号が対応して入力される各第２光量制御入力端子と、
を備え、
１つの前記半導体装置に前記自動光量制御信号が入力されて自動光量制御を行っている間、内蔵する他の自動光量制御回路及び他の半導体装置に内蔵されている各自動光量制御回路の動作をそれぞれ禁止して、該動作を禁止した自動光量制御回路に接続されたすべての前記半導体レーザへの電流供給を遮断させることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各半導体装置は、前記各第２光量制御入力端子のいずれかに前記自動光量制御信号が入力されている場合、内蔵するすべての前記自動光量制御回路の動作を禁止して、該各自動光量制御回路に対応して接続された各半導体レーザへの電流供給をすべて遮断させることを特徴とする請求項５記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各自動光量制御回路は、前記第１光量制御入力端子に入力された前記自動光量制御信号を、他の前記自動光量制御回路の前記第２光量制御入力端子に入力することにより、他の前記自動光量制御回路の動作を禁止して対応する前記半導体レーザへの電流供給をすべて遮断させることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各半導体装置は、前記受光素子から出力される光電流が入力される光電流入力端子をそれぞれ備え、他の前記半導体装置内の前記自動光量制御回路が動作を行っている間は、前記光電流入力端子への前記光電流を遮断して該光電流入力端子をハイインピーダンス状態にすることを特徴とする請求項５、６又は７記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記各半導体装置は、複数の前記第１光量制御入力端子に入力された前記自動光量制御信号を入力して内部自動光量制御信号を生成する内部自動光量制御信号生成回路をそれぞれ備え、該内部自動光量制御信号生成回路は、複数の前記自動光量制御信号が同時に入力されると、所定の優先順位に従って１つの前記内部自動光量制御信号を生成することを特徴とする請求項５、６、７又は８記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記内部自動光量制御信号生成回路は、前記自動光量制御信号に対して所定の時間が経過してから前記内部自動光量制御信号を出力することを特徴とする請求項９記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記内部自動光量制御信号生成回路は、複数の前記自動光量制御信号が同時に入力されている場合、優先順位の高い前記自動光量制御信号の入力が終了した後、前記所定の時間が経過してから次の前記内部自動光量制御信号を出力することを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記内部自動光量制御信号生成回路は、前記半導体装置と他の前記半導体装置に同時に前記自動光量制御信号が入力された状態から、該他の半導体装置の前記自動光量制御信号がすべてオフした場合は、所定の時間が経過してから前記内部自動光量制御信号を出力することを特徴とする請求項９、１０又は１１記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
前記半導体装置は、他の半導体装置と同時に前記自動光量制御信号が入力されると、内蔵するすべての前記自動光量制御回路の動作を禁止して対応する前記半導体レーザへの電流供給をすべて遮断させることを特徴とする請求項５、６、７、８、９、１０、１１又は１２記載の半導体レーザアレイ光量制御回路。
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の半導体レーザアレイ光量制御回路を使用した画像形成装置。