JP2020049720A - 発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2020049720A
JP2020049720A JP2018179698A JP2018179698A JP2020049720A JP 2020049720 A JP2020049720 A JP 2020049720A JP 2018179698 A JP2018179698 A JP 2018179698A JP 2018179698 A JP2018179698 A JP 2018179698A JP 2020049720 A JP2020049720 A JP 2020049720A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
light
voltage
thyristor
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018179698A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7119834B2 (ja
Inventor
大野 誠治
Seiji Ono
誠治 大野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP2018179698A priority Critical patent/JP7119834B2/ja
Priority to US16/546,378 priority patent/US10809645B2/en
Publication of JP2020049720A publication Critical patent/JP2020049720A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7119834B2 publication Critical patent/JP7119834B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/04Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material
    • G03G15/04036Details of illuminating systems, e.g. lamps, reflectors
    • G03G15/04045Details of illuminating systems, e.g. lamps, reflectors for exposing image information provided otherwise than by directly projecting the original image onto the photoconductive recording material, e.g. digital copiers
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/04Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material
    • G03G15/04036Details of illuminating systems, e.g. lamps, reflectors
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/04Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material
    • G03G15/043Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for exposing, i.e. imagewise exposure by optically projecting the original image on a photoconductive recording material with means for controlling illumination or exposure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Printers Or Recording Devices Using Electromagnetic And Radiation Means (AREA)
  • Facsimile Heads (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Exposure Or Original Feeding In Electrophotography (AREA)

Abstract

【課題】ゲートの電圧を変更しない場合に比べて、発光サイリスタの発光量が安定するまでの時間を短縮する。【解決手段】発光装置は、アノード、カソード及びゲートを有し、アノードとカソードとが、基準電圧の供給される基準電圧線と、点灯を開始させる点灯開始電圧の供給される点灯電圧線との間に並列接続された複数の発光サイリスタLと、複数の発光サイリスタの内の少なくとも1つの発光サイリスタがオフ状態からオン状態に移行すると、複数の発光サイリスタの各々のゲートの電圧を、点灯開始電圧と発光サイリスタのオン状態電圧との間の電圧に設定するゲート電圧設定手段と、を備える。【選択図】図5

Description

本発明は、発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置に関する。
特許文献1には、それぞれが、オン状態にて点灯する複数の発光素子と、それぞれが、アノード、カソード、第1ゲート、第2ゲートを有し、オン状態にて前記複数の発光素子において点灯する発光素子を指定するとともに、オン状態が順に転送される複数の転送サイリスタと、それぞれが、前記複数の転送サイリスタにおいてオン状態が転送される順で隣接する前後の転送サイリスタにおいて、前の転送サイリスタの前記第2ゲートと後の転送サイリスタの前記第1ゲートとの間に設けられ、当該前の転送サイリスタがオン状態になることによりオン状態になって当該後の転送サイリスタをオン状態に移行可能な状態に設定する複数の直列に接続された三端子スイッチ素子及び抵抗と、前記複数の転送サイリスタが、オン状態の転送される順に循環するように選択されてN個(Nは2以上の整数)の組に分けられ、当該N個の組のそれぞれに属する転送サイリスタの前記カソード又は前記アノードのいずれか一方がそれぞれ接続されたN個の転送信号線と、を備えた発光部品が記載されている。
特許文献2には、それぞれが、アノード及びカソードを有し、オン状態にて、点灯する複数の発光サイリスタと、前記複数の発光サイリスタの前記カソード又は前記アノードのいずれか一方が接続され、当該複数の発光サイリスタが点灯するための電流を供給する点灯信号線と、アノード及びカソードを有し、前記点灯信号線に当該カソード又は当該アノードのいずれか一方が接続され、オン状態にて、前記複数の発光サイリスタにおいて点灯する発光サイリスタに流れる電流を分流する分流サイリスタと、を備え、前記分流サイリスタと前記複数の発光サイリスタの少なくとも1個の発光サイリスタとが並行してオン状態になるように前記点灯信号線の電圧を設定できる発光部品が記載されている。
特開2015−74178号公報 特開2015−74180号公報
複数の発光サイリスタを並列接続し、予め定められた発光サイリスタを点灯させて光源として利用する場合、発光サイリスタからの光量調整は発光量が安定した時間領域における点灯時間の調整で行われる。しかし、並列接続した発光サイリスタによる寄生容量の影響により、点灯を開始してから発光量が安定するまでに時間がかかっていた。
本発明は、ゲートの電圧を変更しない場合に比べて、発光サイリスタの発光量が安定するまでの時間を短縮することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、アノード、カソード及びゲートを有し、当該アノードと当該カソードとが、基準電圧の供給される基準電圧線と、点灯を開始させる点灯開始電圧の供給される点灯電圧線との間に並列接続された複数の発光サイリスタと、複数の前記発光サイリスタの内の少なくとも1つの当該発光サイリスタがオフ状態からオン状態に移行すると、複数の当該発光サイリスタの各々のゲートの電圧を、前記点灯開始電圧と当該発光サイリスタのオン状態電圧との間の電圧に設定するゲート電圧設定手段と、を備える発光装置である。
請求項2に記載の発明は、前記ゲート電圧設定手段は、前記ゲートに設定される前記電圧を、複数の前記発光サイリスタにおけるゲートとカソードとの間の第1の寄生容量と、ゲートとアノードとの間の第2の寄生容量との関係によって設定することを特徴とする請求項1に記載の発光装置である。
請求項3に記載の発明は、前記ゲートに設定される前記電圧は、前記点灯開始電圧と前記オン状態電圧との差が、前記第1の寄生容量と前記第2の寄生容量との比で分圧された値であることを特徴とする請求項2に記載の発光装置である。
請求項4に記載の発明は、前記ゲート電圧設定手段は、前記ゲートに設定される前記電圧を、前記点灯電圧線と前記点灯開始電圧を供給する電源線との間に直列接続され、接続点が当該ゲートに接続された直列抵抗により設定することを特徴とする請求項2に記載の発光装置である。
請求項5に記載の発明は、前記直列抵抗の抵抗値は、前記ゲートに設定される前記電圧を、複数の前記発光サイリスタにおけるゲートとカソードとの間の第1の寄生容量と、ゲートとアノードとの間の第2の寄生容量との比で設定されていることを特徴とする請求項4に記載の発光装置である。
請求項6に記載の発明は、アノード、カソード及びゲートを有し、当該アノードと当該カソードとが、基準電圧の供給される基準電圧線と、点灯を開始させる点灯開始電圧の供給される点灯電圧線との間に並列接続された複数の発光サイリスタと、複数の前記発光サイリスタの各々の前記ゲートの電圧を、オン状態の発光サイリスタのゲートの電圧に追従させて、当該ゲートを疑似的にフロート状態に設定するゲート電圧設定手段と、を備える発光装置である。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置を含む発光部と、前記発光部に含まれる複数の発光サイリスタに各々が接続され、順にオン状態が伝搬する複数の転送素子を含む転送部と、を備え、前記転送部に含まれる転送素子がオン状態になることにより、前記発光部に含まれる発光サイリスタがオン状態に移行可能になることを特徴とする光源装置である。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置を含む発光部と、前記発光部に含まれる複数の発光サイリスタに各々が接続され、順にオン状態が伝搬する複数の転送素子を含む転送部と、前記発光部と前記転送部との間に、当該転送部に含まれる複数の前記転送素子の各々と接続され、且つ、当該発光部に含まれる複数の前記発光サイリスタの各々と接続される複数の設定素子を含む設定部と、を備え、前記設定素子は、接続された転送素子がオン状態になることでオン状態に移行可能になり、オン状態になることで接続された発光サイリスタをオン状態に設定させることを特徴とする発光装置である。
請求項9に記載の発明は、複数の前記発光部と複数の前記設定部とを備え、前記転送部に含まれる前記転送素子は、複数の前記設定部の各々の前記設定素子に接続され、複数の前記設定部の各々の前記設定素子は、複数の前記発光部の各々の発光サイリスタに接続されていることを特徴とする請求項8に記載の発光装置である。
請求項10に記載の発明は、請求項7から9に記載の発光装置と、前記発光装置から出射される光を結像させる光学手段と、を備えるプリントヘッドである。
請求項11に記載の発明は、像保持体と、前記像保持体を帯電する帯電手段と、請求項10に記載のプリントヘッドを備え、前記帯電手段により帯電された前記像保持体を露光する露光手段と、前記露光手段により露光され前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、前記像保持体に現像された画像を被転写体に転写する転写手段と、を備える画像形成装置である。
請求項1の発明によれば、ゲートの電圧を変更しない場合に比べて、発光サイリスタの発光量が安定するまでの時間が短縮できる。
請求項2の発明によれば、寄生容量の関係で設定しない場合に比べ、ゲート電圧の設定が容易になる。
請求項3の発明によれば、寄生容量の比で設定しない場合に比べ、ゲート電圧の設定がさらに容易になる。
請求項4の発明によれば、直列抵抗により設定しない場合に比べ、回路構成が複雑になることが抑制される。
請求項5の発明によれば、寄生容量の比で直列抵抗を設定しない場合に比べ、回路設計がしやすくなる。
請求項6の発明によれば、フロート状態にしない場合に比べ、発光サイリスタの発光量が安定するまでの時間が短縮できる。
請求項7の発明によれば、転送部を備えない場合に比べ、発光装置の駆動が容易になる。
請求項8の発明によれば、点灯信号を変化させる場合に比べ、点灯制御が容易になる。
請求項9の発明によれば、複数の設定素子に接続されていない場合に比べ、発光サイリスタの点灯が高速制御される。
請求項10の発明によれば、ゲートの電圧を変更しない場合に比べて、プリントヘッドの発光量が安定するまでの時間が短縮できる。
請求項11の発明によれば、ゲートの電圧を変更しない場合に比べて、画像形成の時間が短縮できる。
第1の実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成の一例を示した図である。 プリントヘッドの構成を示した断面図である。 第1の実施の形態が適用される発光装置の一例の上面図である。 第1の実施の形態が適用される発光チップの構成、発光装置の信号発生回路の構成及び回路基板上の配線(ライン)の構成の一例を示す図である。 第1の実施の形態が適用される発光チップの構成を説明する等価回路図の一例である。 発光チップにおける転送サイリスタ及び結合トランジスタの部分を説明する図である。(a)は、等価回路、(b)は、断面構造である。 発光チップの動作を説明するタイミングチャートである。 比較例として示す発光チップの構成を説明する等価回路図の一例である。 比較例として示す発光チップの発光サイリスタの部分(発光部)の等価回路である。(a)は、発光サイリスタを個別に示す等価回路、(b)は、発光サイリスタを集約した等価回路である。 比較例として示す発光チップにおける発光サイリスタを点灯させる前後の動作を説明する図である。(a)は、点灯前の状態、(b)は、点灯直後の状態、(c)は、定常状態、(d)は、発光電流の時間に対する変化を示す。 第1の実施の形態が適用される発光チップの発光サイリスタの部分(発光部)の等価回路である。(a)は、発光サイリスタを個別に示す等価回路、(b)は、発光サイリスタを集約した等価回路である。 第1の実施の形態が適用される発光チップにおける発光サイリスタを点灯させる前後の動作を説明する図である。(a)は、点灯前の状態、(b)は、点灯直後の状態、(c)は、定常状態、(d)は、発光電流の時間に対する変化を示す。 露光に使用可能な範囲を説明する図である。(a)は、第1の実施の形態が適用される発光チップの場合、(b)は、比較例として示す発光チップの場合である。 発光チップの変形例である発光チップの構成を説明する等価回路図の一例である。 発光チップの他の変形例である発光チップの構成を説明する等価回路図の一例である。 第2の実施の形態が適用される発光チップの構成を説明する等価回路図の一例である。 発光チップの動作を説明するタイミングチャートである。 比較例として示す発光チップの構成を説明する等価回路図の一例である。 比較例として示す発光チップにおける発光サイリスタを点灯させる前後の動作を説明する図である。(a)は、点灯前の状態、(b)は、点灯直後の状態、(c)は、定常状態、(d)は、発光電流の時間に対する変化を示す。 第2の実施の形態が適用される発光チップにおける発光サイリスタを点灯させる前後の動作を説明する図である。(a)は、点灯前の状態、(b)は、点灯直後の状態、(c)は、定常状態、(d)は、発光電流の時間に対する変化を示す。
電子写真方式を採用した、プリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、帯電された感光体上に、画像情報を光記録手段により予め定められた波長の光を照射することにより静電潜像を得た後、この静電潜像にトナーを付加して可視化し、記録用紙上に転写して定着することによって画像形成が行われる。かかる光記録手段として、レーザを用い、主走査方向にレーザ光を走査させて露光する光走査方式の他、近年では、装置の小型化の要請を受けて発光素子としての発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を主走査方向に複数、配列して発光素子アレイとしたLEDプリントヘッド(LPH:LED Print Head)を用いた記録装置が採用されている。
また、基板上に複数の発光素子が列状に設けられ、順次点灯制御される自己走査型発光素子アレイ(SLED)を搭載する発光チップでは、発光素子として発光サイリスタが使用されている。
以下に述べるサイリスタとは、アノード、カソード、及び少なくとも1つのゲートを有し、一定以上の電圧がゲートに印加されている状態でアノードとカソードとの間に電圧が印加されることによりオン状態となり、保持電流以上の電流がアノードとカソード間に流れている間はオン状態を維持する素子である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
(画像形成装置1)
図1は、第1の実施の形態が適用される画像形成装置1の全体構成の一例を示した図である。図1に示す画像形成装置1は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置である。この画像形成装置1は、画像形成プロセス部10と、画像出力制御部30と、画像処理部40とを備える。画像形成プロセス部10は、各色の画像データに対応して画像形成を行なう。画像出力制御部30は、画像形成プロセス部10を制御する。画像処理部40は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置3に接続され、これらから受信された画像データに対して予め定められた画像処理を施す。
画像形成プロセス部10は、予め定められた間隔を置いて並列に配置される複数のエンジンを含む画像形成ユニット11を備える。この画像形成ユニット11は、一例として4つの画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kから構成されている。画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kは、それぞれ、感光体ドラム12と帯電器13とプリントヘッド14と現像器15とを備える。感光体ドラム12は、像保持体の一例であって、静電潜像を形成してトナー像を保持する。帯電器13は、帯電手段の一例であって、感光体ドラム12の表面を予め定められた電圧で帯電する。プリントヘッド14は、露光手段の一例であって、帯電器13によって帯電された感光体ドラム12を露光する。現像器15は、現像手段の一例であって、プリントヘッド14によって得られた静電潜像を現像する。
画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kは、それぞれがイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)のトナー像を形成する。
また、画像形成プロセス部10は、用紙搬送ベルト21と駆動ロール22と転写ロール23と定着器24とを備える。用紙搬送ベルト21は、各画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kの感光体ドラム12にて形成された各色のトナー像を被転写体の一例としての記録用紙25に多重転写させるために、この記録用紙25を搬送する。駆動ロール22は、用紙搬送ベルト21を駆動させるロールである。転写ロール23は、感光体ドラム12のトナー像を記録用紙25に転写させる。定着器24は、転写手段の一例であって、記録用紙25にトナー像を定着させる。
この画像形成装置1において、画像形成プロセス部10は、画像出力制御部30から供給される各種の制御信号に基づいて画像形成動作を行う。そして、画像出力制御部30による制御の下で、パーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置3から受信された画像データは、画像処理部40によって画像処理が施され、画像形成ユニット11に供給される。そして、例えば黒(K)色の画像形成ユニット11Kでは、感光体ドラム12が矢印a方向に回転しながら、帯電器13により予め定められた電圧に帯電され、画像処理部40から供給された画像データに基づいて発光するプリントヘッド14により露光される。これにより、感光体ドラム12上には、黒(K)色画像に関する静電潜像が形成される。そして、感光体ドラム12上に形成された静電潜像は現像器15により現像され、感光体ドラム12上には黒(K)色のトナー像が形成される。画像形成ユニット11Y、11M、11Cにおいても、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色トナー像が形成される。
各画像形成ユニット11で形成された感光体ドラム12上の各色トナー像は、矢印b方向に移動する用紙搬送ベルト21の移動に伴って供給された記録用紙25に、転写ロール23に印加された転写電界により、順次静電転写され、記録用紙25上に各色トナーが重畳された合成トナー像が形成される。
その後、合成トナー像が静電転写された記録用紙25は、定着器24まで搬送される。定着器24に搬送された記録用紙25上の合成トナー像は、定着器24によって熱及び圧力による定着処理を受けて記録用紙25上に定着され、画像形成装置1から排出される。
(プリントヘッド14)
図2は、プリントヘッド14の構成を示した断面図である。プリントヘッド14は、ハウジング61と光出射装置65とロッドレンズアレイ64を備える。光出射装置65は、発光手段の一例であって、複数の発光素子(第1の実施の形態では、発光サイリスタ)を有する光源部63を備える。ロッドレンズアレイ64は、光学手段の一例であって、光源部63から出射された光を感光体ドラム12の表面に結像させて感光体ドラム12を露光する。
光出射装置65は、前述した光源部63、光源部63を駆動する信号発生回路110(後述の図3参照)等を搭載する回路基板62を備えている。
ハウジング61は、例えば金属で形成され、回路基板62及びロッドレンズアレイ64を支持し、光源部63の発光素子の光を出射する面である発光面がロッドレンズアレイ64の焦点面となるように設定されている。また、ロッドレンズアレイ64は、感光体ドラム12の軸方向(主走査方向であって、後述する図3、図4(b)のX方向)に沿って配置されている。
(光出射装置65)
図3は、第1の実施の形態が適用される光出射装置65の一例の上面図である。
図3に示す光出射装置65における光源部63は、回路基板62上に、一例として20個の発光チップU1〜U20を備える。そして、発光チップU1〜U20は、主走査方向であるX方向に二列に千鳥に配置して構成されている。発光チップUは、光源装置の一例である。
本明細書では、「〜」は、番号によってそれぞれが区別された複数の構成要素を示すもので、「〜」の前後に記載されたもの及びその間の番号のものを含むことを意味する。例えば、発光チップU1〜U20は、発光チップU1から番号順に発光チップU20までを含む。
発光チップU1〜U20の構成は同じであってよい。よって、発光チップU1〜U20をそれぞれ区別しないときは、発光チップUと表記する。なお、第1の実施の形態では、発光チップUの数として、合計20個を用いたが、これに限定されない。
光出射装置65は、光源部63を駆動する信号発生回路110を備える。信号発生回路110は、例えば集積回路(IC)などで構成されている。なお、光出射装置65が信号発生回路110を搭載していなくともよい。このときは、信号発生回路110は、光出射装置65の外部に設けられ、発光チップU1〜U20を制御する制御信号などを、ケーブルなどを介して供給する。ここでは、光出射装置65は信号発生回路110を備えているとして説明する。
発光チップU1〜U20の配列についての詳細は後述する。
図4は、第1の実施の形態が適用される発光チップUの構成、光出射装置65の信号発生回路110の構成及び回路基板62上の配線(ライン)の構成の一例を示す図である。図4(a)は発光チップUの構成を示し、図4(b)は光出射装置65の信号発生回路110の構成及び回路基板62上の配線(ライン)の構成を示している。
はじめに、図4(a)に示す発光チップUの構成を説明する。
発光チップUは、一例として表面形状が長方形である半導体の基板80上に設けられた半導体積層体(後述する図6参照)により構成されている。そして、基板80の表面において、一長辺側に長辺に沿って列状に設けられた複数の発光素子(第1の実施の形態では、発光サイリスタL1、L2、L3、…)から構成される発光部102を備えている。さらに、発光チップUは、基板80の表面の長辺方向の両端部に、各種の制御信号等を取り込むための複数のボンディングパッドである端子(φ1端子、φ2端子、Vg端子、VI端子、φWa端子、φWb端子及びφR端子)を備える。なお、これらの端子は、基板80の一端部からφWa端子、φ1端子、VI端子及びVg端子の順に設けられ、基板80の他端部からφR端子、φWb端子及びφ2端子の順に設けられている。そして、発光部102は、Vg端子とφ2端子との間に設けられている。さらに、基板80の裏面にはVsub端子として裏面電極85(後述する図6参照)が設けられている。
なお、「列状」とは、図4(a)に示したように複数の発光素子が一直線上に配置されている場合に限らず、複数の発光素子のそれぞれの発光素子が、列方向と直交する方向に対して、互いに異なるずれ量を有して配置されていてもよい。例えば、発光素子の発光面を画素としたとき、それぞれの発光素子が、列方向と直交する方向に数画素分又は数十画素分のずれ量をもって配置されていてもよい。また、隣接する発光素子間で交互に、又は複数の発光素子毎に、ジグザグに配置されていてもよい。
次に、図4(b)により、光出射装置65の信号発生回路110の構成及び回路基板62上の配線(ライン)の構成を説明する。
前述したように、光出射装置65の回路基板62には、信号発生回路110及び20個の発光チップUが搭載され、信号発生回路110と各発光チップUとを接続する配線(ライン)が設けられている。なお、図4(b)では、発光チップU1〜U9までを示している。
まず、信号発生回路110の構成について説明する。
信号発生回路110は、画像出力制御部30及び画像処理部40(図1参照)より、画像処理された画像データ及び各種の制御信号を受信する。信号発生回路110は、これらの画像データ及び各種の制御信号に基づいて、画像データの並び替えや光量の補正等を行う。
そして、信号発生回路110は、転送信号発生部120と、設定信号発生部130と、消灯信号発生部140と、点灯電圧供給部150と、基準電圧供給部160と、電源電圧供給部170とを備える。
転送信号発生部120は、各種の制御信号に基づき、転送信号φ1、φ2を、各発光チップUに送信する。転送信号φ1、φ2は、全発光チップUに共通に送信される。つまり、20個の発光チップUは、並行に動作する。なお、転送信号φ1、φ2をそれぞれ区別しないときは転送信号と表記することがある。
設定信号発生部130は、画像データ及び各種の制御信号に基づき、発光チップU1〜U20における発光素子を点灯対象に設定する設定信号φWa1、φWb1、φWa2、φWb2、…、φWa20、φWb20を、発光チップU1〜U20に送信する。ここでは、発光チップU1に対して、2個の設定信号φWa1、φWb1を送信する。他の発光チップU2〜U20についても同様である。なお、発光チップU毎に区別しない場合には、設定信号φWa、φWbと表記する。よって、設定信号発生部130は、20個の設定信号φWaと、20個の設定信号φWbとを送信する。さらに、設定信号φWaと設定信号φWbとを区別しない場合には、設定信号φWと表記することがある。
消灯信号発生部140は、点灯状態(発光状態又はオン状態と表記することもある。)にある発光素子を消灯状態(非点灯状態、非発光状態又はオフ状態と表記することがある。)に設定する消灯信号φRを送信する。消灯信号φRは、各発光チップUに共通に送信される。つまり、20個の発光チップUは、一斉に消灯状態に移行する。
点灯電圧供給部150は、発光素子に点灯のための電流を供給するための点灯電圧VIを各発光チップUに共通に供給する。
基準電圧供給部160は、接地電圧(GND)など、電圧の基準となる基準電圧Vsubを各発光チップUに共通に供給する。
電源電圧供給部170は、各発光チップUを駆動する電源電圧Vgを各発光チップUに共通に供給する。
次に、発光チップU1〜U20の配列について説明する。
奇数番号の発光チップU1、U3、U5、…は、それぞれにおける基板80の長辺方向に間隔を設けて一列に配列されている(図4の上側)。偶数番号の発光チップU2、U4、U6、…も、同様にそれぞれの基板80の長辺方向に間隔を設けて一列に配列されている(図4の下側)。そして、奇数番号の発光チップU1、U3、U5、…と偶数番号の発光チップU2、U4、U6、…とは、発光チップUに設けられた発光部102側の長辺が向かい合うように、互いに180°回転した状態で千鳥に配列されている。そして、発光チップU間においても発光素子が主走査方向(X方向)に予め定められた間隔で並ぶように設定されている。なお、図4(b)の発光チップU1、U2、U3、…には、図4(a)に示した発光部102の発光素子の並び(第1の実施の形態における発光サイリスタL1、L2、L3、…の番号順)の方向を矢印で示している。
信号発生回路110と発光チップU1〜U20とを接続する配線(ライン)について説明する。
回路基板62には、基準電圧供給部160と各発光チップUの基板80裏面に設けられたVsub端子である裏面電極85(後述の図6参照)とを接続する電源ライン200aが設けられている。電源ライン200aは、基準電圧供給部160から各発光チップUに基準電圧Vsubを供給する。
また、回路基板62には、電源電圧供給部170と各発光チップUに設けられたVg端子とを接続する電源ライン200bが設けられている。電源ライン200bは、電源電圧供給部170から各発光チップUに電源電圧Vgを供給する。
そして、回路基板62には、転送信号発生部120と各発光チップUのφ1端子と接続する転送信号ライン201と、転送信号発生部120と各発光チップUのφ2端子と接続する転送信号ライン202とが設けられている。転送信号ライン201は、転送信号発生部120から各発光チップUに転送信号φ1を送信し、転送信号ライン202は、転送信号発生部120から各発光チップUに転送信号φ2を送信する。
さらに、回路基板62には、設定信号発生部130と発光チップU1のφWa端子及びφWbとを各々接続する設定信号ライン203a−1、203b−1が設けられている。設定信号ライン203a−1、203b−1は、設定信号発生部130から発光チップU1に設定信号φWa1、φWb1を送信する。なお、他の発光チップU2〜U20に対しても同様である。つまり、設定信号φWa1〜φWa20を送信する設定信号ライン203a−1〜203a−20と、設定信号φWb1〜φWb20を送信する設定信号ライン203b−1〜203b−20が設けられている。
そして、回路基板62には、消灯信号発生部140と各発光チップUのφR端子と接続する消灯信号ライン204が設けられている。消灯信号ライン204は、消灯信号発生部140から各発光チップUに消灯信号φRを送信する。
さらに、回路基板62には、点灯電圧供給部150と各発光チップUのVI端子とを接続する点灯電圧供給ライン205が設けられている。点灯電圧供給ライン205は、点灯電圧供給部150から各発光チップUに点灯電圧VIを供給する。
基準電圧Vsub、電源電圧Vg、点灯電圧VIは、回路基板62上の各発光チップUに共通に供給される。転送信号φ1、φ2及び消灯信号φRも、各発光チップUに共通(並列)に送信される。
一方、設定信号φWa、φWbは、各発光チップUに個別に送信される。
なお、光出射装置65が信号発生回路110を備えない場合には、回路基板62上に設けられた電源ライン200a、200b、転送信号ライン201、202、設定信号ライン203a−1、203b−1〜203a−20、203b−20、消灯信号ライン204及び点灯電圧供給ライン205は、信号発生回路110の代わりに設けられたコネクタなどに接続される。そして、これらのラインは、コネクタなどに接続されるケーブルにより、回路基板62の外部に設けられた信号発生回路110に接続される。
(発光チップU)
図5は、第1の実施の形態が適用される発光チップUの構成を説明する等価回路図の一例である。図5において、以下で説明する各素子は、広く用いられる回路記号にて表記している。なお、各端子(φ1端子、φ2端子、φWa端子、φR端子、VI端子、Vg端子)の位置は、図4(a)と異なるが、説明の便宜上、図中左端に示している。そして、Vsub端子は、裏面電極85として基板80の裏面に設けられている。
ここでは、信号発生回路110との関係において発光チップU1を例に、発光チップUを説明する。そこで、図5では発光チップU1(U)と表記するが、以下では、発光チップUと表記する。他の発光チップU2〜U20の構成は、発光チップU1と同じである。
発光チップUは、発光サイリスタL1、L2、L3、…、転送サイリスタT1、T2、T3、…、結合トランジスタQt1、Qt2、Qt3、…、設定サイリスタW1、W2、W3、…、設定トランジスタQw1、Qw2、Qw3、…を備える。図5において、左側から、番号を付している。なお、発光サイリスタL1、L2、L3、…をそれぞれ区別しない場合には、発光サイリスタLと表記する。他についても同様とする。転送サイリスタT、結合トランジスタQt、設定サイリスタW、設定トランジスタQwは、発光サイリスタLの配列(図4(a)参照)に沿って、配列されている。
転送サイリスタT及び結合トランジスタQtを含む部分が、転送部101、発光サイリスタLを含む部分が、発光部102、設定サイリスタW及び設定トランジスタQwを含む部分が設定部103である。転送サイリスタTが転送素子の一例であり、設定サイリスタWが、設定素子の一例である。第1の実施の形態においては、発光部102に含まれる発光サイリスタLと抵抗RI1、RI2、Rd1a、Rd2a、Rd1b、Rd2b、抵抗Rnによって、発光装置が構成されている。
そして、発光チップUは、消灯サイリスタRT1、RT2を備える。なお、消灯サイリスタRT1、RT2をそれぞれ区別しない場合には、消灯サイリスタRTと表記する。
さらに、発光チップUは、複数の抵抗を備える。なお、抵抗については、発光サイリスタL1、L2、L3、…などの区別する番号を付さない。
発光サイリスタL、転送サイリスタT、設定サイリスタW、消灯サイリスタRTは、pnpn構造を有するサイリスタである。転送サイリスタTは、転送サイリスタT1に示すようにアノード、第1ゲートGtf、第2ゲートGts、カソードを有する4端子素子である。なお、図5においては、第1ゲートGtfを(Gtf)と表記する。他についても同様である。また、同等の他の素子には符号を付していない。他についても同様である。
設定サイリスタWは、設定サイリスタW1に示すようにアノード、第1ゲートGwf、第2ゲートGws、カソードを有する4端子素子である。一方、発光サイリスタLは、発光サイリスタL1に示すようにアノード、ゲートGl、カソードを有する3端子素子である。同様に、消灯サイリスタRTは、消灯サイリスタRT1に示すように、アノード、ゲートGr、カソードを有する3端子素子である。
結合トランジスタQt及び設定トランジスタQwは、pnpバイポーラトランジスタである。奇数番号の結合トランジスタQtは、結合トランジスタQt1に示すようにエミッタE、ベースB、第1コレクタCf、第2コレクタCsを有する4端子素子である。偶数番号の結合トランジスタQtは、結合トランジスはQt2に示すように、エミッタE、ベースB、コレクタCを有する3端子素子である。つまり、奇数番号の結合トランジスタQtは、マルチコレクタであり、偶数番号の結合トランジスタQtは、シングルコレクタである。
また、設定トランジスタQwは、設定トランジスタQw1に示すように、エミッタE、ベースB、コレクタCを有する3端子素子である。よって、設定トランジスタQwも、シングルコレクタである。
そして、発光チップUは、上記の素子を接続する複数の配線を備える。
発光チップUは、Vg端子に接続された電源線71を備える。電源線71には、電源電圧供給部170から、電源ライン200bにより接続されたVg端子を介して電源電圧Vgが供給される。
発光チップUは、φ1端子、φ2端子に各々抵抗R1、R2を介して接続された転送信号線72a、72bを備える。φ1端子、φ2端子には、転送信号発生部120から、転送信号ライン201、202を介して転送信号φ1、φ2が各々送信される。また、発光チップUは、φWa端子、φWb端子に各々抵抗R3、R4を介して接続された設定信号線73a、73bを備える。φWa端子、φWb端子には、設定信号発生部130から、設定信号ライン203a−1、203b−1により設定信号φWa1、φWb1が送信される。
抵抗R1、R2、R3、R4は、電圧を維持するために設けられた電流制限抵抗である。
また、発光チップUは、各発光サイリスタLのゲートに抵抗Rnを介して接続された電圧設定線74a、74bを備える。電圧設定線74a、74bは、複数の抵抗を介して電源線71及び後述する点灯信号線75a、75bと接続されている。電圧設定線74a、74bは、オフ状態の発光サイリスタLのゲートの電圧を設定する。
そして、発光チップUは、VI端子に抵抗RI1、RI2を各々介して接続された点灯信号線75a、75bを備える。VI端子には、点灯電圧供給部150から点灯電圧VIが供給される。点灯信号線75a、75bは、点灯電圧線の一例であって、点灯電圧VIは、点灯開始電圧の一例である。
さらに、発光チップUは、φR端子に抵抗Rr1、Rr2を介して各々接続された消灯信号線76a、76bを備える。φR端子には、消灯信号発生部140から消灯信号ライン204により消灯信号φRが送信される。
そして、発光チップUは、基板80の裏面電極85にVsub端子を備える。Vsub端子には、基準電圧供給部160から電源ライン200aにより基準電圧Vsubが供給される。Vsub端子は、基準電圧線の一例である。
次に、接続関係を説明する。
結合トランジスタQtは、番号順に並べられた転送サイリスタTを2つペアにした間に設けられている。まず、奇数番号の転送サイリスタTに接続された奇数番号の結合トランジスタQtを、転送サイリスタT1と結合トランジスタQt1とで説明する。なお、奇数番号の結合トランジスタQtは、前述したようにマルチコレクタである。
転送サイリスタT1を説明する。アノードは、基準電圧Vsubに設定されている。第1ゲートGtfは、抵抗Rgを介して電源線71に接続されている。また、第2ゲートGtsは、結合トランジスタQt1のベースBに接続されている。よって、図5では、(Gts/B)と表記する。カソードは、転送信号線72aに接続されている。
結合トランジスタQt1を説明する。エミッタEは、基準電圧Vsubに設定されている。第1コレクタCfは、抵抗Rwを介して、電源線71に接続されるとともに、設定サイリスタW1、W2の第1ゲートGwfに接続されている。第2コレクタCsは、結合抵抗Rcを介して、転送サイリスタT2の第1ゲートGtfに接続されている。
次に、偶数番号の転送サイリスタTに接続された偶数番号の結合トランジスタQtを、転送サイリスタT2と結合トランジスタQt2とで説明する。なお、偶数番号の結合トランジスタQtは、シングルコレクタである。
転送サイリスタT2を説明する。アノードは、基準電圧Vsubに設定されている。第1ゲートGtfは、抵抗Rgを介して電源線71に接続されている。第2ゲートGtsは、結合トランジスタQt2のベースBに接続されている。カソードは、転送信号線72bに接続されている。
結合トランジスタQt2を説明する。エミッタEは、基準電圧Vsubに設定されている。コレクタCは、結合抵抗Rcを介して、転送サイリスタT3の第1ゲートGtfに接続されている。
以下は、繰り返しとなる。つまり、転送サイリスタTは、アノードが基準電圧Vsubに設定されている。第1ゲートGtfが抵抗Rgを介して電源線71に接続されている。第2ゲートGtsが結合トランジスタQtのベースBに接続されている。奇数番号の転送サイリスタTは、カソードが転送信号線72aに接続され、偶数番号の転送サイリスタTは、カソードが転送信号線72bに接続されている。
そして、結合トランジスタQtは、エミッタEが基準電圧Vsubに設定されている。マルチコレクタである奇数番号の結合トランジスタQtは、第1コレクタCfが抵抗Rwを介して電源線71に接続されるとともに、2個の設定サイリスタWの第1ゲートGwfに接続されている。そして、第2コレクタCsが結合抵抗Rcを介して隣接する次の番号(偶数番号)の転送サイリスタTの第1ゲートGtfに接続されている。
一方、シングルコレクタである偶数番号の結合トランジスタQtは、コレクタCが結合抵抗Rcを介して隣接する次の番号(奇数番号)の転送サイリスタTの第1ゲートGtfに接続されている。
以上のように、奇数番号の結合トランジスタQtに、2個の設定サイリスタW(奇数番号の設定サイリスタWと偶数番号の設定サイリスタW)が接続されている。そして、各設定サイリスタWの各々に設定トランジスタQwが設けられている。つまり、1個の設定サイリスタWと1個の設定トランジスタQwとが組になっている。設定トランジスタQwは、シングルコレクタである。
まず、設定サイリスタWを説明する。アノードは、基準電圧Vsubに設定されている。前述したように、第1ゲートGwfは、奇数番号の結合トランジスタQtの第1コレクタCfに接続されるとともに、抵抗Rwを介して電源線71に接続されている。そして、第2ゲートGwsは、組を構成する設定トランジスタQwのベースBに接続されている。また、奇数番号の設定サイリスタWのカソードは、設定信号線73aに接続され、偶数番号の設定サイリスタWのカソードは、設定信号線73bに接続されている。
次に、設定トランジスタQwを説明する。エミッタEは、基準電圧Vsubに設定されている。ベースBは、前述したように、設定サイリスタWの第2ゲートGwsに接続されている。コレクタCは、発光サイリスタLのゲートGlに接続されている。
次に、発光サイリスタLを説明する。アノードは、基準電圧Vsubに設定されている。ゲートGlは、前述したように、設定トランジスタQwのコレクタCに接続されている。
偶数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rnを介して電圧設定線74aに接続され、奇数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rnを介して電圧設定線74bに接続されている。また、奇数番号の発光サイリスタLのカソードは、点灯信号線75aに接続され、偶数番号の発光サイリスタLのカソードは、点灯信号線75bに接続されている。
そして、消灯サイリスタRTを説明する。アノードは、基準電圧Vsubに設定されている。消灯サイリスタRT1のゲートGrは、点灯信号線75aに接続され、消灯サイリスタRT2のゲートGrは、点灯信号線75bに接続されている。消灯サイリスタRT1のカソードは、消灯信号線76aに接続され、消灯サイリスタRT2のカソードは、消灯信号線76bに接続されている。
そして、スタート抵抗Rsについて説明する。一方が、転送サイリスタT1の第1ゲートGtfに接続され、他方が、端子φ2と抵抗R2との間に接続されている。
次に、電圧設定線74a、74bと点灯信号線75a、75bとの接続関係を説明する。
点灯信号線75aと点灯電圧VIが供給されるVI端子との間に設けられた抵抗RI1には、直列接続された抵抗Rd1a、Rd2aとが並列に接続されている。同様に、点灯信号線75bと点灯電圧VIが供給されるVI端子との間に設けられた抵抗RI2には、直列接続された抵抗Rd1b、Rd2bとが並列に接続されている。そして、直列接続された抵抗Rd1a、Rd2aの接続点が電圧設定線74aに接続されている。同様に、直列接続された抵抗Rd1b、Rd2bの接続点が電圧設定線74bに接続されている。
抵抗Rd1a、Rd2a、Rd1b、Rd2bは、ゲート電圧設定手段の一例である。
上記した、抵抗R1、R2、R3、R4、Rg、Rw、Rn、RI1、RI2、Rd1a、Rd2a、Rd1b、Rd2b、Rr1、Rr2は、電流を制限して、前後の配線の電圧を維持する電流制限抵抗である。
発光サイリスタLの数は、予め定められた個数とすればよい。ここでは一例として、発光サイリスタLの数を例えば512個とすると、設定サイリスタW、設定トランジスタQw、転送サイリスタTの各々の数も、512個である。同様に、抵抗Rg、Rnの各々の数も512個である。しかし、結合トランジスタQtの数は、転送サイリスタTの数より1少ない511個でよい。また、抵抗Rmの数は、256個でよい。
なお、転送サイリスタTの数は、発光サイリスタLの数より多くてもよい。
図5では、発光サイリスタL1〜L6、転送サイリスタT1〜T6などの部分を示している。
次に、発光チップUにおける基本的な動作及び構造を説明する。
図6は、発光チップUにおける転送サイリスタT及び結合トランジスタQtの部分を説明する図である。図6(a)は、等価回路、図6(b)は、断面構造である。
図6(a)では、図5における転送サイリスタT1、T2及び結合トランジスタQt1を示している。図6(a)、(b)では、説明を容易にするため、転送サイリスタT1においてアノードA1、カソードK1、転送サイリスタT2においてアノードA2、カソードK2とし、結合トランジスタQt1においてエミッタE1、ベースB1、第1コレクタCf1、第2コレクタCs1とし、結合抵抗Rc1とする。ここでは、転送サイリスタT1と結合トランジスタQt1との動作を説明するために、転送サイリスタT1は、等価なpnpバイポーラトランジスタTr1とnpnバイポーラトランジスタTr2とで示している。なお、pnpバイポーラトランジスタTr1をpnpトランジスタTr1、npnバイポーラトランジスタTr2をnpnトランジスタTr2と表記する。
まず、図6(b)により、転送サイリスタT1及び結合トランジスタQt1の部分の断面構造を説明する。
発光チップUは、第1導電型の一例としてのp型の基板80上に、p型の第1半導体層81、第2導電型の一例としてのn型の第2半導体層82、p型の第3半導体層83及びn型の第4半導体層84が順に積層された半導体積層体を、いわゆるメサエッチングにより分離して構成した複数の島状領域(アイランド)から構成されている。これらの複数のアイランドは、少なくともn型の第2半導体層82、p型の第3半導体層83及びn型の第4半導体層84が相互に分離されている。なお、p型の第1半導体層81は、分離されていても分離されていなくてもよく、厚さ方向の一部が分離されていてもよい。また、p型の第1半導体層81が基板80を兼ねてもよい。
図6(b)に示すように、番号が1の転送サイリスタT1と結合トランジスタQt1とは、1つのアイランドを構成する。
転送サイリスタT1は、p型の第1半導体層81をアノードA1、n型の第2半導体層82を第2ゲートGts1、p型の第3半導体層83を第1ゲートGtf1、第4半導体層84をカソードK1とする。なお、n型の第4半導体層84を除去して露出させたp型の第3半導体層83上に、p型の半導体層に対してオーミック接触を構成する電極(符号無)を第1ゲートGtf1端子とする。
結合トランジスタQt1は、p型の第1半導体層81をエミッタE1、n型の第2半導体層82をベースB1、p型の第3半導体層83を第1コレクタCf1及び第2コレクタCs1とする。そして、n型の第4半導体層84を除去して露出させたp型の第3半導体層83上に、p型の半導体層に対してオーミック接触を構成する2個の電極(符号無)を第1コレクタCf1端子及び第2コレクタCs1端子とする。
結合抵抗Rc1は、第3半導体層83により構成され、一方がp型の第3半導体層83である第2コレクタCs1に接続され、他方がp型の第3半導体層83上に設けられた電極に接続されている。この電極は、配線により隣接して設けられる転送サイリスタT2の第1ゲートGtf2に接続される。
なお、図6(b)に示すように、転送サイリスタT1と結合トランジスタQt1との間は、p型の第3半導体層83が除去され、n型の第2半導体層82が残されている。つまり、n型の第2半導体層82により転送サイリスタT1の第2ゲートGts1と結合トランジスタQt1のベースB1とが接続されるようになっている。
そして、転送サイリスタT1のアノードA1及び結合トランジスタQt1のエミッタE1であるp型の第1半導体層81は、p型の基板80の裏面に設けられた裏面電極85を介して、基準電圧Vsubに設定されている。つまり、p型の第1半導体層81及びn型の第2半導体層82は、転送サイリスタT1のアノードA1と結合トランジスタQt1との間で分離されることを要しない。
このようにして、図6(a)の転送サイリスタT1及び結合トランジスタQt1が構成される。他の同じ番号の転送サイリスタT及び結合トランジスタQtを含むアイランドも同様の構成である。ただし、偶数番号の結合トランジスタQtは、第2コレクタCsを備えない。よって、第1コレクタCfがコレクタCとなる。
なお、図示しないが、同じ番号の設定サイリスタWと設定トランジスタQwとが1つのアイランドを構成し、発光サイリスタLが1つのアイランドを構成する。また、抵抗R1、R2、R3、R4、Rg、Rw、Rn、RI1、RI2、Rd1a、Rd2a、Rd1b、Rd2b、Rr1、Rr2が各々1つのアイランドを構成する。さらに、スタート抵抗Rsが1つのアイランドを構成する。なお、これらの抵抗の内、いくつかまとめて1つのアイランドとしてもよい。
次に、図6(a)により、転送サイリスタT1、T2、結合トランジスタQt1及び結合抵抗Rc1の間における動作を説明する。
図6(a)に示したように、転送サイリスタT1はpnpトランジスタTr1とnpnトランジスタTr2とが組み合わされた構成をなしている。すなわち、pnpトランジスタTr1のベースがnpnトランジスタTr2のコレクタに接続され、pnpトランジスタTr1のコレクタがnpnトランジスタTr2のベースに接続されている。そして、pnpトランジスタTr1のエミッタが転送サイリスタT1のアノードA1、pnpトランジスタTr1のコレクタ(npnトランジスタTr2のベース)が転送サイリスタT1の第1ゲートGtf1、npnトランジスタTr2のコレクタ(pnpトランジスタTr1のベース)が転送サイリスタT1の第2ゲートGts1、npnトランジスタTr2のエミッタが転送サイリスタT1のカソードK1である。なお、転送サイリスタT1のオン状態における内部抵抗rkを、npnトランジスタTr2のエミッタと転送サイリスタT1のカソードK1の間に表記している。
転送サイリスタT1のアノードA1であるpnpトランジスタTr1のエミッタは基準電圧Vsubに接続されている。
そして、結合トランジスタQt1は、pnpトランジスタであって、エミッタE1が基準電圧Vsubに接続されている。ベースB1が転送サイリスタT1の第2ゲートGts1(npnトランジスタTr2のコレクタ及びpnpトランジスタTr1のベース)に接続されている。第2コレクタCs1が、結合抵抗Rc1を介して、転送サイリスタT2の第1ゲートGtf2に接続されている。なお、転送サイリスタT2の第1ゲートGtf2は、抵抗Rgを介して、電源線71に接続されている。
図6(a)に示すように、転送サイリスタT1のpnpトランジスタTr1と結合トランジスタQt1とは、カレントミラー回路を構成している。すなわち、pnpトランジスタTr1に流れる電流に比例した電流が結合トランジスタQt1に流れる。
以下では、一例として、Vsub端子である裏面電極85(図6(b)参照)に供給される基準電圧Vsubをハイレベルの電圧として0V(以下では「H」(0V)又は「H」と表記する。)、Vg端子に供給される電源電圧Vgをローレベルの電圧として−3.3V(以下では「L」(−3.3V)又は「L」と表記する。)として説明する。つまり、光出射装置65(図3参照)は負の電圧で駆動される。
転送サイリスタT及び結合トランジスタQtは、図6(b)に示したように、p型の第1半導体層81、n型の第2半導体層82、p型の第3半導体層83、n型の第4半導体層84をp型の基板80上に積層して構成される。これらはGaAs、GaAlAsなどにより構成されるとして、p型半導体層(ここでは、第1半導体層81、第3半導体層83)とn型半導体層(ここでは、第2半導体層82、第4半導体層84)とで構成されるpn接合の順方向電圧(拡散電圧)Vdを一例として1.5Vとする。
ここで、転送信号φ1、φ2は、電源電圧Vg(「L」(−3.3V))と基準電圧Vsub(「H」(0V))との電圧を有する信号とする。
まず、転送サイリスタT1の基本的な動作を説明する。
転送サイリスタT1のアノードA1は、基準電圧Vsub(「H」(0V))になっている。
オフ状態にある転送サイリスタT1では、転送サイリスタT1を構成するpnpトランジスタTr1及びnpnトランジスタTr2はオフ状態にある。よって、アノードA1とカソードK1との間に流れる電流は、オン状態に比べて小さい。
転送信号φ1が「H」から「L」に移行すると、φ1端子が「H」から「L」に移行する(図4、5参照)。すると、転送サイリスタT1のカソードK1に接続された転送信号線72aが、抵抗R1を介して「L」(−3.3V)になる。
このとき、転送サイリスタT1の第1ゲートGtf1が、「L」(−3.3V)に拡散電圧Vd(1.5V)を加えた値、ここでは−1.8Vより高い電圧(正の側を高いといい、負の側を低いという。)であると、npnトランジスタTr2のエミッタ−ベース間が順バイアスになり、npnトランジスタTr2がオフ状態からオン状態に移行する。すると、npnトランジスタTr2のコレクタが転送信号線72aの「L」(−3.3V)側に引き込まれ、pnpトランジスタTr1のエミッタ(基準電圧Vsub(「H」(0V)))−ベース間が順バイアスになって、pnpトランジスタTr1もオフ状態からオン状態に移行する。すなわち、pnpトランジスタTr1及びnpnトランジスタTr2がともにオン状態になって、転送サイリスタT1がオフ状態からオン状態に移行する。サイリスタがオフ状態からオン状態に移行することをターンオンと表記する。
転送サイリスタT1がオン状態になると、転送サイリスタT1の第1ゲートGtf1は、pnpトランジスタTr1の飽和電圧Vcになる。ここでは、飽和電圧Vcは、一例として−0.2Vであるとする。よって、第1ゲートGtf1が−0.2Vになり、第2ゲートGts1がアノードA1(「H」(0V))から拡散電圧Vd(1.5V)を引いた電圧(−1.5V)になる。
オン状態の転送サイリスタT1では、アノードA1(「H」(0V))から、端子φ1(「L」(−3.3V))に向かって電流が流れる。よって、オン状態の転送サイリスタT1のカソードK1の電圧Vkは、オン状態の転送サイリスタT1の内部抵抗rk(抵抗値をrkとする。)、抵抗R1(抵抗値をR1とする。)及び拡散電圧Vdから式(2)で表される。
Figure 2020049720
一例として、抵抗R1を300Ω、内部抵抗rkを60Ωとすると、カソードK1の電圧Vkは、−1.8Vとなる。なお、カソードK1の電圧Vkは、転送信号線72aの電圧である。
これは、転送サイリスタT1以外の奇数番号の転送サイリスタTにおいても同様である。
なお、偶数番号の転送サイリスタTの場合は、抵抗R1を抵抗R2に置き換え、転送信号線72aを転送信号線72bに置き換えればよい。ここでは、抵抗R2を抵抗R1と同じとすると、偶数番号の転送サイリスタTにおいても同様になる。
以上説明したように、転送サイリスタT1を構成するnpnトランジスタTr2のエミッタ(カソードK1)−ベース(第1ゲートGtf1)間を順バイアスにすると、転送サイリスタT1がターンオンする。そして、エミッタ(カソードK1)−ベース(第1ゲートGtf1)間を順バイアスにするには、カソードK1の電圧を第1ゲートGtf1の電圧から拡散電圧Vd(1.5V)を引いた電圧より低くすればよい。第1ゲートGtf1の電圧から拡散電圧Vdを引いた電圧を、しきい電圧(しきい値)と表記する。すなわち、転送サイリスタT1のしきい電圧は、第1ゲートGtf1の電圧によって決まり、カソードK1(転送信号線72a)がしきい電圧より低い電圧(絶対値において大きい負の電圧)になると、転送サイリスタT1がターンオンする。
ターンオンした転送サイリスタT1は、カソードK1が電圧Vk(−1.8V)になる。そして、カソードK1に電圧Vk(−1.8V)(維持電圧)が印加され、電源からオン状態を維持しうる電流(維持電流)が供給され続けると、転送サイリスタT1は、オン状態を維持する。
一方、オン状態の転送サイリスタT1は、カソードK1に電圧Vk(−1.8V)(維持電圧)より高い電圧(絶対値において小さい負の電圧)が印加されると、オン状態からオフ状態に移行する。サイリスタがオン状態からオフ状態に移行することをターンオフと表記する。例えば、カソードK1が「H」(0V)になると、電圧Vk(−1.8V)(維持電圧)より高い電圧であるとともに、カソードK1とアノードA1とが同じ電圧になるので、転送サイリスタT1はターンオフする。
次に、結合トランジスタQt1の動作を説明する。
オフ状態の転送サイリスタT1では、pnpトランジスタTr1は、エミッタ−ベース間が順バイアスでなく、オフ状態である。よって、結合トランジスタQt1は、エミッタE1−ベースB1間も順バイアスでなく、オフ状態である。すなわち、転送サイリスタT1がオフ状態にあるとき、結合トランジスタQt1もオフ状態にある。
このとき、結合トランジスタQt1は、エミッタE1が基準電圧Vsub(「H」(0V))に設定されている。そして、第2コレクタCs1が直列に接続された結合抵抗Rc1及び抵抗Rgを介して電源電圧Vg(「L」(−3.3V))になっている。コレクタCf1も同様である。
一方、転送サイリスタT1がターンオンすると、pnpトランジスタTr1のエミッタ(アノードA1)−ベース(第2ゲートGts1)間が順バイアスになって、pnpトランジスタTr1がオフ状態からオン状態になる。すると、結合トランジスタQt1は、ベースB1が転送サイリスタT1の第2ゲートGts1に接続されているので、エミッタE1−ベースB1間も順バイアスになる。これにより、結合トランジスタQt1は、オフ状態からオン状態に移行する。
すると、結合トランジスタQt1は、第1コレクタCf1及び第2コレクタCs1が飽和電圧Vc(−0.2V)となる。すると、転送サイリスタT2の第1ゲートGtf2の電圧(Vgtf2と表記する。)は、結合トランジスタQt1の第2コレクタCs1における飽和電圧Vc、結合抵抗Rc1(抵抗値をRcとする。)、抵抗Rg(抵抗値をRgとする。)とから式(1)で表される。
Figure 2020049720
ここで、Rc:Rg=1:5に設定すると、転送サイリスタT2の第1ゲートGtf2の電圧(Vgtf2)は、−0.78Vになる。つまり、転送サイリスタT2のしきい電圧は、前述したように第1ゲートGtf2の電圧Vgtf2から拡散電圧Vdを引いた値(Vgtf2−Vd)であるので、−2.28Vになる。なお、番号が3以上の転送サイリスタTは、第1ゲートGtfが抵抗Rgにより「L」(−3.3V)の電源線71に接続されているので、しきい電圧が−4.8Vである。
そして、転送信号φ2が「H」から「L」に移行すると、φ2端子が「H」から「L」に移行する(図5参照)。すると、転送サイリスタT2のカソードK2に接続された転送信号線72bが、抵抗R2を介して「L」(−3.3V)になる。すると、しきい電圧が−2.28Vである転送サイリスタT2がターンオンする。
なお、Rc:Rg=1:5は、発光チップUに供給される電源電圧Vgが「L」(−3.3V)から−2Vに絶対値において小さくなっても動作する条件である。−3.3Vと−2Vとの差である1.3Vが発光チップUの動作マージンとして確保できる。なお、Rc:Rgは、動作マージンなどにより設定すればよい。
以下では、結合抵抗Rcと抵抗Rgとは、Rc:Rg=1:5であるとして説明する。
発光チップUでは、奇数番号の1個の転送サイリスタTがオン状態になる期間、奇数番号の1個の転送サイリスタTと1大きい偶数番号の1個の転送サイリスタTとがオン状態になる期間、偶数番号の1個の転送サイリスタTがオン状態になる期間、偶数番号の1個の転送サイリスタTと1大きい奇数番号の1個の転送サイリスタTとがオン状態になる期間が繰り返されることで、転送サイリスタTのオン状態が伝搬していく。
奇数番号の転送サイリスタTのカソードが、転送信号線72aに接続され、偶数番号の転送サイリスタTのカソードが、転送信号線72bに接続されている。
よって、オン状態の転送サイリスタTが接続された転送信号線72a(又は転送信号線72b)にカソードが接続されている他の転送サイリスタTが並行してオン状態になることは好ましくない。
図6(a)に示すように、転送サイリスタT1がオン状態にあるとき、隣接する転送サイリスタT2は、しきい電圧が−2.28Vである。そして、転送サイリスタT2がターンオンすると、転送サイリスタT2と同様にして、転送サイリスタT3のしきい電圧が−2.28Vになる。このとき、転送サイリスタT3のカソードは、転送信号線72aに接続されている。転送信号線72aは、オン状態の転送サイリスタT1により、−1.8Vになっている。よって、転送サイリスタT3は、しきい電圧が−2.28Vになっても、ターンオンしない。なお、転送サイリスタT5、T7、…は、−4.8Vのしきい電圧が維持されている。
このようにして、転送信号φ1、φ2が「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する毎に、オフ状態であった転送サイリスタTが番号順にターンオンしていく。逆に、転送信号φ1、φ2が「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する毎に、オン状態であった転送サイリスタTがターンオフしていく。
以上において、転送サイリスタT1、結合トランジスタQt1、結合抵抗Rc1について説明した。設定サイリスタW、設定トランジスタQw、発光サイリスタL、消灯サイリスタRTの動作については、以下に説明するタイミングチャートにおいて説明する。
<タイミングチャート>
次に、光出射装置65の動作について説明する。
基準電圧Vsubを「H」(0V)、電源電圧Vgを「L」(−3.3V)とする。そして、信号(転送信号φ1、φ2、消灯信号φR、設定信号φWa1〜φWa20、φWb1〜φWb20)は「H」(0V)と「L」(−3.3V)との電圧を有しているとする。
そして、一例として、抵抗R1、R2、R3、R4、RI1、RI2、Rr1、Rr2は、各々300Ω、抵抗Rwは、10kΩとする。スタート抵抗Rsは2kΩ、結合抵抗Rcは2kΩ、抵抗Rgは10kΩとする。抵抗Rd1a、Rd1bは、4kΩ、抵抗Rd2a、Rd2bは、1.6kΩとする。そして、抵抗Rnは、60kΩとする。
オン状態における設定サイリスタWの内部抵抗は、オン状態の転送サイリスタTの内部抵抗rkと同じ60Ωとする。すなわち、設定サイリスタWがオン状態になると、カソード(設定信号線73a、73b)は、転送サイリスタT(転送信号線72a、72b)と同様に−1.8Vになるとする。また、第1ゲートGwfは、飽和電圧Vc(−0.2V)になるとする。そして、第2ゲートGwsは、−1.5Vになるとする。
また、発光サイリスタLの内部抵抗Rpは、20Ωとする。すると、オン状態の発光サイリスタLでは、カソード(点灯信号線75a、75b)は、−1.7Vになるとする。−1.7Vは、オン状態電圧の一例である。ゲートGlは、飽和電圧Vc(−0.2V)になるとする。
さらに、オン状態における消灯サイリスタRTは、ゲートGrが飽和電圧Vc(−0.2V)になるとする。
上記の数値は、例であって、他の値を設定することができる。
光出射装置65は発光チップU1〜U20を備えている(図3参照)。
図4に示したように、回路基板62上の全ての発光チップU(発光チップU1〜U20)には、基準電圧Vsub、電源電圧Vg及び点灯電圧VIが共通に供給される。
そして、発光チップU1〜U20には、前述したように、転送信号φ1、φ2、消灯信号φRが共通に送信される。全ての発光チップUは並列に駆動される。
一方、設定信号φWa1〜φWa20、φWb1〜φWb20の内、設定信号φWa1、φWb1は、発光チップU1に送信される。他の発光チップUに対しても同様である。つまり、設定信号φWaと設定信号φWbとの組は、同じタイミングで並列に送信される。よって、発光チップUは並列に駆動される。
なお、発光サイリスタLの光量を調整するなどのために、設定信号φWaと設定信号φWbとのタイミングをずらして送信してもよく、発光チップU間でずらして送信してもよい。
発光チップU2〜U20は発光チップU1と並行して駆動されるので、発光チップU1の動作を説明すれば足りる。
以下では、発光チップU1の動作を説明する。
図7は、発光チップU1の動作を説明するタイミングチャートである。ここでは、発光チップU1を例に説明する。よって、設定信号φWa1、φWb1と表記する。そして、アルファベット順(a、b、c、…)に時間が経過するとする。
図7は、発光サイリスタL1〜L6を点灯制御する期間を示し、発光サイリスタL1、L2、L3、L5、L6を点灯状態とし、発光サイリスタL4を非点灯状態とする。
以下では、図4、図5を参照して、時刻順に発光チップU1の動作を説明する。なお、他の発光チップUの動作も同様である。ここで、点灯制御とは、発光サイリスタLを点灯状態又は非点灯状態に制御することをいう。
図7において、時刻aから時刻mへとアルファベット順に時刻が経過するとする。発光チップU1の発光サイリスタL1、L2は、時刻cから時刻kの期間T(1)において、発光サイリスタL3、L4は、時刻kから時刻lの期間T(2)において、発光サイリスタL5、L6は、時刻lから時刻mの期間T(3)において点灯制御される。なお、同様にして番号が7以上の番号の発光サイリスタLが点灯制御される。ここでは、期間T(1)、T(2)、T(3)は、同じ長さの期間とする。
期間T(1)、T(2)、T(3)、…における信号波形は、画像データによって変化する設定信号φWa1、φWb1を除いて、同じ波形の繰り返しである。
以下では、時刻cから時刻kまでの期間T(1)を説明する。なお、時刻aから時刻cまでの期間は、発光チップU1が動作を開始する期間である。この期間の信号については、動作の説明において説明する。
期間T(1)における転送信号φ1、φ2、消灯信号φRの信号波形について説明する。
転送信号φ1は、時刻cで「L」であって、時刻gで「L」から「H」に移行する。そして、時刻iで「H」から「L」に移行し、時刻kで「L」を維持する。
転送信号φ2は、時刻cで「H」であって、時刻fで「H」から「L」に移行する。そして、時刻jで「L」から「H」に移行し、時刻kで「H」を維持する。
ここで、転送信号φ1と転送信号φ2とを比較すると、期間T(1)における転送信号φ1の波形が、期間T(1)の1/2後ろにずれて(時刻cが時刻gにシフトして)転送信号φ2の波形になっている。転送信号φ1、φ2は期間Tを単位として繰り返す。そして、時刻fから時刻gまでの期間のように、共に「L」となる期間を挟んで、交互に「H」と「L」とを繰り返す。そして、時刻aから時刻bまでの期間を除いて、転送信号φ1と転送信号φ2とは、同時に「H」となる期間を有さない。
転送信号φ1、φ2との一組の信号により、図6に示した転送サイリスタTのオン状態が、番号順に転送されていく。
消灯信号φRは、時刻cで「L」から「H」に移行し、時刻hにおいて、「H」から「L」に移行する。そして、時刻kにおいて「L」から「H」に移行する。
消灯信号φRは、後述するように点灯状態の発光サイリスタLを消灯させる信号である。
次に、期間T(1)における設定信号φWa1、φWb1を説明する。
設定信号φWa1は、時刻cで「H」であって、時刻dで「H」から「L」に移行し、時刻eで「L」から「H」に移行する。設定信号φWb1も同様である。設定信号φWa1、φWb1が「L」となる期間は、転送信号φ1が「L」である期間である。
では、図4、図5を参照しつつ、図7に示した発光チップU1のタイミングチャートにしたがって、光出射装置65の動作を説明する。
(1)時刻a
光出射装置65に基準電圧Vsub及び電源電圧Vgの供給を開始した時刻aでの状態(初期状態)について説明する。
図7に示したタイミングチャートの時刻aにおいて、光出射装置65に電源が投入されるとする。すると、信号発生回路110に電源が供給され、各種の信号及び各種の電圧が設定される。ここでは、基準電圧供給部160により、基準電圧Vsubが「H」(0V)に設定される。これにより、電源ライン200aを介して、各発光チップUの裏面電極85が「H」(0V)になる。電源電圧供給部170により、電源電圧Vgが「L」(−3.3V)に設定される。これにより、電源ライン200b及びVg端子を介して、各発光チップUの電源線71が「L」(−3.3V)になる。
時刻aにおいては、後述するように、いずれの転送サイリスタT、結合トランジスタQt、設定サイリスタW、設定トランジスタQw、発光サイリスタLがオフ状態である。
転送信号発生部120により、転送信号φ1、φ2が「H」(0V)に設定される。すると、転送信号ライン201、202及び各発光チップUのφ1端子、φ2端子が「H」(0V)になる。これにより、抵抗R1、R2を介して、転送信号線72a、72bが「H」(0V)に設定される。
同様に、設定信号発生部130により、設定信号φWa1、φWb1が「H」(0V)に設定される。すると、設定信号ライン203a−1、203b−1及び発光チップU1のφWa端子、φWb端子が「H」(0V)になる。これにより、抵抗R3、R4を介して、設定信号線73a、73bが「H」(0V)に設定される。
一方、消灯信号発生部140により、消灯信号φRが「L」(−3.3V)に設定される。すると、消灯信号ライン204及び各発光チップUのφR端子が「L」(−3.3V)になる。これにより、抵抗Rr1、Rr2を介して、消灯信号線76a、76bが「L」(−3.3V)に設定される。
一方、消灯信号発生部140により、消灯信号φRを「L」(−3.3V)に設定する。すると、消灯信号ライン204及び各発光チップUのφR端子を介して、各発光チップUの消灯信号線76a、76bが「L」(−3.3V)に設定される。
また、点灯電圧供給部150により、点灯電圧VIが「L」(−3.3V)に設定される。すると、点灯電圧供給部150及びVI端子が「L」(−3.3V)になる。これにより、抵抗RI1、RI2を介して、点灯信号線75a、75bが「L」(−3.3V)になる。また、抵抗Rd1a、Rd2a、Rd1b、Rd2bを介して,電圧設定線74a、74bが「L」(−3.3V)に設定される。
次に、図6を参照しつつ、図7に示したタイミングチャートにしたがって、発光チップU1の動作を説明する。他の発光チップU2〜U20も同様である。
転送サイリスタT、設定サイリスタW、発光サイリスタL及び消灯サイリスタRTのアノードは、Vsub端子である裏面電極85に接続されているので「H」に設定される。
奇数番号の転送サイリスタT1、T3、T5、…の各々のカソードは、「H」の転送信号線72aに接続され、偶数番号の転送サイリスタT2、T4、T6、…の各々のカソードは、「H」の転送信号線72bに接続されている。よって、転送サイリスタTのアノード及びカソードはともに「H」となり、転送サイリスタTはオフ状態にある。
結合トランジスタQt、設定トランジスタQwのエミッタEは、Vsub端子である裏面電極85に接続されているので「H」に設定される。
結合トランジスタQtのベースBは、転送サイリスタTの第2ゲートGtsに接続されている。転送サイリスタTはオフ状態であるので、第2ゲートGtsは「H」になっている。よって、結合トランジスタQtは、エミッタとベースがともに「H」であるので、オフ状態である。
後述する転送サイリスタT1の第1ゲートGtfを除いて、転送サイリスタTの第1ゲートGtfは、抵抗Rgを介して電源電圧Vg(「L」(−3.3V))の電源線71に接続されている。よって、転送サイリスタTは、第1ゲートGtfが「L」(−3.3V)で、しきい電圧が−4.8Vである。
奇数番号の設定サイリスタWのカソードは、「H」の設定信号線73aに接続されている。偶数番号の設定サイリスタWのカソードは、「H」の設定信号線73bに接続されている。よって、設定サイリスタWのアノード及びカソードはともに「H」となり、設定サイリスタWはオフ状態にある。
設定トランジスタQwのベースBは、設定サイリスタWの第2ゲートGwsに接続されている。設定サイリスタWはオフ状態であるので、第2ゲートGwsは「H」になっている。よって、設定トランジスタQwは、エミッタEとベースBとがともに「H」であるので、オフ状態である。
そして、設定サイリスタWは、第1ゲートGwfが抵抗Rwを介して「L」の電源線71に接続されているので、しきい電圧が−4.8Vである。
奇数番号の発光サイリスタLのカソードは、抵抗RI1を介して「L」(−3.3V)である点灯信号線75aに接続され、偶数番号の発光サイリスタLのカソードは、抵抗RI2を介して「L」(−3.3V)である点灯信号線75bに接続されている。しかし、偶数番号の発光サイリスタLは、設定トランジスタQwがオフ状態にあるので、ゲートGlが抵抗Rnを介して「L」(−3.3V)の電圧設定線74aに接続されている。よって、奇数番号の発光サイリスタLは、しきい電圧が−4.8Vであって、点灯信号線75aが「L」(−3.3V)であってもターンオンせず、オフ状態にある。同様に、偶数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rnを介して「L」(−3.3V)の電圧設定線74bに接続されている。よって、偶数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rnを介して電圧設定線74bに接続されている。よって、偶数番号の発光サイリスタLは、しきい電圧が−4.8Vであって、点灯信号線75bが「L」(−3.3V)であってもターンオンせず、オフ状態にある。
さらに、消灯サイリスタRT1は、ゲートGrが「L」(−3.3V)の点灯信号線75aに接続されているので、しきい電圧が−4.8Vである。消灯サイリスタRT1は、カソードが「L」(−3.3V)の消灯信号線76aに接続されているが、ターンオンせずオフ状態にある。同様に、消灯サイリスタRT2は、ゲートGrが「L」(−3.3V)の点灯信号線75bに接続されているので、しきい電圧が−4.8Vである。消灯サイリスタRT2は、カソードが「L」(−3.3V)の消灯信号線76bに接続されているが、ターンオンせずオフ状態にある。
なお、時刻aにおいて、信号発生回路110を立ち上げたとき、消灯サイリスタRT1、RT2がターンオンしてもかまわない。この場合、消灯サイリスタRT1、RT2は、ゲートGrが−0.2Vになる。よって、消灯サイリスタRT1のゲートGrに接続された点灯信号線75a、及び消灯サイリスタRT2のゲートGrに接続された点灯信号線75bも−0.2Vになる。
時刻aでは、いずれの発光サイリスタLを点灯させないので、点灯信号線75a、75bが−0.2Vであってもかまわない。
図6中の転送サイリスタT1の第1ゲートGtfは、スタート抵抗Rsを介して「H」(0V)のφ2端子に接続されるとともに、抵抗Rgを介して「L」(−3.3V)の電源線71に接続されている。ここでは、スタート抵抗Rsを2kΩ、抵抗Rgを10kΩとしているので、転送サイリスタT1は、第1ゲートGtfが−0.55Vとなり、しきい電圧が−2.05Vになっている。なお、他の転送サイリスタTは、しきい電圧が−4.8Vである。
(2)時刻b
時刻bにおいて、転送信号φ1が「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。これにより発光チップU1が動作状態に入る。
すると、抵抗R1を介して、転送信号線72aが「H」から「L」に移行する。しきい電圧が−2.05Vの転送サイリスタT1がターンオンする。番号が3以上の奇数番号の転送サイリスタTは、しきい電圧が−4.8Vであるので、ターンオンしない。一方、偶数番号の転送サイリスタTは、転送信号線72bが「H」(0V)であるので、ターンオンしない。
転送サイリスタT1は、ターンオンすると、第1ゲートGtfが−0.2Vになり、第2ゲートGtsが−1.5Vになる。さらに、カソード(図5の転送信号線72a)が−1.8Vになる。そして、結合トランジスタQt1は、ベースBが第2ゲートGts(−1.5V)に接続されているので、エミッタE−ベースB間が順バイアスになり、オフ状態からオン状態に移行する。すると、結合トランジスタQt1の第1コレクタCf及び第2コレクタCsが−0.2Vになる。
転送サイリスタT2は、第1ゲートGtfが結合トランジスタQt1の第2コレクタCsに結合抵抗Rcを介して接続されるとともに、電源線71に抵抗Rgで接続されている。結合抵抗Rcは2kΩ、抵抗Rgは10kΩであるので、第1ゲートGtfが−0.72Vになり、しきい電圧が−2.22Vになる。
一方、結合トランジスタQt1の第1コレクタCfが−0.2Vになると、設定サイリスタW1は、第1ゲートGwfが結合トランジスタQt1の第1コレクタCfに接続されているので−0.2Vになり、しきい電圧が−1.7Vになる。しかし、設定信号線73aが「H」(0V)であるので、設定サイリスタW1はターンオンしない。
また、設定サイリスタW2も、第1ゲートGwfが結合トランジスタQt1の第1コレクタCfに接続されているので−0.2Vになり、しきい電圧が−1.7Vになる。しかし、設定信号線73bが「H」であるので、設定サイリスタW2はターンオンしない。
他の設定サイリスタWは、しきい電圧が−4.8Vを維持する。
すなわち、時刻bにおいて、転送サイリスタT1がターンオンする。そして、時刻bの直後において、転送サイリスタT1及び結合トランジスタQt1がオン状態にあって、他の転送サイリスタT、設定サイリスタW、発光サイリスタL、結合トランジスタQt、設定トランジスタQw、消灯サイリスタRT1、RT2はオフ状態にある。
以下では、オン状態にあるサイリスタ(転送サイリスタT、設定サイリスタW、発光サイリスタL、消灯サイリスタRT1、RT2)及びトランジスタ(結合トランジスタQt、設定トランジスタQw)を示し、オフ状態にあるサイリスタ(転送サイリスタT、設定サイリスタW、発光サイリスタL、消灯サイリスタRT1、RT2)及びトランジスタ(結合トランジスタQt、設定トランジスタQw)については示さない。
(3)時刻c
時刻cにおいて、消灯信号φRが「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、抵抗Rr1を介して消灯信号線76aが「L」から「H」に移行し、抵抗Rr2を介して消灯信号線76bが「L」から「H」に移行する。すると、消灯サイリスタRT1、RT2のカソードとアノードとがともに「H」になって、消灯サイリスタRT1、RT2は、例えオン状態にあったとしても、ターンオフする。これにより、例え消灯サイリスタRT1、RT2がオン状態であって点灯信号線75a、75bが−0.2Vになっていたとしても、点灯信号線75a、75bは、抵抗RI1、RI2を介して、電源線71の電源電圧Vg(「L」(−3.3V))に移行する。
点灯信号線75a、75bが「L」(−3.3V)に移行しても、発光サイリスタLは、しきい電圧が−4.8Vであるのでターンオンしない。
時刻cの直後において、転送サイリスタT1、結合トランジスタQt1がオン状態にある。
(4)時刻d
時刻dにおいて、発光チップU1に送信される設定信号φWa1、φWb1が、「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。
すると、設定信号線73a、73bが、抵抗R3、R4を介して、「H」から「L」に移行する。これにより、しきい電圧が−1.7Vであった設定サイリスタW1、W2がターンオンする。なお、番号が3以上の設定サイリスタWはしきい電圧が−4.8Vであるのでターンオンしない。
そして、設定サイリスタW1、W2は、ターンオンすると第2ゲートGwsが−1.5Vになる。すると、設定トランジスタQw1、Qw2がオフ状態からオン状態に移行する。これにより、設定トランジスタQw1、Qw2の各コレクタCが−0.2Vになる。さらに、設定トランジスタQw1のカソード(設定信号線73a)及び設定トランジスタQw2のカソード(設定信号線73b)が−1.8Vになる。
発光サイリスタL1は、ゲートGlが設定トランジスタQw1のコレクタCに接続されている。よって、発光サイリスタL1は、ゲートGlが−0.2Vになり、しきい電圧が−1.7Vになる。発光サイリスタL1のカソードが接続された点灯信号線75aは、時刻cにおいて、「L」(−3.3V)になっている。よって、発光サイリスタL1は、ターンオンして点灯する。
同様に、発光サイリスタL2は、ゲートGlが設定トランジスタQw2のコレクタCに接続されている。よって、発光サイリスタL2は、ゲートGlが−0.2Vになり、しきい電圧が−1.7Vになる。発光サイリスタL2のカソードが接続された点灯信号線75bは、時刻cにおいて、「L」(−3.3V)になっている。よって、発光サイリスタL2は、ターンオンして点灯する。
そして、発光サイリスタL1は、ゲートGlが−0.2Vになるとともに、カソード(点灯信号線75a)が、前述したように−1.7Vになり、発光サイリスタL2は、ゲートGlが−0.2Vになるとともに、カソード(点灯信号線75b)が、前述したように−1.7Vになる。
消灯サイリスタRT1は、ゲートGrが−1.7Vになった点灯信号線75aに接続されているので、しきい電圧が−3.2Vになり、消灯サイリスタRT2は、ゲートGrが−1.7Vになった点灯信号線75bに接続されているので、しきい電圧が−3.2Vになる。
このとき、電圧設定線74aは、抵抗Rnを介して発光サイリスタL1のゲートGl(−0.2V)に接続されている。よって、抵抗RI1、Rd1a、Rd2aによって、VI端子の「L」(−3.3V)と点灯信号線75aの−1.7Vとの電圧差が分配されて、電圧設定線74aは、−2.16Vになる。同様に、電圧設定線74bは、−0.2Vの発光サイリスタL2のゲートGlに抵抗Rnを介して接続されている。よって、抵抗RI2、Rd1b、Rd2bによって、VI端子の「L」(−3.3V)と点灯信号線75bの−1.7Vとの電圧差が分配されて、電圧設定線74bは、−2.16Vになる。
時刻dの直後において、転送サイリスタT1、結合トランジスタQt1、設定サイリスタW1、W2、設定トランジスタQw1、Qw2がオン状態にあって、発光サイリスタL1、L2がオン状態で点灯している。
(5)時刻e
時刻eにおいて、発光チップU1に送信される設定信号φWa1、φWb1が、「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、設定信号線73a、73bが−1.8Vから「H」(0V)に移行する。オン状態にあった設定サイリスタW1、W2はカソード及びアノードがともに「H」になるので、ターンオフする。すると、設定トランジスタQw1、Qw2がオン状態からオフ状態に移行する。
なお、オン状態の発光サイリスタL1、L2は、点灯信号線75a、75bが−1.7V(維持電圧)に維持されるので、オン状態を維持する。
設定トランジスタQw1がオフ状態になっても、発光サイリスタL1のゲートGlは、発光サイリスタL1がオン状態であるため−0.2Vを維持する。
時刻eの直後において、転送サイリスタT1、結合トランジスタQt1がオン状態にあって、発光サイリスタL1、L2がオン状態で点灯している。
(6)時刻f
時刻fにおいて、転送信号φ2が、「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。
すると、転送信号線72bが「H」から「L」に移行し、しきい電圧が−2.22Vである転送サイリスタT2がターンオンする。しかし、番号が4以上の偶数番号の転送サイリスタTは、しきい電圧が−4.8Vであるので、ターンオンしない。
転送サイリスタT2がターンオンすると、時刻bで転送サイリスタT1がターンオンした場合と同様に、転送サイリスタT2のカソード(転送信号線72b)は、−1.8Vになる。
そして、転送サイリスタT2がオン状態になると、結合トランジスタQt2がオフ状態からオン状態に移行し、結合トランジスタQt2のコレクタCが−0.2Vになる。
すると、コレクタCに接続された転送サイリスタT3は、第1ゲートGtfが−0.72Vになり、しきい電圧が−2.22Vになる。
オン状態の発光サイリスタL1、L2は、点灯信号線75a、75bが−1.7V(維持電圧)に維持されているので、オン状態を維持する。
時刻fの直後においては、転送サイリスタT1、T2、結合トランジスタQt1、Qt2がオン状態であって、発光サイリスタL1、L2がオン状態で点灯している。
(7)時刻g
時刻gにおいて、転送信号φ1が、「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、転送信号線72aが−1.8Vから「H」(0V)に移行する。オン状態にあった転送サイリスタT1は、カソード及びアノードがともに「H」となるので、ターンオフする。これにより、結合トランジスタQt1がオン状態からオフ状態に移行する。そして、設定サイリスタW1、W2は、各第1ゲートGwfが抵抗Rwを介して接続された電源線71の「L」(−3.3V)になり、しきい電圧が−4.8Vになる。すなわち、すべての設定サイリスタWのしきい電圧が−4.8Vになる。
オン状態の発光サイリスタL1、L2は、点灯信号線75a、75bが−1.7V(維持電圧)に維持されるので、オン状態を維持する。なお、オン状態の発光サイリスタL1、L2のゲートGlは、−0.2Vとなっている。
時刻gの直後において、転送サイリスタT2、結合トランジスタQt2がオン状態にあって、発光サイリスタL1、L2がオン状態で点灯している。
(8)時刻h
時刻hにおいて、発光チップU1に送信される消灯信号φRが、「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。
すると、抵抗Rr1を介して消灯信号線76aが「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行し、抵抗Rr2を介して消灯信号線76bが「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。消灯サイリスタRT1、RT2は、しきい電圧が−3.2Vであるので、ターンオンする。そして、消灯サイリスタRT1は、ゲートGrが−0.2Vになって、点灯信号線75aを−0.2Vにし、消灯サイリスタRT2は、同様にゲートGrが−0.2Vになって、点灯信号線75bを−0.2Vにする。
すると、オン状態にあった発光サイリスタL1、L2は、アノードとカソードとの間の電圧が、保持電圧(−1.7V)より絶対値において小さい−0.2Vになるので、ターンオフして消灯する(非点灯になる)。
すなわち、発光チップU1の発光サイリスタL1、L2は、時刻dの設定信号φWa1、φWb1が「H」から「L」に移行するタイミングでターンオンして点灯し、時刻hの消灯信号φRが「H」から「L」に移行するタイミングでターンオフして、消灯する。時刻dから時刻hまでの期間が、発光チップU1の発光サイリスタL1、L2の点灯(発光)期間に対応する。
時刻hの直後において、転送サイリスタT2、結合トランジスタQt2、消灯サイリスタRT1、RT2がオン状態にある。
(9)時刻i
時刻iにおいて、発光チップUに送信される転送信号φ1が「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。
すると、発光チップU1における転送信号線72aが「H」から「L」に移行する。しきい電圧が−2.22Vである転送サイリスタT3がターンオンする。しかし、番号が5以上の奇数番号の転送サイリスタTは、しきい電圧が−4.8Vであるので、オン状態に移行しない。また、転送サイリスタT1は、オフ状態であって、第1ゲートGtfがスタート抵抗Rsを介して「L」(−3.3V)のφ2端子に接続されるとともに、抵抗Rgを介して「L」(−3.3V)の電源線71に接続されている。よって、転送サイリスタT1は、しきい電圧が−4.8Vになっているので、ターンオンしない。
そして、結合トランジスタQt3がオフ状態からオン状態に移行する。これにより、結合トランジスタQt3の第1コレクタCf及び第2コレクタCsが−0.2Vになる。
すると、時刻bにおける転送サイリスタT2と同様に、転送サイリスタT4は、第1ゲートGtfが−0.72Vになり、しきい電圧が−2.22Vになる。
一方、第1コレクタCfに接続された設定サイリスタW3は、第1ゲートGwfが−0.2Vになって、しきい電圧が−1.7Vになる。
時刻iの直後において、転送サイリスタT2、T3、結合トランジスタQt2、Qt3、消灯サイリスタRT1、RT2がオン状態にある。
(10)時刻j
時刻jにおいて、発光チップUに送信される転送信号φ2が「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、発光チップU1において、転送信号線72bが「L」から「H」に移行する。オン状態にあった転送サイリスタT2は、カソード及びアノードがともに「H」となるので、ターンオフする。これにより、結合トランジスタQt2がオン状態からオフ状態に移行する。
時刻jの直後において、転送サイリスタT3、結合トランジスタQt3、消灯サイリスタRT1、RT2がオン状態にある。
(11)時刻k
時刻kにおいて、発光チップUに送信される消灯信号φRが「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、発光チップU1において、消灯信号線76a、76bが、オン状態の消灯サイリスタRT1、RT2のカソードの電圧(−1.7V)から、「H」(0V)に移行する。消灯サイリスタRT1、RT2は、カソード及びアノードがともに「H」となるので、ターンオフする。すると、点灯信号線75a、75bは、消灯サイリスタRT1、RT2の各ゲートGrの−0.2Vから、点灯電圧VIの「L」(−3.3V)に移行する。
そして、消灯サイリスタRT1、RT2は、ゲートGrが点灯電圧VI(「L」(−3.3V))の点灯信号線75a、75bに各々接続されているので、しきい電圧が−4.8Vになる。
時刻kの直後において、転送サイリスタT3、結合トランジスタQt3がオン状態にある。
以上において、発光チップU1における発光サイリスタL1、L2を制御する期間T(1)が終了する。
これ以降は、時刻cから時刻kまでの期間T(1)が繰り返される。
なお、発光サイリスタLを点灯しない場合には、発光サイリスタL4を点灯制御する期間T(2)(時刻kから時刻lの間)において、設定信号φWb1を「L」(−3.3V)にすることなく、「H」(0V)に維持すればよい。設定信号φWb1が「L」(−3.3V)にならなければ、設定サイリスタW4はターンオンしない(図5参照)。これにより、設定トランジスタQw4もオフ状態を維持する。よって、発光サイリスタL4は、しきい電圧が−4.8Vに維持され、ターンオンしない。発光サイリスタL4がターンオンしないので、電圧設定線74bは、「L」(−3.3V)が維持される。
以上説明したように、奇数番号の転送サイリスタTに接続された結合トランジスタQtには、2個の設定サイリスタWが接続されている。そして、各設定サイリスタWには、設定トランジスタQwが接続され、設定トランジスタQwに発光サイリスタLが接続されている。奇数番号の転送サイリスタTは、オン状態になることにより、点灯制御する発光サイリスタLを指定する。そして、設定サイリスタWは、オン状態になることにより、転送サイリスタTによって指定された発光サイリスタLを、点灯可能な状態に設定する。なお、点灯信号線75が「L」(−3.3V)である場合には、設定サイリスタWがオン状態になることにより、発光サイリスタLがターンオンして点灯する。
なお、奇数番号の結合トランジスタQtの第2コレクタCsと、後段の偶数番号の転送サイリスタTの第1ゲートGtfとの間に結合抵抗Rcを設けている。同様に、偶数番号の結合トランジスタQtのコレクタCと後段の奇数番号の転送サイリスタTの第1ゲートGtfとの間に結合抵抗Rcを設けている。これにより、オン状態の転送サイリスタTによりオン状態になった結合トランジスタQtのコレクタC(第2コレクタCsを含む)に結合抵抗Rcを介して接続されたオフ状態の転送サイリスタTの第1ゲートGtf(図6(a)に示す第1ゲートGtf2)の電圧(上記の例では−2.22V)を、オン状態の転送サイリスタTのカソードが接続された転送信号線72a又は転送信号線72bの電圧(上記の例では−1.8V)より低くしている。
これにより、転送サイリスタTが将棋倒しのように連鎖的にターンオンすることを抑制している。
以上においては、点灯制御する発光サイリスタLに着目して、発光チップUの動作を説明した。しかし、発光チップUには、複数の発光サイリスタLが設けられ、奇数番号の発光サイリスタLのカソードが点灯信号線75aに接続され、偶数番号の発光サイリスタLのカソードが点灯信号線75bに並列に接続されている。また、奇数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、電圧設定線74aに接続され、偶数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、電圧設定線74bに接続されている。
上記したように、点灯信号線75a、75bの電圧は、いずれの発光サイリスタLも点灯していな場合の「L」(−3.3V)と、1つの発光サイリスタLが点灯する場合の−1.7Vとに変化する。例えば、発光チップUが512個の発光サイリスタLを備える場合、点灯信号線75a、75bには、各々256個の発光サイリスタLが並列接続されていることになる。そして、オフ状態の発光サイリスタLは、点灯信号線75a、75bの電圧の変動に対して、負荷容量として働くことになる。
ここで、比較例の発光チップU′について説明する。
図8は、比較例として示す発光チップU′の構成を説明する等価回路図の一例である。比較例における発光チップU′は、第1の実施の形態が適用される発光チップUを置き換えられるように構成されている。
ここでも、信号発生回路110との関係において発光チップU′1を例に、発光チップU′を説明する。そこで、図8では発光チップU′1(U′)と表記するが、以下では、発光チップU′と表記する。なお、発光チップUと同じ部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
発光チップU′は、図5に示した第1の実施の形態の発光チップUにおける電圧設定線74a、74bを備えない。このため、各発光サイリスタLのゲートGlは、電源線71に抵抗Rnを介して接続されている。したがって、発光チップU′は、発光チップUに比べ、構成が簡略化されている。
なお、発光チップU′は、発光チップUと同様に、図7に示したタイミングチャートに従って動作する。なお、発光サイリスタLのゲートGlの電圧は、次に説明するように発光チップUと異なる。
発光チップU′の発光サイリスタLの部分(発光部102)を説明する。
図9は、比較例として示す発光チップU′の発光サイリスタLの部分(発光部102)の等価回路である。図9(a)は、発光サイリスタLを個別に示す等価回路、図9(b)は、発光サイリスタLを集約した等価回路である。ここでは、発光サイリスタLは、512個あるとする。そして、全ての発光サイリスタLはオフ状態であるとする。
図9(a)において、オフ状態の発光サイリスタLについて説明する。オフ状態の発光サイリスタLは、容量と見ることができる。ここで、各発光サイリスタLのゲートGl−カソード間を容量CGKとし、ゲートGl−アノード間を容量CGAとする。さらに、発光サイリスタLのゲートGl−カソード間は、ダイオードで近似される。よって、図9(a)に示すように、発光サイリスタL1は、直列接続された容量CGKと容量CGAと、容量CGKに並列接続されたダイオードで近似される。容量CGKと容量CGAとの接続点がゲートGlである。そして、奇数番号の発光サイリスタLにおいて、容量CGAの接続点でない側の端子が基準電圧Vsubに接続され、容量CGKの接続点でない側の端子が点灯信号線75aに接続されている。偶数番号の発光サイリスタLにおいて、容量CGAの接続点でない側の端子が基準電圧Vsubに接続され、容量CGKの接続点でない側の端子が点灯信号線75bに接続されている。なお、電源線71に設けた抵抗Rjは、電源線71の寄生抵抗である。
発光サイリスタLのゲートGlは、電源電圧Vgの電源線71に接続され同電圧である。よって、図9(b)に示すように、奇数番号の発光サイリスタLと偶数番号の発光サイリスタLとを各々まとめてもよい。つまり、容量を256倍とし、抵抗を256分の1とすればよい。奇数番号の発光サイリスタLは、容量CGKの256倍の容量C1と、容量CGAの256倍の容量C2との直列接続で表される。また、抵抗Rnの256分の1の抵抗Rtで表される。なお、奇数番号の発光サイリスタLのゲートGlをゲートGl(odd)と表記し、偶数番号の発光サイリスタLのゲートGlをゲートGl(even)と表記している。発光サイリスタLはオフ状態であるので、発光サイリスタLを近似したダイオードの記載を省略している。ここで、容量C1を一例として100pF、容量C2を40pFとする。そして、抵抗Rnは60kΩであるので、抵抗Rtを230Ωとする。
ここで、容量C1が第1の寄生容量の一例、容量C2が第2の寄生容量の一例である。
奇数番号の発光サイリスタL又は偶数番号の発光サイリスタLは、構成が同じである。よって、奇数番号の発光サイリスタL又は偶数番号の発光サイリスタLのいずれも同じ動作をする。そこで、奇数番号の発光サイリスタL又は偶数番号の発光サイリスタLの一方について、1つの発光サイリスタLを点灯させる前後の動作を説明する。
図10は、比較例として示す発光チップU′における発光サイリスタLを点灯させる前後の動作を説明する図である。図10(a)は、点灯前の状態、図10(b)は、点灯直後の状態、図10(c)は、定常状態、図10(d)は、発光電流Pの時間に対する変化を示す。なお、ゲートGl(odd)とゲートGl(even)とを区別せず、ゲートGl(o/e)と表記する。同様に、点灯信号線75a又は点灯信号線75bを区別せず点灯信号線75と表記し、抵抗RI1、RI2を区別せず、抵抗RIと表記する。また、オン状態となる発光サイリスタLは、1個のダイオードで近似している。前述したように、内部抵抗Rpは、20Ωである。また、抵抗RIは、300Ωである。なお、1つの発光サイリスタLがターンオンするので、容量C1、C2は、40pF、100pFとする。
図10(a)に示す点灯前の状態とは、図7に示したタイミングチャートにおける時刻cと時刻dとの間の状態に対応する。このとき、発光サイリスタLはオフ状態であるので、電流が流れない。そして、点灯信号線75は、「L」(−3.3V)になっている。また、ゲートGlは、抵抗Rtを介して電源電圧Vg(「L」(−3.3V))のVg端子に接続されている。よって、ゲートGl(o/e)は、「L」(−3.3V)になっている。よって、容量C1の両端子(点灯信号線75とゲートGl(o/e)と)は、「L」(−3.3V)であるので、容量C1には、電荷が蓄積されていない。一方、容量C2の一方の端子(ゲートGl(o/e))は「L」(−3.3V)であり、他方の端子(基準電圧Vsub)は「H」(0V)であるので、40pFの容量C2には、−3.3Vの電圧差により132pCの電荷が蓄積されている。なお、極性は、図中に+−で示し、電荷の量を+−の数で示す。他の場合も同様である。
図10(b)に示す点灯直後の状態とは、図7の時刻dの直後である。1つの発光サイリスタLがオン状態に移行すると、前述したように、点灯信号線75が−1.7Vになる。すると、VI端子の「L」(−3.3V)と点灯信号線75の−1.7Vとの電圧差(−1.6V)が300Ωの抵抗RIに印加される。よって、オン状態の発光サイリスタLには、電流iとして5mA(=−1.6V/300Ω)が流れる。この電流iは、発光サイリスタLがオン状態である限り定常的に流れる。これが、図10(d)に示す定常電流(5mA)である。
また、発光サイリスタLがオン状態に移行する初期段階において、容量C1、C2を通過して、変位電流が流れる。変位電流は、容量C1と容量C2との直列容量Cp(=C1×C2/(C1+C2))の両端子間の電圧を−3.3Vから−1.7Vへと−1.6V変化させる。この例では、直列容量Cpは、28.6pFである。よって、総量として46pCの電荷が、オン状態の発光サイリスタLを介して流れる。この電流により、容量C1の電荷が0pCから46pCに、容量C2の電荷が132pCから86pCに変化する。よって、ゲートGlは、−2.16Vになる。
なお、この電荷は、直列容量Cpと内部抵抗Rpとで定まる時定数(Rp×Cs)で流れる。この例では、時定数は、約0.6nsである。これが、図10(d)にツノ電流として示す電流である。ツノ電流は、発光サイリスタLがオン状態になった直後の短時間において流れる大きな電流である。
次に、図10(c)に示す定常状態とは、図10(d)のツノ電流が終了した後の状態である。
ツノ電流が終了しても、ゲートGl(o/e)(−2.16V)とVg端子(「L」(−3.3V))との間に電圧差があるため、ゲートGl(o/e)の電圧が−3.3Vになるまでオン状態の発光サイリスタLを介して電流が流れる。これにより、容量C1の蓄積する電荷は、46pCから160pCへと114pC変化する。同様に、容量C2の蓄積する電荷は、86pCから132pCへと46pC変化する。この電流は、容量C1と抵抗Rtと内部抵抗Rpとで決まる時定数(C1×(Rt+Rp))で流れる。この例では、25nsである。これが、図10(d)に示す裾引き電流である。
図10(d)に示すように、発光チップU′では、図7のタイミングチャートの時刻dにおいて1つの発光サイリスタLがオフ状態からオン状態に移行すると、発光電流Pとして、オン状態の期間に亘って流れ続ける定常電流と、オン状態に移行した直後に流れる大きなツノ電流と、ツノ電流に引き続いて裾を引くように流れる裾引き電流とが流れる。
このため、発光サイリスタLの発光電流Pが定常電流になるまで、つまり発光サイリスタLの発光量の変動が小さくなるまで時間がかかることになる。
次に、第1の実施の形態における発光チップUにおける発光サイリスタLの部分(発光部102)を説明する。
図11は、第1の実施の形態が適用される発光チップUの発光サイリスタLの部分(発光部102)の等価回路である。図11(a)は、発光サイリスタLを個別に示す等価回路、図11(b)は、発光サイリスタLを集約した等価回路である。ここでは、発光サイリスタLは、512個あるとする。そして、全ての発光サイリスタLはオフ状態であるとする。
図11(a)において、オフ状態の発光サイリスタLについて説明する。なお、図9(a)と異なる部分を説明し、同様の部分の説明を省略する。奇数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rnを介して電圧設定線74aに接続されている。偶数番号の発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rnを介して電圧設定線74bに接続されている。そして、電圧設定線74aは、VI端子と点灯信号線75aとの間に設けられた直列接続された抵抗Rd1a、Rd2aの接続点に接続されている。なお、直列接続された抵抗Rd1a、Rd2aは、抵抗RI1と並列に接続されている。同様に、電圧設定線74bは、VI端子と点灯信号線75bとの間に設けられた直列接続された抵抗Rd1b、Rd2bの接続点に接続されている。なお、直列接続された抵抗Rd1b、Rd2bは、抵抗RI2と並列に接続されている。
図11(b)においても同様であって、ゲートGl(odd)がVI端子と点灯信号線75aとの間に設けられた直列接続された抵抗Rd1a、Rd2aの接続点に接続され、ゲートGl(even)がVI端子と点灯信号線75bとの間に設けられた直列接続された抵抗Rd1b、Rd2bの接続点に接続されている。
なお、抵抗Rd1a、Rd1bは、一例として4kΩ、抵抗Rd2a、Rd2bは、一例として1.6kΩに設定されている。
奇数番号の発光サイリスタL又は偶数番号の発光サイリスタLは、構成が同じである。よって、奇数番号の発光サイリスタL又は偶数番号の発光サイリスタLのいずれも同じ動作をする。そこで、奇数番号の発光サイリスタL又は偶数番号の発光サイリスタLの一方について、一つの発光サイリスタLを点灯させる前後の動作を説明する。
図12は、第2の実施の形態が適用される発光チップUにおける発光サイリスタLを点灯させる前後の動作を説明する図である。図12(a)は、点灯前の状態、図12(b)は、点灯直後の状態、図12(c)は、定常状態、図12(d)は、発光電流Pの時間に対する変化を示す。なお、ゲートGl(odd)とゲートGl(even)とを区別せず、発光サイリスタLのゲートGl(o/e)と表記する。同様に、点灯信号線75aと点灯信号線75bとを区別せず点灯信号線75と表記し、電圧設定線74aと電圧設定線74bを区別せず電圧設定線74と表記し、抵抗RI1、RI2を区別せず、抵抗RIと表記する。また、オン状態となる発光サイリスタLは、1個のダイオードで近似している。他は、前述した発光チップU′の場合と同じである。
図12(a)に示す点灯前の状態は、図10(a)の状態と同様であって、いずれの発光サイリスタLも点灯していないため、点灯信号線75及び電圧設定線74は、「L」(−3.3V)になっている。そして、容量C1は、0pC、容量C2は、132pCの電荷を蓄積している。
図12(b)に示す点灯直後の状態では、図10(b)と同様に、1つの発光サイリスタLがオン状態になると、前述したように、点灯信号線75が−1.7Vになる。すると、VI端子の「L」(−3.3V)と点灯信号線75の−1.7Vとの電圧差(−1.6V)が300Ωの抵抗RIに印加されているので、オン状態の発光サイリスタLには、電流iとして5mA(=−1.6V/300Ω)が流れる。この電流iは、発光サイリスタLがオン状態である限り定常的に流れる。この電流iが、図12(d)に示す定常電流(5mA)である。
また、図10(b)と同様に、発光サイリスタLがオン状態になる初期段階において、容量C1、C2を通過して、変位電流が流れる。変位電流は、容量C1と容量C2との直列容量Cp(=C1×C2/(C1+C2))の両端子間の電圧を−3.3Vから−1.7へと−1.6V変化させる。つまり、総量として46pCの電荷が、オン状態の発光サイリスタLを介して流れる。この電流により、容量C1の電荷が0PCから46pCに、容量C2の電荷が132pCから86pCに変化する。よって、ゲートGlは、ゲートGlは、−2.16Vになる。
なお、この電荷は、直列容量Cpと内部抵抗Rpとで定まる時定数(Rp×Cs)で流れる。この例では、時定数は、約0.6nsである。これが、図12(d)に示すツノ電流である。
このとき、電圧設定線74は、直列接続された抵抗Rd1、Rd2の接続点に接続されている。そして、直列接続された抵抗Rd1側の端子が−1.7Vの点灯信号線75に接続され、抵抗Rd2側の端子が「L」(−3.3V)のVI端子に接続されている。よって、電圧設定線74は、−2.16Vになっている。つまり、ゲートGl(o/e)の電圧と電圧設定線74の電圧とが同じになっている。この状態は、ゲートGl(o/e)の電圧に追従させて疑似的にフロート状態にしていると同じである。
このような電圧とするためには、抵抗Rd1、Rd2の抵抗値を容量C1、C2の容量に基づいて設定すればよい。つまり、抵抗Rd1、Rd2の抵抗値をRd1、Rd2とし、容量C1、C2の容量をC1、C2とするとき、Rd1:Rd2=C1:C2とすればよい。上記の例では、C1が100pF、C2が40pFであるので、Rd1を4kΩ、Rd2を1.6kΩとしている。
図12(c)に示す定常状態では、ゲートGl(o/e)の電圧(−2.16V)と電圧設定線74の電圧(−2.16V)とが同じであるので、ゲートGl(o/e)と電圧設定線74との間で電流が流れない。つまり、定常電流(5mA)のみが流れることになる。
図12(d)に示すように、発光チップUでは、発光サイリスタLがオフ状態からオン状態に移行すると、発光電流Pとして、オン状態の期間流れ続ける定常電流と、オン状態に移行した直後に流れる大きなツノ電流とが流れるが、発光チップU′で見られた裾引き電流が抑制される。
このため、発光サイリスタLの発光電流Pが定常電流になるまで、つまり発光サイリスタLの発光量の変動が小さくなるまでの時間が、発光チップU′に比べて短くなる。
なお、ここでは、ゲートGl(o/e)の電圧と電圧設定線74の電圧とを同じにするとして説明したが、電圧差が発光チップU′の場合に比べ小さければよい。電圧差が小さくなると、裾引き電流が小さくなり、発光サイリスタLの発光電流Pが定常電流になるまで、つまり発光サイリスタLの発光量の変動が小さくなるまでの時間が短くなる。なお、電圧設定線74の電圧は、抵抗Rd1、Rd2によって任意に設定しうる。
図13は、露光に使用可能な範囲を説明する図である。図13(a)は、第1の実施の形態が適用される発光チップUの場合、図13(b)は、比較例として示す発光チップU′の場合である。上側が、縦軸に発光強度、横軸に時間を示す図、下側が縦軸に露光量、横軸に時間を示す図である。なお、上側の図において、ツノ電流による発光をツノ発光、裾引き電流による発光を裾引き発光、定常電流による発光を定常発光と表記する。下側の図に示すように、ここでは、発光サイリスタLの点灯時間により、露光量が設定される。つまり、露光量を多くしたい場合は、点灯時間を長く設定し、露光量を少なくしたい場合は、点灯時間を短く設定する。
図13(a)に示すように、発光チップUでは、ツノ発光が生じるが裾引き発光がない場合を示している。この場合、ツノ発光の期間は短いため、発光チップUでは、露光量が設定される使用可能範囲が、図13(b)に示す発光チップU′に比べて広くなる。つまり、図13(b)に示す裾引き発光がある発光チップU′では、裾引き発光が生じている期間は、露光量を設定する使用可能範囲とできない。すなわち、発光チップUでは、短い発光期間から、露光量に対する直線性が確保される。
また、図13(a)に示すように、発光チップUでは、裾引き発光が生じないために最低露光量が、図13(b)に示す発光チップU′の場合に比べて小さくなる。つまり、図13(a)に示す裾引き発光がない発光チップUでは、ツノ発光による露光量のみが最低露光量となる。一方、図13(b)に示す裾引き発光がある発光チップU′では、ツノ発光と裾引き発光とを合計した露光量が、最低露光量となる。
なお、発光チップUにおいて、裾引き電流(裾引き発光)がないとしたが、発光チップU′に比べて、抑制されていればよい。
以上説明したように、第1の実施の形態が適用される発光チップUは、電圧設定線74を設け、1つの発光サイリスタLが点灯して点灯信号線75の電圧が変動した際に、オフ状態の発光サイリスタLのゲートGlの電圧を点灯電圧VI(ここでは、「L」(−3.3V))と異なる電圧に設定することで、ゲートGlの電圧が変動しないようにして、裾引き電流を抑制する。このとき、ゲートGlが接続されている電圧設定線74の電圧は、点灯電圧VIと点灯信号線75との電圧差を抵抗Rd1、Rd2で分割することで設定されている。
次に、第1の実施の形態における発光チップUの変形例を説明する。
図14は、発光チップUの変形例である発光チップUaの構成を説明する等価回路図の一例である。第1の実施の形態における光出射装置65(図4(b)参照)において、発光チップUを発光チップUaとした以外の構成は、発光チップUを用いた第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。そして、図14では、図5と同様に、信号発生回路110との関係において発光チップUa1を例に、発光チップUaを説明する。そこで、図14では発光チップUa1(Ua)と表記する。
発光チップUaは、発光チップUに対して、点灯電圧VIが供給されるVI端子と点灯信号線75a、75b、電圧設定線74a、74bとの接続方法が異なる。発光チップUaの他の構成は、発光チップUと同じであるので説明を省略する。
発光チップUaでは、発光チップUの抵抗RI1が直列接続された抵抗RI1a、RI1bに置き換えられている。そして、抵抗RI1a、RI1bの接続点が電圧設定線74aに接続されている。同様に、発光チップUの抵抗RI2が直列接続された抵抗RI2a、RI2bに置き換えられている。そして、抵抗RI2a、RI2bの接続点が電圧設定線74bに接続されている。なお、抵抗Rd1a、Rd2a、Rd1b、Rd2bを備えない。
このようにしても、電圧設定線74aは、点灯電圧VIと点灯信号線75aの電圧が抵抗RI1a、RI1bで分割された電圧に設定される。同様に、電圧設定線74bは、点灯電圧VIと点灯信号線75bの電圧が抵抗RI2a、RI2bで分割された電圧に設定される。
なお、抵抗RI1a、RI1bの抵抗値をRI1a、RI1bとしたとき、RI1a:RI1b=C1:C2に設定されるとよい。同様に、抵抗RI2a、RI2bの抵抗値をRI2a、RI2bとしたとき、RI2a:RI2b=C1:C2に設定されるとよい。
図15は、発光チップUの他の変形例である発光チップUbの構成を説明する等価回路図の一例である。第1の実施の形態における光出射装置65(図4(b)参照)において、発光チップUを発光チップUbとした以外の構成は、発光チップUを用いた第1の実施の形態と同様であるので説明を省略する。そして、図15では、図5と同様に、信号発生回路110との関係において発光チップUb1を例に、発光チップUbを説明する。そこで、図15では発光チップUb1(Ub)と表記する。
発光チップUbは、発光チップUと異なり、点灯電圧VIが供給されるVI端子に接続された点灯電圧線77を備える。そして、点灯電圧線77は、直列接続された抵抗Ri1a、Ri1bを介して、点灯信号線75aに接続されている。なお、直列接続された抵抗Ri1a、Ri1bは、奇数番号の発光サイリスタL毎に設けられている。つまり、直列接続された抵抗Ri1a、Ri1bと奇数番号の発光サイリスタLとが組を構成している。そして、奇数番号の発光サイリスタL毎に設けられた直列接続された抵抗Ri1a、Ri1bが、点灯信号線75aと点灯電圧線77との間に並列に設けられている。直列接続された抵抗Ri1a、Ri1bの接続点は、組を構成する奇数番号の発光サイリスタLのゲートGlに接続されている。
同様に、点灯電圧線77は、直列接続された抵抗Ri2a、Ri2bを介して、点灯信号線75bに接続されている。なお、直列接続された抵抗Ri2a、Ri2bは、偶数番号の発光サイリスタL毎に設けられている。つまり、直列接続された抵抗Ri2a、Ri2bと偶数番号の発光サイリスタLとが組を構成している。そして、偶数番号の発光サイリスタL毎に設けられた直列接続された抵抗Ri2a、Ri2bが、点灯信号線75bと点灯電圧線77との間に並列に設けられている。直列接続された抵抗Ri2a、Ri2bの接続点は、組を構成する奇数番号の発光サイリスタLのゲートGlに接続されている。
このようにしても、奇数番号のオフ状態の発光サイリスタLのゲートGlは、VI端子の点灯電圧VIと点灯信号線75aの電圧が抵抗Ri1a、Ri1bで分割された電圧に設定される。同様に、偶数番号のオフ状態の発光サイリスタLのゲートGlは、VI端子の点灯電圧VIと点灯信号線75bの電圧が抵抗Ri2a、Ri2bで分割された電圧に設定される。
なお、抵抗Ri1a、Ri1bの抵抗値をRi1a、Ri1bとしたとき、Ri1a:Ri1b=C1:C2に設定されるとよい。同様に、抵抗Ri2a、Ri2bの抵抗値をRi2a、Ri2bとしたとき、Ri2a:Ri2b=C1:C2に設定されるとよい。
なお、奇数番号の発光サイリスタLが点灯状態である場合に発光サイリスタLに流れる電流は、発光チップUにおける抵抗RI1の代わりに、(Ri1a+Ri1b)/Noで決まる。同様に、偶数番号の発光サイリスタLが点灯状態である場合に発光サイリスタLに流れる電流は、発光チップUにおける抵抗RI2の代わりに、(Ri2a+Ri2b)/Neで決まる。なお、Noは、奇数番号の発光サイリスタLの数、Neは、偶数番号の発光サイリスタLの数である。
また、点灯電圧線77と点灯信号線75a、75bとの間に各々抵抗を設けて、点灯状態の発光サイリスタLに流れる電流を調整してもよい。
第1の実施の形態では、奇数番号の転送サイリスタTに2個の設定サイリスタWが接続されている。なお、各設定サイリスタWに発光サイリスタLが接続されている。奇数番号の転送サイリスタTに1個の設定サイリスタWが接続されるように構成してもよく、3個以上の設定サイリスタWが接続されるようにしてもよい。なお、設定サイリスタWの数に応じて、点灯信号線75、電圧設定線74の数を設定すればよい。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では、発光チップVは、第1の実施の形態における発光チップUと異なり、設定サイリスタW、設定トランジスタQwなどを備えない。そして、隣接する転送サイリスタTの間に設けられた結合トランジスタQt毎に、発光サイリスタLが設けられている。第2の実施の形態では、第1の実施の形態の光出射装置65において、発光チップUを発光チップVに置き換え、発光チップVに対応させて信号発生回路110を信号発生回路110′に置き換えている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので、同様な部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
図16は、第2の実施の形態が適用される発光チップVの構成を説明する等価回路図の一例である。ここでは、信号発生回路110′との関係において発光チップV1を例に、発光チップVを説明する。そこで、図16では発光チップV1(V)と表記するが、以下では、発光チップVと表記する。なお、第1の実施の形態と同様な部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
信号発生回路110′は、第1の実施の形態の信号発生回路110と異なり、設定信号発生部130及び消灯信号発生部140を備えない。その代わりに、点灯信号発生部180を備える。つまり、図4の発光チップUを発光チップVに置き換えた場合に、点灯信号発生部180は、発光チップV1〜V20に各々異なる点灯信号φI1〜φI20を送信する。図16では、発光チップV1を例に説明するために、点灯信号φI1を示している。
発光チップVは、発光チップUと同様に基板80上に列状に配列された発光サイリスタL1、L2、L3、…を備える。そして、発光チップVは、発光サイリスタLと同様に列状に配列された転送サイリスタT1、T2、T3、…を備える。なお、第1の実施の形態と同様に、発光サイリスタL1、L2、L3、…をそれぞれ区別しない場合は発光サイリスタLと表記し、転送サイリスタT1、T2、T3、…をそれぞれ区別しない場合は転送サイリスタTと表記する。
また、発光チップVは、転送サイリスタTをそれぞれ番号順に2つをペアにして、それぞれのペアの間に結合トランジスタQt1、Qt2、Qt3、…を備える。なお、結合トランジスタQt1、Qt2、Qt3、…をそれぞれ区別しない場合は結合トランジスタQtと表記する。
そして、発光チップVは、スタート抵抗Rsを備える。さらに、発光チップVは、複数の抵抗を備える。なお、抵抗については、発光サイリスタL1、L2、L3、…などの区別する番号を付さない。
発光サイリスタLは、第1の実施の形態の発光サイリスタLと同様に、アノード、ゲートGl、カソードを有する3端子素子である。転送サイリスタTは、第1の実施の形態の転送サイリスタTと同様に、アノード、第1ゲートGtf、第2ゲートGts、カソードを有する4端子素子である。結合トランジスタQtは、第1の実施の形態における奇数番号の結合トランジスタQtと同様に、エミッタE、ベースB、第1コレクタCf、第2コレクタCsを備えるマルチコレクタである。
発光サイリスタLの数は、予め定められた個数とすればよい。第2の実施の形態において、発光サイリスタLの数を例えば512個とすると、転送サイリスタTの数も512個である。しかし、結合トランジスタQtの数は、転送サイリスタTの数より1少ない511個でよい。
なお、転送サイリスタTの数は、発光サイリスタLの数より多くてもよい。
図16では、発光サイリスタL1〜L6、転送サイリスタT1〜T6を中心とした部分を示している。
そして、発光チップVは、上記の素子を接続する複数の配線を備える。
発光チップVは、Vg端子に接続された電源線71を備える。電源線71には、電源電圧供給部170から、Vg端子を介して電源電圧Vgが供給される。
発光チップVは、φ1端子、φ2端子に各々抵抗R1、R2を介して接続された転送信号線72a、72bを備える。φ1端子、φ2端子には、転送信号発生部120から転送信号φ1、φ2が各々送信される。また、発光チップVは、φI端子に抵抗RIを介して接続された点灯信号線75を備える。φI端子には、点灯信号発生部180から点灯信号φI1が送信される。
また、発光チップVは、各発光サイリスタLのゲートの各々に抵抗Rmを介して接続された電圧設定線74を備える。電圧設定線74は、オフ状態の発光サイリスタLのゲートの電圧を設定する。
さらに、発光チップVは、基板80の裏面電極85にVsub端子を備える。Vsub端子には、基準電圧供給部160から基準電圧Vsubが供給される。
次に、接続関係を説明する。
転送サイリスタTは、アノードが基準電圧Vsubに設定されている。ゲートGtは、抵抗Rgを介して電源線71に接続されている。奇数番号の転送サイリスタTのカソードは、転送信号線72aに接続されている。偶数番号の転送サイリスタTのカソードは、転送信号線72bに接続されている。
結合トランジスタQtは、番号順に並べられた転送サイリスタの2つをペアとし、第2ゲートGtsと番号が1つ大きい転送サイリスタTの第1ゲートGtfとの間に設けられている。
発光サイリスタLは、アノードが基準電圧Vsubに設定されている。ゲートGlは、抵抗Rmを介して電圧設定線74に接続されている。発光サイリスタLのカソードは、点灯信号線75に接続されている。
さらに、電源線71と点灯信号線75との間に、直列接続された抵抗Rd1、Rd2で接続されている。なお、抵抗Rd1が電源線71側に、抵抗Rd2が点灯信号線75側に接続されている。そして、電圧設定線74は、直列接続された抵抗Rd1、Rd2の接続点に接続されている。
上記した、抵抗R1、R2、Rg、Rm、RI、Rd1、Rd2は、電流を制限して、前後の配線の電圧を維持する電流制限抵抗である。
<タイミングチャート>
次に、発光チップVの動作について説明する。
基準電圧Vsubを「H」(0V)、電源電圧Vgを「L」(−3.3V)とする。そして、信号(転送信号φ1、φ2、点灯信号φI1)は「H」(0V)と「L」(−3.3V)との電圧を有しているとする。
そして、一例として、抵抗R1、R2、RIは、各々200Ω、抵抗Rgは、10kΩとする。抵抗Rd1は、4kΩ、抵抗Rd2は、1.6kΩとする。そして、抵抗Rmは、36kΩとする。他の値は、第1の実施の形態と同じとする。つまり、転送サイリスタTの内部抵抗rkは、60kΩであって、オン状態の転送サイリスタTのカソード(転送信号線72a、72b)は、−1.8Vになるとする。また、発光サイリスタLの内部抵抗は、20Ωであって、オン状態の発光サイリスタLのカソード(点灯信号線75)は、−1.7Vになるとする。
上記の数値は、例であって、他の値を設定することができる。
光出射装置65(図3における発光チップUを発光チップVに置き換え、信号発生回路110を信号発生回路110′に置き換えた構成)は、発光チップV1〜V20を備えている。第1の実施の形態と同様に、回路基板62上の全ての発光チップV(発光チップV1〜V20)には、基準電圧Vsub及び電源電圧Vgが共通に供給される。
そして、発光チップV1〜V20には、前述したように、転送信号φ1、φ2が共通に送信される。全ての発光チップVは並列に駆動される。
一方、点灯信号φI1が発光チップV1に送信され、点灯信号φI2〜φI20が発光チップV2〜V20に送信される。ここでも、点灯信号φI1〜φI20は、同じタイミングで並列に送信される。よって、発光チップVは並列に駆動される。なお、点灯信号φI1〜φI20を区別しないときは、点灯信号φIと表記する。
なお、発光サイリスタLの光量を調整するなどのために、点灯信号φIのタイミングをずらして送信してもよく、発光チップV間でずらして送信してもよい。
発光チップV2〜V20は発光チップV1と並行して駆動されるので、発光チップV1の動作を説明すれば足りる。
以下では、発光チップV1の動作を説明する。
図17は、発光チップV1の動作を説明するタイミングチャートである。ここでは、発光チップV1を例に説明する。よって、点灯信号φI1と表記する。そして、アルファベット順(a、b、c、…)に時間が経過するとする。なお、図17のアルファベットで示す時刻及び期間Tと、図7のアルファベットで示す時刻及び期間Tとは、異なる。
図17は、発光サイリスタL1〜L6を点灯制御する期間を示し、発光サイリスタL1、L2、L3、L5、L6を点灯状態とし、発光サイリスタL4を非点灯状態とする。
以下では、図16を参照して、時刻順に発光チップV1の動作を説明する。なお、他の発光チップVの動作も同様である。
発光チップV1の発光サイリスタL1は、時刻cから時刻gの期間T(1)において、発光サイリスタL2は、時刻gから時刻kの期間T(2)において、点灯制御される。他の発光サイリスタL3〜L6も、期間T(3)〜T(6)において点灯制御される。ここでは、画像データによって変化する点灯信号φI1を除いて、連続する奇数番号の期間Tと偶数番号の期間Tとの信号波形が、繰り返す。つまり、期間T(1)と期間T(2)との信号波形が、期間T(3)と期間T(4)において繰り返す。ここでは、期間T(1)、T(2)、T(3)、…は、同じ長さの期間とする。なお、時刻aから時刻cまでの期間は、発光チップV1が動作を開始する期間である。この期間の信号については、動作の説明において説明する。
期間T(1)と期間T(2)との時刻cから時刻kにおいて、転送信号φ1、φ2を説明する。
転送信号φ1は、時刻cで「L」であって、時刻fで「L」から「H」に移行する。そして、時刻iで「H」から「L」に移行し、時刻kで「L」を維持する。
転送信号φ2は、時刻cで「H」であって、時刻eで「H」から「L」に移行する。そして、時刻jで「L」から「H」に移行し、時刻kで「H」を維持する。転送信号φ1、φ2は、期間T(1)と期間T(2)との期間Tの2倍の期間を単位として繰り返す。そして、時刻eから時刻fまでの期間のように、共に「L」となる期間を挟んで、交互に「H」と「L」とを繰り返す。そして、時刻aから時刻bまでの期間を除いて、転送信号φ1と転送信号φ2とは、同時に「H」となる期間を有さない。
転送信号φ1、φ2との一組の信号により、図16に示した転送サイリスタTのオン状態が、番号順に転送されていく。
次に、期間T(1)において点灯信号φI1を説明する。
点灯信号φI1は、時刻cで「H」から「L」に移行し、時刻dで「L」から「H」に移行する。そして、時刻gにおいて、「H」から「L」に移行する。なお、点灯信号φI1が「L」となる期間は、転送信号φ1が「L」であり、且つ転送信号φ2が「H」である期間である。
点灯信号φI1は、期間T(1)と同様な波形が、期間T(2)において繰り返す。つまり、点灯信号φI1は、期間Tを単位とする信号である。
では、図16を参照しつつ、図17に示した発光チップV1のタイミングチャートにしたがって、第2の実施の形態における発光チップV1の動作を説明する。
(1)時刻a
基準電圧Vsub及び電源電圧Vgの供給を開始した時刻aでの状態(初期状態)について説明する。
図17に示したタイミングチャートの時刻aにおいて、光出射装置65(図3における発光チップUを発光チップVに置き換え、信号発生回路110を信号発生回路110′に置き換えた構成)に電源が投入されるとする。すると、信号発生回路110′に電源が供給され、各種の信号及び各種の電圧が設定される。ここでは、基準電圧供給部160により、基準電圧Vsubが「H」(0V)に設定される。これにより、各発光チップVの裏面電極85が「H」(0V)になる。電源電圧供給部170により、電源電圧Vgが「L」(−3.3V)に設定される。これにより、Vg端子を介して、各発光チップVの電源線71が「L」(−3.3V)になる。
時刻aにおいては、いずれの転送サイリスタT、結合トランジスタQt及び発光サイリスタLがオフ状態である。
転送信号発生部120により、転送信号φ1、φ2が「H」(0V)に設定される。すると、各発光チップUのφ1端子、φ2端子が「H」(0V)になる。これにより、抵抗R1、R2を介して、転送信号線72a、72bが「H」(0V)に設定される。
同様に、点灯信号発生部180により、点灯信号φI1が「H」(0V)に設定される。すると、発光チップV1のφI端子が「H」(0V)になる。これにより、抵抗RIを介して、点灯信号線75が「H」(0V)に設定される。
すると、電圧設定線74は、「L」(−3.3V)の電源線71と、「H」(0V)の点灯信号線75との間に接続された抵抗Rd1、Rd2とで分圧された電圧になっている。ここでは、抵抗Rd1が4kΩ、抵抗Rd2が1.6kΩであるので、電圧設定線74は、−0.94Vになっている。
次に、図16を参照しつつ、図17に示したタイミングチャートにしたがって、発光チップV1の動作を説明する。他の発光チップV2〜V20も同様である。
転送サイリスタT及び発光サイリスタLのアノードは、Vsub端子である裏面電極85に接続されているので「H」に設定される。結合トランジスタQtのエミッタEも、Vsub端子である裏面電極85に接続されているので「H」に設定される。
奇数番号の転送サイリスタT1、T3、T5、…の各々のカソードは、「H」の転送信号線72aに接続され、偶数番号の転送サイリスタT2、T4、T6、…の各々のカソードは、「H」の転送信号線72bに接続されている。よって、転送サイリスタTのアノード及びカソードはともに「H」となり、転送サイリスタTはオフ状態にある。
同様に、転送サイリスタTに接続された結合トランジスタQtもオフ状態にある。
発光サイリスタLのカソードは、「H」の点灯信号線75に接続されている。よって、発光サイリスタLのアノード及びカソードはともに「H」となり、発光サイリスタLはオフ状態にある。
後述する転送サイリスタT1の第1ゲートGtfを除いて、転送サイリスタTの第1ゲートGtfは、抵抗Rgを介して電源電圧Vg(「L」(−3.3V))の電源線71に接続されている。よって、しきい電圧が、−4.8Vである。
また、発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rmを介して−0.94Vの電圧設定線74に接続されている。よって、しきい電圧は、−2.44Vである。
転送サイリスタT1のゲートGtは、スタート抵抗Rsを介して「H」(0V)のφ2端子に接続されている。よって、第1の実施の形態と同様に、転送サイリスタT1の第1ゲートGtfが−0.55Vとなり、しきい電圧が−2.05Vになっている。
(2)時刻b
時刻bにおいて、転送信号φ1が「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。これにより発光チップV1が動作状態に入る。
すると、抵抗R1を介して、転送信号線72aが「H」から「L」に移行する。しきい電圧が−2.05Vの転送サイリスタT1がターンオンする。番号が3以上の奇数番号の転送サイリスタTは、しきい電圧が−4.8Vであるので、ターンオンしない。一方、偶数番号の転送サイリスタTは、転送信号線72bが「H」(0V)であるので、ターンオンしない。
転送サイリスタT1は、ターンオンすると、第1ゲートGtfが−0.2Vになり、第2ゲートGtsが−1.5Vになる。さらに、カソードが−1.8Vになる。すると、結合トランジスタQt1の第1コレクタCf及び第2コレクタCsが−0.2Vになる。
これにより、結合トランジスタQt1の第1コレクタCfに接続された発光サイリスタL1は、ゲートGlが−0.2Vになり、しきい電圧が−1.7Vになる。
また、転送サイリスタT2は、第1ゲートGtfが結合トランジスタQt1の第2コレクタCsに結合抵抗Rcを介して接続されるとともに、電源線71に抵抗Rgで接続されている。結合抵抗Rcは2kΩ、抵抗Rgは10kΩであるので、第1ゲートGtfが−0.72Vになり、しきい電圧が−2.22Vになる。
時刻bの直後において、転送サイリスタT1がオン状態にある。
(3)時刻c
時刻cにおいて、点灯信号φI1が「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。
すると、点灯信号線75が「H」から「L」に移行する。すると、しきい電圧が−1.7Vである発光サイリスタL1がターンオンする。なお、他の発光サイリスタLは、しきい電圧が−2.44Vであるが、−2.44Vより高いしきい電圧(−1.7V)の発光サイリスタL1がターンオンして、点灯信号線75を−1.8Vに設定するので、ターンオンしない。
なお、電圧設定線74は、「L」(−3.3V)の電源線71と−1.7Vの点灯信号線75とが抵抗Rd1、Rd2で分圧された−2.16Vに設定される。
時刻cの直後において、転送サイリスタT1がオン状態にあり、発光サイリスタL1がオン状態で点灯している。
(4)時刻d
時刻dにおいて、発光チップV1に送信される点灯信号φI1が、「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、点灯信号線75が「L」から「H」に移行する。すると、オン状態の発光サイリスタL1のアノードとカソードとが「H」になり、ターンオフして消灯する(非点灯になる)。
すなわち、発光チップV1の発光サイリスタL1は、時刻cの点灯信号φI1が「H」から「L」に移行するタイミングでターンオンして点灯し、時刻dの点灯信号φI1が「L」から「H」に移行するタイミングでターンオフして、消灯する。時刻cから時刻dまでの期間が、発光チップV1の発光サイリスタL1の点灯(発光)期間に対応する。
時刻dの直後において、転送サイリスタT1がオン状態にある。
(5)時刻e
時刻eにおいて、転送信号φ2が、「H」(0V)から「L」(−3.3V)に移行する。
すると、転送信号線72bが「H」から「L」に移行すると、しきい電圧が−2.22Vである転送サイリスタT2がターンオンする。しかし、番号が4以上の偶数番号の転送サイリスタTは、しきい電圧が−4.8Vであるので、ターンオンしない。
転送サイリスタT2がターンオンすると、時刻bで転送サイリスタT1がターンオンした場合と同様に、結合トランジスタQt2がオフ状態からオン状態に移行する。そして、結合トランジスタQt2の第1コレクタCf、第2コレクタCsが−0.2Vになる。そして、発光サイリスタL2は、ゲートGlが−0.2Vになり、しきい電圧が−1.7Vになる。
転送サイリスタT3は、第1ゲートGtfが結合トランジスタQt2の第2コレクタCsに結合抵抗Rcを介して接続されているので、しきい電圧が−2.22Vになる。
時刻eの直後においては、転送サイリスタT1、T2がオン状態にある。
(6)時刻f
時刻fにおいて、転送信号φ1が、「L」(−3.3V)から「H」(0V)に移行する。
すると、転送信号線72aが−1.8Vから「H」(0V)に移行する。オン状態にあった転送サイリスタT1は、カソード及びアノードがともに「H」となるので、ターンオフする。これにより、転送サイリスタT1は、第1ゲートGtfが−3.3Vになり、しきい電圧が−4.8Vになる。
時刻fの直後においては、転送サイリスタT2がオン状態にある。
(7)時刻g
時刻gにおいて、点灯信号φI1が「H」(0V)から「L」(−3V)に移行する。
すると、点灯信号線75が「H」から「L」に移行する。時刻cと同様に、しきい電圧が−1.7Vである発光サイリスタL2がターンオンする。
時刻gの直後においては、転送サイリスタT2がオン状態で、発光サイリスタL2がオン状態で点灯している。
以下の時刻hは、時刻dと同様であり、時刻iは、時刻eと同様であり、時刻jは、時刻fと同様である。よって、説明を省略する。
なお、発光サイリスタLを点灯しない場合には、時刻kに示すように、点灯信号φI1を、「H」(0V)に維持すればよい。発光サイリスタL3のしきい電圧が−1.7Vであっても、発光サイリスタL3は、ターンオンせず点灯しない。
以上においては、点灯制御する発光サイリスタLに着目して、発光チップVの動作を説明した。しかし、発光チップVには、複数の発光サイリスタLが設けられ、カソードが点灯信号線75に接続されている。そして、発光サイリスタLのゲートGlは、抵抗Rmを介して電圧設定線74に接続されている。
上記したように、点灯信号線75の電圧は、いずれの発光サイリスタLも点灯していな場合の「H」(0V)と、1つの発光サイリスタLが点灯する場合の−1.7Vとに変化する。例えば、発光チップUが512個の発光サイリスタLを備える場合、点灯信号線75には、512個の発光サイリスタLが並列接続されていることになる。そして、オフ状態の発光サイリスタLは、点灯信号線75の電圧の変動に対して、負荷容量として働くことになる。
ここで、比較例の発光チップV′について説明する。
図18は、比較例として示す発光チップV′の構成を説明する等価回路図の一例である。比較例における発光チップU′は、第2の実施の形態が適用される発光チップUを置き換えられるように構成されている。
ここでも、信号発生回路110′との関係において発光チップV′1を例に、発光チップV′を説明する。そこで、図18では発光チップV′1(V′)と表記するが、以下では、発光チップV′と表記する。なお、発光チップVと同じ部分は、同じ符号を付して説明を省略する。
発光チップV′は、図16に示した第2の実施の形態の発光チップVと異なり、転送サイリスタTは、第1ゲートGtfのみを備える。以下では、ゲートGtと表記する。そして、結合トランジスタQtの代わりに結合ダイオードDを備え、スタート抵抗Rsの代わりに、スタートダイオードDsを備える。そして、電圧設定線74を備えない。このため、各発光サイリスタLのゲートGlは、発光サイリスタLのゲートGtに直接接続されている。したがって、発光チップV′は、発光チップVに比べ、構成が簡略化されている。
なお、発光チップV′は、発光チップVと同様に、図17に示したタイミングチャートに従って動作する。なお、転送サイリスタTのゲートGt及び発光サイリスタLのゲートGlの電圧は、次に説明するように発光チップVと異なる。
つまり、時刻aにおいて、転送サイリスタT1は、スタートダイオードDsによりゲートGtが−1.5Vであり、しきい電圧が−3Vである。発光サイリスタL1も同様である。また、転送サイリスタT2は、ゲートGtが−3Vであり、しきい電圧が−4.5Vである。発光サイリスタL2も同様である。番号が3以上の転送サイリスタTは、ゲートGtが抵抗Rgを介して「L」(−3.3V)であるので、しきい電圧が−4.8Vである。番号が3以上の発光サイリスタLも、同様である。
そして、時刻bにおいて、転送信号φ1が「L」(−3.3V)になると、しきい電圧が−3Vの転送サイリスタT1がターンオンする。そして、転送サイリスタT1のゲートGtが、−0.2Vになる。すると、発光サイリスタLは、しきい電圧が−1.7Vになる。また、結合ダイオードD1で接続された転送サイリスタT2のゲートGtが−1.7Vになる。これにより、転送サイリスタT2は、しきい電圧が−3.2Vになる。
時刻c、dでの動作は、発光チップVと同じである。また、時刻e、fでは、オン状態の転送サイリスタTのゲートGtの電圧が、発光チップVの結合トランジスタQtと異なって結合ダイオードDによって制御される。
ここで、発光チップV′の発光サイリスタLの部分(発光部102)の動作を説明する。
図19は、比較例として示す発光チップV′における発光サイリスタLを点灯させる前後の動作を説明する図である。図19(a)は、点灯前の状態、図19(b)は、点灯直後の状態、図19(c)は、定常状態、図19(d)は、発光電流Pの時間に対する変化を示す。なお、図9、図11で説明したように、ゲートGlをまとめてゲートGl(a)と表記する。オン状態となる発光サイリスタLは、1個のダイオードで近似している。なお、内部抵抗Rpは、オン状態の発光サイリスタLの内部抵抗である。前述したように、内部抵抗Rpは、20Ωである。また、抵抗RIは、200Ωである。そして、発光サイリスタLのゲートGl−アノード間の容量CGAを合計した容量C1を50pF、ゲートGl−カソード間の容量CGKを合計した容量C2を20pFとする。また、抵抗Rmを36kΩとしたので、抵抗Rtは、70Ωである。
図19(a)に示す点灯前の状態とは、図17に示したタイミングチャートにおける時刻bと時刻cとの間の状態に対応する。このとき、点灯信号φIは「H」(0V)であって、点灯信号線75は、「H」(0V)になっている。発光サイリスタLはオフ状態であるので、電流が流れない。また、ゲートGl(a)は、抵抗Rtを介して電源電圧Vg(「L」(−3.3V))のVg端子に接続されている。よって、ゲートGl(a)は、「L」(−3.3V)になっている。よって、容量C1の両端子間には、−3.3Vが印加されている。よって、容量C1には、165pCの電荷が蓄積されている。同様に、容量C2の両端子間にも、−3.3Vが印加されている。よって、容量C2には、66pCの電荷が蓄積されている。なお、極性は、図中に+−で示し、電荷の量を+−の数で示す。他の場合も同様である。
図19(b)に示す点灯直後の状態とは、図17の時刻bの直後である。1つの発光サイリスタLがオン状態に移行すると、前述したように、点灯信号線75が−1.7Vになる。すると、φI端子の「L」(−3.3V)と点灯信号線75の−1.7Vとの電圧差(−1.6V)が200Ωの抵抗RIに印加される。よって、抵抗RIには、電流iとして8mA(=−1.6V/200Ω)が流れる。この電流iは、発光サイリスタLがオン状態である限り定常的に流れる。これが、図19(d)に示す定常電流(8mA)である。
また、発光サイリスタLがオン状態に移行する初期段階において、容量C1、C2を通過して、変位電流が流れる。変位電流は、容量C1と容量C2との直列容量Cp(=C1×C2/(C1+C2))の両端子間の電圧を0Vから−1.7Vへと−1.7V変化させる。この例では、直列容量Cpは、14.3pFである。よって、総量として24pCの電荷が、容量C1、C2からφI端子に流れる。この電荷の移動による電流により、容量C1の電荷が165pCから141pCに、容量C2の電荷が66pCから90pCに変化する。そして、ゲートGlは、−4.5Vになる。
定常電流は一定であるので、この電流により発光サイリスタLに流れる電流が減少することになる。
なお、この電流は、直列容量Cpと抵抗RIとで定まる時定数(RI×Cp)で流れる。この例では、時定数は、約2.9nsである。これが、図19(d)にツノ電流として示す電流である。
次に、図19(c)に示す定常状態とは、図19(d)のツノ電流が終了した後の状態である。
ツノ電流が終了しても、ゲートGl(a)(−4.5V)とVg端子(「L」(−3.3V))との間に電圧差があるため、ゲートGl(a)の電圧が−3.3VになるまでφI端子側及びVsub端子側に電荷の移動による電流が流れる。このとき、容量C1を介して、61pCの電荷が抵抗RIを介して流れる。また、容量C2を介して、24pCの電荷がVsub端子に流れる。これにより、容量C1の蓄積する電荷は、141pCから80pCへと61pC変化する。同様に、容量C2の蓄積する電荷は、90pCから66pCへと24pC変化する。定常電流は一定であるために、容量C1を介して、抵抗RIに流れる電荷は、発光サイリスタLに流れる電流を減少させる。
なお、この電荷は、容量C1と抵抗Rtと抵抗RIとで決まる時定数(C1×(Rt+RI))で流れる。この例では、13.5nsである。これが、図19(d)に示す裾引き電流である。
図19(d)に示すように、発光チップV′では、図17のタイミングチャートの時刻bなどにおいて1つの発光サイリスタLがオフ状態からオン状態に移行すると、発光電流Pとして、発光サイリスタLに流れる電流が、オン状態に移行した直後に抵抗RIに流れる大きなツノ電流と、ツノ電流に引き続いて裾を引くように流れる裾引き電流とにより減少させられている。
このため、発光サイリスタLに流れる発光電流Pが定常電流になるまで、つまり発光サイリスタLの発光量の変動が小さくなるまで時間がかかることになる。
次に、第2の実施の形態における発光チップVにおける発光サイリスタLの部分(発光部102)の動作を説明する。
図20は、第2の実施の形態が適用される発光チップVにおける発光サイリスタLを点灯させる前後の動作を説明する図である。図20(a)は、点灯前の状態、図20(b)は、点灯直後の状態、図20(c)は、定常状態、図20(d)は、発光電流Pの時間に対する変化を示す。なお、ゲートGlをまとめてゲートGl(a)と表記する。また、オン状態となる発光サイリスタLは、1個のダイオードで近似している。他は、前述した発光チップV′の場合と同じである。なお、点灯信号線75と電源線71との間に設けられた抵抗Rd1、Rd2は、各々4kΩ、1.6Ωとする。
図20(a)に示す点灯前の状態は、点灯信号φIが「H」(0V)に設定され、いずれの発光サイリスタLも点灯していないため、点灯信号線75は、点灯信号φIの「H」(0V)とVg端子の「L」(−3.3V)とが、抵抗RI:Rd1+抵抗Rd2とで分割された−0.11Vに設定される。同様に、電圧設定線74は、点灯信号φIの「H」(0V)とVg端子の「L」(−3.3V)とが、抵抗RI+抵抗Rd2:抵抗Rd1で分割された−1.02Vに設定される。これにより、容量C1は、電位差が0.91Vとなるので46pCの電荷を蓄積し、容量C2は、電位差が1.02Vとなるので20pCの電荷を蓄積している。
図20(b)に示す点灯直後の状態では、1つの発光サイリスタLがオン状態になると、前述したように、点灯信号線75が−1.7Vになる。すると、φI端子の「L」(−3.3V)と点灯信号線75の−1.7Vとの電圧差(−1.6V)が200Ωの抵抗RIに印加されているので、抵抗RIに、電流iとして8mA(=−1.6V/200Ω)が流れる。この電流iは、発光サイリスタLがオン状態である限り定常的に流れる。この電流iが、図12(d)に示す定常電流(8mA)である。
また、図20(b)と同様に、発光サイリスタLがオン状態になる初期段階において、容量C1、C2を通過して、変位電流が流れる。ここでは、点灯信号線75は、−0.11Vから−1.7Vへと−1.59V変化する。よって、容量C1、C2を介して23pFの電荷が、抵抗RIを介してφI端子に流れる。定常電流は一定であるので、電荷の流れによる電流は、発光サイリスタLに流れる電流を減少させる。また、この電荷の流れによって、容量C1は、46pCから23pCに、容量C2は、20pCから43pCになる。そして、ゲートGl(a)は、−2.16Vになる。また、ゲートGl(a)は、点灯信号線75(−1.7V)と電源線71(「L」(−3.3V))との間に設けられた直列接続された抵抗Rd1、Rd2の接続点に接続されている。ここでは、抵抗Rd1は、4kΩ、抵抗Rd2は、1.6kΩであるので、接続点の電圧は、−2.16Vになる。
この電荷の流れによる電流が図20(d)に示すツノ電流である。
図20(c)に示す定常状態では、ゲートGl(a)の電圧(−2.16V)と電圧設定線74の電圧(−2.16V)とが同じとなっているので、抵抗Rtを介した電流が流れない。この状態は、ゲートGl(a)の電圧に追従させて、疑似的にフロート状態にしていると同じである。そして、定常電流(8mA)が発光サイリスタLを流れることになる。
このような電圧の関係にするめには、抵抗Rd1、Rd2の抵抗値を容量C1、C2の容量に基づいて設定すればよい。つまり、抵抗Rd1、Rd2の抵抗値をRd1、Rd2とし、容量C1、C2の容量をC1、C2とするとき、Rd1:Rd2=C1:C2とすればよい。上記の例では、C1が50pF、C2が20pFであるので、Rd1を4kΩ、Rd2を1.6kΩとしている。
図20(d)に示すように、発光チップVでは、発光サイリスタLがオフ状態からオン状態に移行すると、発光電流Pとして、オン状態の期間流れ続ける定常電流と、オン状態に移行した直後に流れる大きなツノ電流とが流れるが、発光チップV′で見られた裾引き電流が抑制される。
このため、発光サイリスタLの発光電流Pが定常電流になるまで、つまり発光サイリスタLの発光量の変動が小さくなるまでの時間が、発光チップV′に比べて短くなる。
なお、ここでは、ゲートGl(a)の電圧と電圧設定線74の電圧とを同じにするとして説明したが、電圧差が発光チップU′の場合に比べ小さければよい。電圧差が小さくなると、裾引き電流が小さくなり、発光サイリスタLの発光電流Pが定常電流になるまで、つまり発光サイリスタLの発光量の変動が小さくなるまでの時間が短くなる。なお、電圧設定線74の電圧は、抵抗Rd1、Rd2によって任意に設定しうる。
なお、図16に示す第2の実施の形態において、図18に示す結合ダイオードDを用いた構成を採用しないのは、発光サイリスタLのゲートGlと転送サイリスタTのゲートGtとが接続されると、転送サイリスタTのゲートGtが−1.02Vとなって、結合ダイオードDの拡散電圧Vd(1.5V)より絶対値において小さくなってしまうためである。
第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、サイリスタ(転送サイリスタT、発光サイリスタL、設定サイリスタW(第1の実施の形態)、消灯サイリスタRT(第1の実施の形態))は、アノードが基板80に接続されたアノードコモンとし、トランジスタ(結合トランジスタQt(第1の実施の形態及び第2の実施の形態)、設定トランジスタQw(第1の実施の形態))はpnpバイポーラトランジスタとして説明した。
回路の極性を変更することによって、サイリスタ(転送サイリスタT、発光サイリスタL、設定サイリスタW(第1の実施の形態)、消灯サイリスタRT(第1の実施の形態))をカソードが基板80に接続されたカソードコモンとし、トランジスタ(結合トランジスタQt(第1の実施の形態及び第2の実施の形態)、設定トランジスタQw(第1の実施の形態))をnpnバイポーラトランジスタとしてもよい。
さらに、結合トランジスタQt、設定トランジスタQwをpnpバイポーラトランジスタ又はnpnバイポーラトランジスタとしたが、電界効果トランジスタ(FET)などの三端子スイッチ素子を用いてもよい。
さらにまた、結合抵抗Rcは、結合トランジスタQtのコレクタに内在する抵抗(寄生抵抗)であってもよく、転送サイリスタTの第1ゲートGtfに内在する抵抗(寄生抵抗)であってもよい。
また、第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、転送信号φ1、φ2の2相にて転送サイリスタTを駆動したが、3相以上の転送信号を用いてもよい。
1…画像形成装置、10…画像形成プロセス部、11(11Y、11M、11C、11K)…画像形成ユニット、12…感光体ドラム、14…プリントヘッド、30…画像出力制御部、40…画像処理部、62…回路基板、63…光源部、64…ロッドレンズアレイ、65…光出射装置、71…電源線、72a、72b…転送信号線、73a、73b…設定信号線、74、74a、74b…電圧設定線、75、75a、75b…点灯信号線、76a、76b…消灯信号線、77…点灯電圧線、80…基板、81…p型の第1半導体層、82…n型の第2半導体層、83…p型の第3半導体層、84…n型の第4半導体層、101…転送部、102…発光部、103…設定部、110、110′…信号発生回路、120…転送信号発生部、130…設定信号発生部、140…消灯信号発生部、150…点灯電圧供給部、160…基準電圧供給部、170…電源電圧供給部、180…点灯信号発生部、φ1、φ2…転送信号、φI…点灯信号、φR…消灯信号、φW(φWa1〜φWa20、φWb1〜φWb20)…設定信号、D…結合ダイオード、L(L1、L2、L3、…)…発光サイリスタ、Qt(Qt1、Qt2、Qt3、…)…結合トランジスタ、Qw(Qw1、Qw2、Qw3、…)…設定トランジスタ、RT1、RT2…消灯サイリスタ、W(W1、W3、W5、…)…設定サイリスタ、T(T1、T2、T3、…)…転送サイリスタ、U(U1〜U20)、U′、Ua、Ub、V、V′…発光チップ、Vg…電源電圧、Vsub…基準電圧

Claims (11)

  1. アノード、カソード及びゲートを有し、当該アノードと当該カソードとが、基準電圧の供給される基準電圧線と、点灯を開始させる点灯開始電圧の供給される点灯電圧線との間に並列接続された複数の発光サイリスタと、
    複数の前記発光サイリスタの内の少なくとも1つの当該発光サイリスタがオフ状態からオン状態に移行すると、複数の当該発光サイリスタの各々のゲートの電圧を、前記点灯開始電圧と当該発光サイリスタのオン状態電圧との間の電圧に設定するゲート電圧設定手段と、
    を備える発光装置。
  2. 前記ゲート電圧設定手段は、前記ゲートに設定される前記電圧を、複数の前記発光サイリスタにおけるゲートとカソードとの間の第1の寄生容量と、ゲートとアノードとの間の第2の寄生容量との関係によって設定することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記ゲートに設定される前記電圧は、前記点灯開始電圧と前記オン状態電圧との差が、前記第1の寄生容量と前記第2の寄生容量との比で分圧された値であることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記ゲート電圧設定手段は、前記ゲートに設定される前記電圧を、前記点灯電圧線と前記点灯開始電圧を供給する電源線との間に直列接続され、接続点が当該ゲートに接続された直列抵抗により設定することを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
  5. 前記直列抵抗の抵抗値は、前記ゲートに設定される前記電圧を、複数の前記発光サイリスタにおけるゲートとカソードとの間の第1の寄生容量と、ゲートとアノードとの間の第2の寄生容量との比で設定されていることを特徴とする請求項4に記載の発光装置。
  6. アノード、カソード及びゲートを有し、当該アノードと当該カソードとが、基準電圧の供給される基準電圧線と、点灯を開始させる点灯開始電圧の供給される点灯電圧線との間に並列接続された複数の発光サイリスタと、
    複数の前記発光サイリスタの各々の前記ゲートの電圧を、オン状態の発光サイリスタのゲートの電圧に追従させて、当該ゲートを疑似的にフロート状態に設定するゲート電圧設定手段と、
    を備える発光装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置を含む発光部と、
    前記発光部に含まれる複数の発光サイリスタに各々が接続され、順にオン状態が伝搬する複数の転送素子を含む転送部と、を備え、
    前記転送部に含まれる転送素子がオン状態になることにより、前記発光部に含まれる発光サイリスタがオン状態に移行可能になることを特徴とする光源装置。
  8. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置を含む発光部と、
    前記発光部に含まれる複数の発光サイリスタに各々が接続され、順にオン状態が伝搬する複数の転送素子を含む転送部と、
    前記発光部と前記転送部との間に、当該転送部に含まれる複数の前記転送素子の各々と接続され、且つ、当該発光部に含まれる複数の前記発光サイリスタの各々と接続される複数の設定素子を含む設定部と、を備え、
    前記設定素子は、接続された転送素子がオン状態になることでオン状態に移行可能になり、オン状態になることで接続された発光サイリスタをオン状態に設定させることを特徴とする発光装置。
  9. 複数の前記発光部と複数の前記設定部とを備え、
    前記転送部に含まれる前記転送素子は、複数の前記設定部の各々の前記設定素子に接続され、
    複数の前記設定部の各々の前記設定素子は、複数の前記発光部の各々の発光サイリスタに接続されていることを特徴とする請求項8に記載の発光装置。
  10. 請求項7から9に記載の発光装置と、
    前記発光装置から出射される光を結像させる光学手段と、
    を備えるプリントヘッド。
  11. 像保持体と、
    前記像保持体を帯電する帯電手段と、
    請求項10に記載のプリントヘッドを備え、前記帯電手段により帯電された前記像保持体を露光する露光手段と、
    前記露光手段により露光され前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
    前記像保持体に現像された画像を被転写体に転写する転写手段と、
    を備える画像形成装置。
JP2018179698A 2018-09-26 2018-09-26 発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置 Active JP7119834B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018179698A JP7119834B2 (ja) 2018-09-26 2018-09-26 発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置
US16/546,378 US10809645B2 (en) 2018-09-26 2019-08-21 Light emitter, light source device, print head, and image forming apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018179698A JP7119834B2 (ja) 2018-09-26 2018-09-26 発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020049720A true JP2020049720A (ja) 2020-04-02
JP7119834B2 JP7119834B2 (ja) 2022-08-17

Family

ID=69884155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018179698A Active JP7119834B2 (ja) 2018-09-26 2018-09-26 発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10809645B2 (ja)
JP (1) JP7119834B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4047420A1 (en) 2021-02-19 2022-08-24 Fujifilm Business Innovation Corp. Method for manufacturing a laminated substrate, laminated substrate, and light emitting element substrate
EP4047651A1 (en) 2021-02-19 2022-08-24 Fujifilm Business Innovation Corp. Light emitting apparatus and image forming apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10258545A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Canon Inc 発光素子アレイ制御ユニットおよびその制御方法
JP2010228437A (ja) * 2009-03-06 2010-10-14 Fuji Xerox Co Ltd 露光装置、画像形成装置、及び露光制御プログラム
US20150069931A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Nisho Image Tech Inc. Scanning light-emitting device with increased light intensity
JP2018030336A (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 富士ゼロックス株式会社 露光制御装置および画像形成装置
JP2018144477A (ja) * 2017-03-07 2018-09-20 富士ゼロックス株式会社 発光装置、画像形成装置及び光照射装置
JP2019005995A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 株式会社沖データ 伝達状態切替回路、プリントヘッド及び画像形成装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3308801B2 (ja) * 1996-03-06 2002-07-29 キヤノン株式会社 記録素子アレイ
JPH11192744A (ja) * 1997-12-29 1999-07-21 Canon Inc Ledアレイ駆動装置および方法
JP2015074180A (ja) 2013-10-09 2015-04-20 富士ゼロックス株式会社 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置
JP6209927B2 (ja) 2013-10-09 2017-10-11 富士ゼロックス株式会社 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10258545A (ja) * 1997-03-19 1998-09-29 Canon Inc 発光素子アレイ制御ユニットおよびその制御方法
JP2010228437A (ja) * 2009-03-06 2010-10-14 Fuji Xerox Co Ltd 露光装置、画像形成装置、及び露光制御プログラム
US20150069931A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Nisho Image Tech Inc. Scanning light-emitting device with increased light intensity
JP2018030336A (ja) * 2016-08-26 2018-03-01 富士ゼロックス株式会社 露光制御装置および画像形成装置
JP2018144477A (ja) * 2017-03-07 2018-09-20 富士ゼロックス株式会社 発光装置、画像形成装置及び光照射装置
JP2019005995A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 株式会社沖データ 伝達状態切替回路、プリントヘッド及び画像形成装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4047420A1 (en) 2021-02-19 2022-08-24 Fujifilm Business Innovation Corp. Method for manufacturing a laminated substrate, laminated substrate, and light emitting element substrate
EP4047651A1 (en) 2021-02-19 2022-08-24 Fujifilm Business Innovation Corp. Light emitting apparatus and image forming apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
US10809645B2 (en) 2020-10-20
JP7119834B2 (ja) 2022-08-17
US20200096895A1 (en) 2020-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8258723B2 (en) Light-emitting element array, driving device, and image forming apparatus
US8305415B2 (en) Light-emitting device including a light-up controller, driving method of self-scanning light-emitting element array and print head including the same
EP2522516A2 (en) Light-emitting device, driving method of light-emitting device, light-emitting chip, print head and image forming apparatus
JP2010115810A (ja) 発光装置、発光素子チップ
KR101482672B1 (ko) 발광 장치, 발광 소자 어레이, 프린트 헤드, 화상 형성 장치 및 발광 제어 방법
KR20110031077A (ko) 발광 장치, 프린트 헤드 및 화상 형성 장치
US8754354B2 (en) Light-emitting device including a memory thyristor array, print head and image forming apparatus including the same
JP5573143B2 (ja) 発光素子アレイ駆動装置、プリントヘッド、画像形成装置および信号供給方法
JP7119834B2 (ja) 発光装置、光源装置、プリントヘッド及び画像形成装置
US9013527B2 (en) Light-emitting component, print head and image forming apparatus
JP5724520B2 (ja) 発光チップ、プリントヘッドおよび画像形成装置
JP4803238B2 (ja) 発光素子ヘッドおよび画像形成装置
US20110063400A1 (en) Light-emitting chip, print head and image forming apparatus
JP2015074180A (ja) 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置
US8325210B2 (en) Light-emitting device, driving method of light-emitting device, print head and image forming apparatus
JP6209927B2 (ja) 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置
JP5664096B2 (ja) 発光装置、発光装置の駆動方法、発光チップ、プリントヘッドおよび画像形成装置
JP5857831B2 (ja) 発光チップ、プリントヘッド、画像形成装置およびセット−リセットフリップフロップ回路
JP2017054995A (ja) 発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置
KR101424659B1 (ko) 발광 소자 어레이 구동 장치, 프린트 헤드, 화상 형성 장치 및 신호 공급 방법
JP2012020498A (ja) 発光装置、プリントヘッドおよび画像形成装置
JP5316589B2 (ja) 発光装置、プリントヘッドおよび画像形成装置
JP2012040704A (ja) 発光チップ、発光装置、プリントヘッドおよび画像形成装置
JP2012056209A (ja) 発光装置、発光装置の駆動方法、プリントヘッドおよび画像形成装置
JP2012040728A (ja) 発光チップ、発光装置、プリントヘッドおよび画像形成装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210906

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220624

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220705

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220718

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7119834

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150