JP4471597B2 - 半導体レーザ駆動装置及び半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置 - Google Patents
半導体レーザ駆動装置及び半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等の光書き込み装置をなす画像形成装置に使用される半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置に関し、特にレーザ出力の制御を高速でかつ安定に行うことができる光量制御装置を備えた半導体レーザ駆動装置、半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置及び半導体レーザの劣化判定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体レーザのレーザ光を画像信号に応じて記録媒体上に露光走査して画像を記録するレーザ記録装置においては、レーザ出力を一定にするための制御を行う光量制御装置が備えられている。該光量制御装置は、一般に半導体レーザに対して定常的に供給するバイアス電流と画像情報に応じて変調して供給する変調電流とからなる動作電流を、実際のレーザ出力状態を検知しながら適宜調整することによって、所望のレーザ出力が常に安定して得られるようになっていた。
【0003】
このような光量制御装置の場合、バイアス電流は半導体レーザが急激に発光し始めるときのしきい値電流ithよりも小さい値で、かつ該しきい値電流ithの値に、より近い値であるほど画像形成時における半導体レーザの入力パルス信号に対する応答特性がよくなることが知られている。このため、バイアス電流値は、通常、しきい値電流ithの値よりも若干小さい値に設定されている。
【0004】
一方、この種のレーザ記録装置においては、半導体レーザのレーザ出力が該半導体レーザのおかれている環境温度の変化によって変動してしまうという問題があった。すなわち、半導体レーザは図4の実線で示すような半導体レーザに供給される駆動電流iopと光量Poとの関係を示した電流−光量特性を示し、常温時の駆動電流iopN(=常温時のしきい値電流ithN+常温時の発光電流iηN)のときに所定の光量(光出力)PoNが得られるようになっているが、環境温度の変化によって該電流−光量特性が、例えば図4の点線で示すように変動してしまう。このような変動が生じた場合には、同じ駆動電流iopNを供給していたのでは、半導体レーザの光量Poが図4のPoCやPoHに変動してしまい、所定の光量PoNが得られなくなる。その結果、記録した画像の画質が一定でなくなっていた。
【0005】
そこで、環境温度が変化した際には、まずバイアス電流を制御して対応する半導体レーザの光量制御を行う技術として、環境温度が変化するような期間をおいて定期的に半導体レーザのしきい値電流の検出を行い、該検出したしきい値電流の値から所定の電流を減算した電流をバイアス電流として常時流すようにしていた(例えば、特許文献1参照。)。
【0006】
また、レーザ記録装置においては、半導体レーザの光量Poを一定にするための自動制御であるAPC(Automatic Power Control)を行う方法が一般的に行われている。図4において、環境温度の変化等により電流−光量特性が実線から点線に推移した場合、APC動作によって、常温時の駆動電流値iopNが低温時の駆動電流値iopCや高温時の駆動電流値iopHに推移して常温時の光量PoNになるように、駆動電流iopが制御される。ただし、APCにより半導体レーザの光量を検出するには、該光量を検出する検出回路に入力される信号が安定するまで、半導体レーザが連続して点灯する期間が必要である。
【0007】
APCにより半導体レーザの光量を検出するには、該光量を検出する回路(図示せず)が必要であり、該光量検出回路には、通常半導体レーザの光量を電流に変換するフォトダイオードが使用される。該フォトダイオードから出力される電流は、半導体レーザの光量に比例し温度による電流変動も少なく、フォトダイオードは半導体レーザの光量検出に適している。
【0008】
半導体レーザのレーザ光を画像信号に応じて記録媒体上に露光走査して画像を記録するレーザ記録装置においては、半導体レーザから照射されるレーザ光は、高速で定速回転する回転多面鏡(ポリゴンミラー)で偏向され、結像レンズとしてのfθレンズを通り、感光体の表面に集光結像する。偏向されたレーザ光は、感光体が回転する方向と直交する方向(主走査方向)に露光走査され、画像信号のライン単位の記録を行う。感光体の回転速度と記録密度に対応した所定の周期で主走査を繰り返すことによって、感光体表面上に画像(静電潜像)が形成される。
【0009】
このようなレーザ記録装置では、感光体の一端近傍のレーザビームが照射される位置に、画像の位置検出用信号である主走査同期信号を発生するビームセンサが配置されている。該主走査同期信号をもとに主走査方向の画像記録タイミングの制御、及び画像信号の入出力を行うための制御信号の生成が行われる。主走査同期信号を生成するために、画像を記録する前の非画像領域で1ラインごとに一定期間半導体レーザを連続点灯させる信号である強制点灯信号による強制点灯期間がある。通常、該強制点灯信号による強制点灯期間を利用してAPCを行うことにより、1ラインごと又は数ラインごとに光量補正を行うことができ、周囲温度が上昇して動作電流が増加した場合でも、半導体レーザ点灯時の光量は常に正確に制御することができる。
【0010】
このように、半導体レーザの特性から、温度が変化しても発光量を一定に保つためには半導体レーザに供給する駆動電流iopは大きく変動する。また、半導体レーザの製造ばらつきにより、同じ発光量を得るために必要な駆動電流iopは、半導体レーザによって大きく異なっていた。
【0011】
一方、半導体レーザの発光特性は劣化しやすい。図5は、半導体レーザが劣化したときの電流−光量特性の例を示した図である。図5から分かるように、半導体レーザが劣化すると、半導体レーザの光量Poが急激に増加し始めるときのしきい値電流ithが増加する。更に、半導体レーザが発光を始めてからの発光電流iηと光量Poの傾きを示す微分効率η(mW/mA)が低下することから、所望の光量を得るために必要な発光電流iηも増加する。半導体レーザの劣化は結晶欠陥によって数時間で劣化する場合もあれば、高温での長時間駆動で徐々に劣化する場合もある。
【0012】
また、半導体レーザをある光量以上の値で駆動すると、端面温度が上昇し端面溶融を引き起こし瞬時に光発振機能が停止する光損傷(COD:Catastrophic Optical Damage)が発生することもある。更に、静電放電(ESD:Electrostatic Discharge)によって半導体レーザが劣化する場合もあった。
【0013】
【特許文献1】
特許第3365094号
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの劣化によって半導体レーザが光発振機能を停止した場合や、半導体レーザ駆動回路が半導体レーザに出力することができる最大の電流を半導体レーザに供給しても所定の光量に到達しなかった場合、従来技術では、強制点灯信号による強制点灯期間に半導体レーザを発光させようとしても半導体レーザからの光量不足によって、主走査同期信号を発生するビームセンサが反応せず主走査同期信号が出力されないため、主走査方向の画像記録タイミングの制御が不能となる。主走査同期信号の検出動作を複数回実施して主走査同期信号を検出することができないと画像制御装置が判断した場合、いわゆる同期検知エラーとなりここで初めて半導体レーザの劣化を検知することができる。この間、半導体レーザ駆動回路は過大な電流を半導体レーザに出力し続けることになる。
【0015】
半導体レーザ駆動回路に出力電流制限機能がない場合、APCにより該回路が駆動できる最大の電流を発生することになる。このため、特に、半導体レーザ駆動回路が半導体集積回路で構成されている場合、半導体レーザ駆動回路は、過大な出力電流によって定格を超える消費電力が発生し、発熱による劣化及び不具合の発生の恐れがあった。更に、半導体レーザ駆動回路から想定値以上の電流が発生することで、メタル配線の溶断による不具合が発生する可能性があった。
【0016】
また、レーザ記録装置や、その上位のレーザプリンタ、デジタル複写機の組み立て工程において、半導体レーザの光損傷や静電放電によって組み立て前よりも組み立て後に半導体レーザが劣化する場合があった。半導体レーザが劣化すると、所望の光量を得るための駆動電流は増加する。しかし、APCによって半導体レーザから所望の光量が得られている場合、該半導体レーザの劣化を駆動電流の増加ではなく光量だけから判断するのは困難であった。半導体レーザが劣化したまま製品を出荷した場合、製品寿命の低下や、市場不良の原因となるため、組み立て工程における半導体レーザの劣化を検出する必要があった。
【0017】
このため、図6で示すように半導体レーザ駆動装置101の出力端とレーザダイオードLDのアノードとの間に微少な抵抗102を接続し、該抵抗102の両端電圧から、レーザダイオードLDの動作電流を測定し、組み立て前と組み立て後の値を比較することによってレーザダイオードLDの劣化の有無を判断していた。しかし、このような方法では、抵抗102による電圧降下があり、半導体レーザ駆動装置101の出力電圧範囲が狭められるという問題、抵抗102によって半導体レーザ駆動装置101の出力電流波形がなまって光量Poの応答性が低下するという問題、及び抵抗102部分の電圧を増幅する電圧増幅回路103が必要になり回路規模が増大するという問題がそれぞれあった。
【0018】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、半導体レーザの劣化又は不具合を容易に短時間で検出することができ、半導体レーザの劣化又は不具合の発生に伴う半導体レーザ駆動装置の劣化や不具合の発生を未然に防ぐことができると共に、半導体レーザ駆動装置を使用した機器の組み立て工程で半導体レーザの劣化を容易に検出することができる半導体レーザ駆動装置、半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置及び半導体レーザの劣化判定方法を得ることを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ駆動装置は、半導体レーザに供給する電流を制御して、所望の光量が得られるように該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置において、
入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して前記半導体レーザに供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部の動作制御を行って前記半導体レーザに供給する電流の制御を行う制御回路部と、
該制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタと、
前記半導体レーザに供給された駆動電流の電流値の検出を行い、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備え、
前記異常検出回路部は、
前記出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタと、
外部から入力された制御信号に応じた電流を生成する、該比例電流生成用トランジスタに直列に接続された定電流回路と、
を備え、
前記定電流回路に入力された前記外部からの制御信号により前記所定値が設定されるものである。
【0022】
また、前記出力トランジスタ及び前記比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成するようにした。
【0023】
また、前記異常検出回路部は、
前記比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた2値の信号を出力する電圧比較回路と、
該電圧比較回路の出力信号に応じてスイッチングし、出力端が、オン時に所定の2値の電圧レベルになりオフ時に開放状態になるスイッチングトランジスタと、
を備え、
前記スイッチングトランジスタの出力端は、オフ時に、前記オン時と相対する所定の2値の電圧レベルになるように抵抗が接続され、該出力端から前記異常検出信号が出力されるようにした。
【0024】
また、前記半導体レーザ駆動回路部、制御回路部及び異常検出回路部は、1つのICに集積されるようにしてもよい。
【0030】
また、この発明に係る画像形成装置は、半導体レーザから所望の発光量が得られるように該半導体レーザに供給する電流を制御して、半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記半導体レーザ駆動装置は、
入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して前記半導体レーザに供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部の動作制御を行って前記半導体レーザに供給する電流の制御を行う制御回路部と、
該制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタと、
前記半導体レーザに供給された駆動電流の電流値の検出を行い、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備え、
前記異常検出回路部は、
前記出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタと、
外部から入力された制御信号に応じた電流を生成する、該比例電流生成用トランジスタに直列に接続された定電流回路と、
を備え、
前記定電流回路に入力された前記外部からの制御信号により前記所定値が設定されるものである。
【0031】
また、前記出力トランジスタ及び前記比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成するようにした。
【0032】
また、前記異常検出回路部は、
前記比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた2値の信号を出力する電圧比較回路と、
該電圧比較回路の出力信号に応じてスイッチングし、出力端が、オン時に所定の2値の電圧レベルになりオフ時に開放状態になるスイッチングトランジスタと、
を備え、
前記スイッチングトランジスタの出力端は、オフ時に、前記オン時と相対する所定の2値の電圧レベルになるように抵抗が接続され、該出力端から前記異常検出信号が出力されるようにした。
【0035】
【発明の実施の形態】
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駆動装置の使用例を示した図であり、図1では、画像形成装置をなすレーザ記録装置を例にして示している。
図1のレーザ記録装置1において、半導体レーザであるレーザダイオードLDより照射されるレーザ光L1は、高速で定速回転する回転多面鏡(ポリゴンミラー)2で偏向され、結像レンズとしてのfθレンズ3を通り、感光体4の表面に集光結像する。回転多面鏡2で偏向されたレーザ光は、感光体4が回転する方向と直交する方向(主走査方向)に露光走査され、画像信号のライン単位の記録を行う。感光体4の回転速度と記録密度に対応した所定の周期で主走査を繰り返すことによって、感光体4表面上に画像(静電潜像)が形成される。
【0036】
感光体4の一端近傍におけるレーザビームが照射される位置に、主走査同期信号を発生するビームセンサ5が配置されている。画像制御装置6は、画像を形成するために必要なレーザダイオードLDの光量を制御する信号を、レーザダイオードLDの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置7に出力する。画像制御装置6は、主走査同期信号をもとに主走査方向の画像記録タイミングの制御、及び画像信号の入出力を行うための制御信号の生成を行う。
【0037】
主走査同期信号を生成するために、画像を記録する前の非画像領域で1ラインごとに一定期間半導体レーザを連続点灯させる信号である強制点灯信号による強制点灯期間がある。通常、該強制点灯信号による強制点灯期間を利用してAPCを行うことにより、1ラインごと又は数ラインごとに光量補正を行うことができ、周囲温度が上昇して動作電流が増加した場合でも、半導体レーザ点灯時の光量は常に正確に制御することができる。なお、半導体レーザ駆動装置7は、画像制御装置6から強制点灯信号、発光信号及びAPC実行信号等がそれぞれ入力されている。
【0038】
図2は、本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の例を示した図であり、図1の半導体レーザ駆動装置7の内部構成例を示している。
図2において、半導体レーザ駆動装置7は、カレントミラー回路を形成するPMOSトランジスタTri,Trm,Trldと、画像制御装置6からの制御信号に応じてPMOSトランジスタTri,Trm,Trldのゲート電圧を制御するLD駆動制御回路11とを備えている。更に、半導体レーザ駆動装置7は、画像制御装置6から入力された電流制御信号S1に応じた電流値の定電流ierrを生成して供給する定電流回路12と、コンパレータ13と、NMOSトランジスタTr1とで構成されている。
【0039】
なお、PMOSトランジスタTrldは半導体レーザ駆動回路部をなすと共に、LD駆動制御回路11及びPMOSトランジスタTriは制御回路部をなす。また、PMOSトランジスタTrm、定電流回路12、コンパレータ13及びNMOSトランジスタTr1は異常検出回路部をなし、PMOSトランジスタTrm及び定電流回路12は比例電流生成回路部を、コンパレータ13及びNMOSトランジスタTr1は電圧比較回路部をそれぞれなす。更に、PMOSトランジスタTrldは出力トランジスタを、PMOSトランジスタTrmは比例電流生成用トランジスタを、NMOSトランジスタTr1はスイッチングトランジスタをそれぞれなす。
【0040】
以下、画像制御装置6と半導体レーザ駆動装置7の電源電圧は異なるものとして説明し、半導体レーザ駆動装置7の電源電圧をVCC1とし、画像制御装置6の電源電圧をVCC2とする。
PMOSトランジスタTri,Trm,Trldの各ソースは電源電圧VCC1にそれぞれ接続され、PMOSトランジスタTri,Trm,Trldの各ゲートは接続されている。PMOSトランジスタTriにおいて、ゲートはドレインに接続され、該接続部はLD駆動制御回路11に接続されている。
【0041】
PMOSトランジスタTrldのドレインと接地電圧との間にはレーザダイオードLDが接続され、PMOSトランジスタTrmのドレインと接地電圧との間には定電流回路12が接続されている。PMOSトランジスタTrmと定電流回路12との接続部は、コンパレータ13の非反転入力端に接続され、コンパレータ13の反転入力端にはVCC1/2の電圧が入力されている。なお、図2では、VCC1/2の電圧を生成する回路は省略しており、該回路は半導体レーザ駆動装置7内に設けてもよいし、半導体レーザ駆動装置7外に設けてもよい。
【0042】
コンパレータ13の出力端はNMOSトランジスタTr1のゲートに接続され、NMOSトランジスタTr1のソースは接地電圧に接続されている。NMOSトランジスタTr1のドレインは抵抗R1によって電源電圧VCC2にプルアップされており、抵抗R1とNMOSトランジスタTr1との接続部が画像制御装置6に接続され、異常検出信号Serrが画像制御装置6に出力される。また、画像制御装置6からLD駆動制御回路11に、強制点灯信号、発光信号及びAPC実行信号等がそれぞれ入力される。
【0043】
このような構成において、PMOSトランジスタTrldのトランジスタサイズをWldとし、PMOSトランジスタTrmのトランジスタサイズをWmとし、レーザダイオードLDへ供給する電流を駆動電流iop、PMOSトランジスタTrmに流れる電流をモニタ電流imとする。PMOSトランジスタTri,Trm,Trldで形成されたカレントミラー回路が、PMOSトランジスタTri,Trm,Trldのトランジスタサイズの比に応じた電流を発生させる場合、Wld:Wm=iop:imとなり、すなわちim=iop×(Wm/Wld)が成立する。PMOSトランジスタTrmのドレインからは、PMOSトランジスタTrldのドレインからレーザダイオードLDに出力される駆動電流iopに比例したモニタ電流imが出力される。
【0044】
PMOSトランジスタTrmの出力負荷である定電流回路12が、画像制御装置6からの電流制御信号S1により任意の定電流ierrが設定される。ierr<ildm=ild×(Wm/Wld)の場合、PMOSトランジスタTrmのドレイン電圧であるモニタ電圧Vmは、Vm>VCC1/2となり、コンパレータ13の出力端はハイレベルになり、NMOSトランジスタTr1はオンし、ローレベルの異常検出信号Serrが画像制御装置6に出力される。画像制御装置6は、ローレベルの異常検出信号Serrが入力されると、レーザダイオードLDへの電流出力停止や、システム全体の最適化やサービスマンコール等の異常状態時の所定の処理を行って、レーザダイオードLDの劣化又は不具合の発生に伴う半導体レーザ駆動装置の劣化や不具合の発生を防ぐ。
【0045】
また、ierr>ildm=ild×(Wm/Wld)の場合、モニタ電圧Vmは、Vm<VCC1/2となり、NMOSトランジスタTr1はオフして遮断状態になり、異常検出信号Serrはハイレベルになる。画像制御装置6は、ハイレベルの異常検出信号Serrが入力されると、LD駆動制御回路11に対して、レーザダイオードLDへの電流出力停止や、システム全体の最適化やサービスマンコール等を行うことなく、所望の発光量が得られるようにレーザダイオードLDに対する通常の駆動制御を行わせる。また、定電流回路12は、電流制御信号S1によって定電流ierrの電流値を任意の値に設定することができ、iop>ierr×(Wld/Wm)になるとNMOSトランジスタTr1がオンするときの駆動電流iopを任意の値に設定することができる。
【0046】
このように、半導体レーザへ供給する駆動電流iopが任意に設定された値を超えると、異常であることを示した異常検出信号Serrを画像制御装置6に出力し、駆動電流iopが、任意に設定された電流値以下になると、正常であることを示した異常検出信号Serrを画像制御装置6に出力するようにした。画像制御装置6は、異常であることを示す異常検出信号Serrが入力されると、駆動電流iopの出力停止や、システム全体の最適化、サービスマンコールの要求等の異常状態時の所定の処理を行うことにより、半導体レーザ駆動装置の劣化及び不具合の発生を防止することができる。
【0047】
なお、駆動電流iopが所定の値を超えたか否かの判断は、レーザダイオードLDが連続点灯して駆動電流iopの電流値が安定した状態で行う方が異常の検出精度が上がる。このため、通常、画像制御装置6が所定の値を超えたことを判断するタイミングは、画像制御装置6からLD駆動制御回路11に出力されている強制点灯信号がアサートされている強制点灯期間に行われるようにするとよい。
【0048】
また、定電流ierrを設定する電流制御信号S1は、電圧、電流、抵抗負荷のいずれでも容易に実現することができる。コンパレータ13の反転入力端に入力されている電圧はVCC1/2でなくても、接地電圧〜電源電圧VCC1の間の電圧であればよく、コンパレータ13の代わりに、PMOSトランジスタTrmと定電流回路12との接続部とNMOSトランジスタTr1のゲートとの間にインバータ回路を偶数段接続するようにしてもよい。
【0049】
一方、半導体レーザ駆動装置7として、異常検出信号Serrを生成するNMOSトランジスタTr1をオープンドレインにしている理由は、半導体レーザ駆動装置7の電源電圧VCC1と画像制御装置6の電源電圧VCC2の電圧値が異なる場合に対応するためである。更に該理由として、半導体レーザ駆動装置7を複数備えた場合に、各半導体レーザ駆動装置7のNMOSトランジスタTr1のドレインをそれぞれ接続し、該接続部を1つの抵抗でプルアップできるようにして1つの半導体レーザ駆動装置7で駆動電流iopが所定値を超えた場合、すべての半導体レーザ駆動装置で異常状態時の所定の処理が行われるようにすることである。
【0050】
第2の実施の形態.
前記第1の実施の形態では、駆動電流iopが所定値を超えるとデジタル信号である異常検出信号Serrをアサートして異常状態時の所定の処理を行うようにしたが、駆動電流iopが正常状態から異常状態に遷移する過程を画像制御装置6に示すようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
【0051】
図3は、本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。なお、図3では図2と同じもの又は同様のものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図2との相違点のみ説明する。
図3における図1との相違点は、定電流回路12、コンパレータ13及びNMOSトランジスタTr1をなくしたことにあり、これに伴って、図2の半導体レーザ駆動装置7を半導体レーザ駆動装置7aにした。
【0052】
図3において、半導体レーザ駆動装置7aは、カレントミラー回路を形成するPMOSトランジスタTri,Trm,Trldと、画像制御装置6からの制御信号に応じてPMOSトランジスタTri,Trm,Trldのゲート電圧を制御するLD駆動制御回路11とを備えている。なお、図3では、PMOSトランジスタTrmは駆動電流検出回路部をなす。以下、画像制御装置6と半導体レーザ駆動装置7aの電源電圧は異なるものとして説明し、半導体レーザ駆動装置7aの電源電圧をVCC1とし、画像制御装置6の電源電圧をVCC2とする。PMOSトランジスタTrmのドレインは、画像制御装置6に接続されると共に抵抗R2によって接地電圧にプルダウンされている。抵抗R2は、固定抵抗であってもよいし可変抵抗であってもよく、電流−電圧変換回路をなしている。
【0053】
このような構成において、PMOSトランジスタTrldのトランジスタサイズをWldとし、PMOSトランジスタTrmのトランジスタサイズをWmとし、レーザダイオードLDへ供給する電流を駆動電流iop、PMOSトランジスタTrmに流れる電流をモニタ電流imとする。PMOSトランジスタTrld及びTrmが飽和領域(五極管領域)にある限り、前記カレントミラー回路がPMOSトランジスタTrld及びTrmのトランジスタサイズ比に応じた電流を発生するため、Wld:Wm=iop:im、すなわちim=iop×(Wm/Wld)が成立する。
【0054】
抵抗R2の抵抗値をRmとすると、PMOSトランジスタTrmからの出力電圧Vmは、下記(1)式のようになる。
Vm=Rm×im=Rm×iop×(Wm/Wld)………………(1)
該(1)式からiop=(Vm/Rm)×(Wld/Wm)となり、抵抗値Rmを、電圧Vmが小さ過ぎず、更にPMOSトランジスタTrmが非飽和領域(三極管領域)に入るほど電圧Vmが大き過ぎないように最適値に設定することで、容易に駆動電流iopの値を精度よく検出する回路を実現することができる。
【0055】
特に、レーザ記録装置やその上位のレーザプリンタ又はデジタル複写機等の組み立て工程における外的要因としての光損傷や静電放電によるレーザダイオードLDの劣化によって、所望の光量を得るためにレーザダイオードLDに流す駆動電流iopが増加した場合、電圧Vmの変化から電流imの増加を検出することができるため、レーザダイオードLDの劣化判定を容易に行うことができる。
【0056】
なお、前記第1及び第2の各実施の形態でそれぞれ示したレーザダイオードLDの劣化又は不具合の発生を検出する動作は、製造時に行われるようにしてもよい。
【0057】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明の半導体レーザ駆動装置によれば、半導体レーザへ供給する駆動電流が想定している電流値以上になると、所定の電流値以上になったことを示す信号を即座に出力する機能を設けた。このことから、半導体レーザ固有の問題としての結晶欠陥による急激な劣化や、該結晶欠陥によらなくとも高温での長時間駆動による劣化や、外的要因としての光損傷や静電放電による劣化等により、所望の光量を得るために半導体レーザに流す動作電流が増加し、半導体レーザ駆動装置の出力電流が想定している電流以上になった場合、即座に所定の電流値以上になったことを示す信号を出力することができ、半導体レーザへの駆動電流の出力停止、システム全体の最適化、サービスマンコールの必要性等を判断することができ、半導体レーザ駆動装置の劣化及び不具合の発生を防止することができる。
【0058】
更に、半導体レーザへ供給する駆動電流値を一定の比率で減衰させた電流を出力する機能を設けた。このことから、該減衰させた電流、又は該減衰させた電流を電圧に変換させた電圧値を測定することにより、半導体レーザへ供給する駆動電流値の測定を容易に行うことができ、半導体レーザ固有の問題としての結晶欠陥による急激な劣化や、結晶欠陥によらなくとも高温での長時間駆動による劣化や、特に、レーザ記録装置やその上位のレーザプリンタ、デジタル複写機の組み立て工程における外的要因としての光損傷や静電放電による劣化により、所望の光量を得るための半導体レーザへの駆動電流が増加した場合、その駆動電流増加分から、半導体レーザの劣化判定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の使用例を示した図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態における半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。
【図4】 半導体レーザにおける駆動電流と光量の関係例を示した図である。
【図5】 半導体レーザが劣化したときの駆動電流と光量の関係例を示した図である。
【図6】 従来の半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。
【符号の説明】
1 レーザ記録装置
2 回転多面鏡
3 fθレンズ
4 感光体
5 ビームセンサ
6 画像制御装置
7,7a 半導体レーザ駆動装置
11 LD駆動制御回路
12 定電流回路
13 コンパレータ
Tri,Trm,Trld PMOSトランジスタ
Tr1 NMOSトランジスタ
LD レーザダイオード
Claims (7)
- 半導体レーザに供給する電流を制御して、所望の光量が得られるように該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置において、
入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して前記半導体レーザに供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部の動作制御を行って前記半導体レーザに供給する電流の制御を行う制御回路部と、
該制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタと、
前記半導体レーザに供給された駆動電流の電流値の検出を行い、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備え、
前記異常検出回路部は、
前記出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタと、
外部から入力された制御信号に応じた電流を生成する、該比例電流生成用トランジスタに直列に接続された定電流回路と、
を備え、
前記定電流回路に入力された前記外部からの制御信号により前記所定値が設定されることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。 - 前記出力トランジスタ及び前記比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ駆動装置。
- 前記異常検出回路部は、
前記比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた2値の信号を出力する電圧比較回路と、
該電圧比較回路の出力信号に応じてスイッチングし、出力端が、オン時に所定の2値の電圧レベルになりオフ時に開放状態になるスイッチングトランジスタと、
を備え、
前記スイッチングトランジスタの出力端は、オフ時に、前記オン時と相対する所定の2値の電圧レベルになるように抵抗が接続され、該出力端から前記異常検出信号が出力されることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体レーザ駆動装置。 - 前記半導体レーザ駆動回路部、制御回路部及び異常検出回路部は、1つのICに集積され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駆動装置。
- 半導体レーザから所望の発光量が得られるように該半導体レーザに供給する電流を制御して、半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記半導体レーザ駆動装置は、
入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して前記半導体レーザに供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部の動作制御を行って前記半導体レーザに供給する電流の制御を行う制御回路部と、
該制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタと、
前記半導体レーザに供給された駆動電流の電流値の検出を行い、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備え、
前記異常検出回路部は、
前記出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタと、
外部から入力された制御信号に応じた電流を生成する、該比例電流生成用トランジスタに直列に接続された定電流回路と、
を備え、
前記定電流回路に入力された前記外部からの制御信号により前記所定値が設定されることを特徴とする画像形成装置。 - 前記出力トランジスタ及び前記比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成することを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。
- 前記異常検出回路部は、
前記比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた2値の信号を出力する電圧比較回路と、
該電圧比較回路の出力信号に応じてスイッチングし、出力端が、オン時に所定の2値の電圧レベルになりオフ時に開放状態になるスイッチングトランジスタと、
を備え、
前記スイッチングトランジスタの出力端は、オフ時に、前記オン時と相対する所定の2値の電圧レベルになるように抵抗が接続され、該出力端から前記異常検出信号が出力されることを特徴とする請求項5又は6記載の画像形成装置。
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