JP4557129B2 - 集積回路及びマルチビーム・レーザプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ装置等においてレーザダイオードを制御する回路を備えた集積回路に係り、特に、ＬＤドライバから出力される駆動電流値信号の信号線数を減らしてコストを削減できる集積回路に関する。

レーザプリンタなどに用いられるＬＤの光量は、読取り精度に影響を与えることから、一定であることが望まれている。しかし、ＬＤは劣化を起こしやすい素子であり、劣化を起こした場合、所望の光量が得られなくなったり、発散角が変化することで異常（レーザプリンタでは画像異常など）を起こすことが多い。このため、ＬＤの劣化状態を判断して不具合の発生を未然に防ごうとする技術が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−１９０９５０号公報

ところで、ＬＤの劣化判断では、通常、ＬＤの駆動電流値を監視することで、ＬＤが劣化していないかを判断し、機械の動作を停止するなどして画像異常などの不具合が発生するのを未然に防いでいる。また、工場出荷時にＬＤ劣化進行具合をチェックするために、ＬＤの駆動電流値を測定して判断することがある。
ところが、プリンタなどの画像形成装置では、ＬＤの制御装置は通常、本体制御装置とは離れた位置に配置されているため、本体制御装置との間をケーブルなどの信号線で接続してＬＤ駆動電流値信号を送信していることが多い。
このため、従来の技術では、特に複数のＬＤを使用している場合、駆動電流値信号を本体制御装置に送信するために、ＬＤ数に応じた信号線が必要となり、コネクタやピン数が増加してコスト上昇が避けられない。
また、チャンネルごとに順番に点灯して電流値を測定することとして、加算回路を使用するなどして信号線をまとめた場合であっても、通常、ＬＤの制御回路は高速変調を目的としてバイアス電流を常時流しているため、他チャンネルのＬＤ点灯信号を消すだけでなく、チャンネルごとにバイアス電流を遮断する信号線が必要となる。このため、この方法でもやはり信号線の増加によってコネクタやピン数が増加してコスト上昇が避けられない。
そこで、本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、複数のＬＤを使用している場合でも、集積回路から出力される駆動電流値信号を単純に結線するだけで、信号数を削減して低コストのシステムを容易に構築可能であり、且つ、結線方法を変更するだけで自在に信号削減数を調節して、同時並行測定によりＬＤ劣化判定速度の維持ができる柔軟性をもったシステム構築が可能な集積回路を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ｎ個のレーザダイオード制御回路を備えた集積回路であって、各々の前記レーザダイオード制御回路に対応してレーザダイオード駆動電流測定手段をｎ個備え、各々の前記レーザダイオード駆動電流測定手段によってアナログ電圧に変換したｎ個の駆動電流値を、理想ダイオード回路を通した上で前記理想ダイオード回路からの出力をｍ組のグループ毎に共通の外部端子に結線して、ｍ個の外部端子として出力するように構成し、前記ｍ個の外部端子のうち任意の端子同士を結線可能に構成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明では、請求項１の集積回路を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複数のＬＤを使用している場合でも、集積回路から出力される駆動電流値信号を単純に結線するだけで、信号数を削減して低コストのシステムを容易に構築可能であり、且つ、結線方法を変更するだけで自在に信号削減数を調節して、同時並行測定によりＬＤ劣化判定速度の維持ができる柔軟性をもったシステム構築が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る集積回路の実施の形態について詳細に説明する。なお、ここの説明では、実施の形態としての集積回路をレーザプリンタの中でも特に複数のレーザビームで同時に画像書き込みを行なうマルチビーム・レーザプリンタに用いた場合を示す。

図１はマルチビーム・レーザプリンタの要部の構成を示す斜視図である。図１のマルチビーム・レーザプリンタでは、ＬＤＵ（レーザダイオード・ユニット）１内部において、近接して配された複数のＬＤ（レーザダイオード）がそれぞれ個別に制御され、射出された複数のレーザビームがＬＤＵ１内部のコリメートレンズによって平行光線となり、ポリゴンミラー（回転多面鏡）２によって偏向走査された後、ｆ−θレンズ等から構成される結像レンズ３、反射ミラー４によってドラム状の感光体５の帯電した表面に画像を結像する。
この際にそれぞれのレーザビームは画像信号に基づいて変調されて点灯、消灯を繰り返し、ポリゴンミラー２の回転に従って図中矢印の主走査方向に反復して走査されると同時に、感光体５が回転して副走査を行なうことによって感光体５上に静電潜像を形成する。ここで、感光体５上の走査領域外に配置された受光素子６は同期検知ミラー７を介してレーザビームを検知し、ＬＤ制御部は、受光素子６によって得られた検知信号を基に、画像が感光体５上に書き込まれる期間である有効走査期間を割り出している。
形成された静電潜像は帯電した現像剤（トナー）によって現像され、さらに現像剤とは反対の電荷を与えられた転写紙等の転写材が感光体５に密着させられることで現像剤が転写材に転写される。そして、転写材が感光体５から分離した後、加熱されることで現像剤が転写材上に融着して定着が行われる。

図２はＬＤドライバ（集積回路）周辺の回路構成を示すブロック図である。ＬＤドライバはｎ個のレーザダイオード制御回路を備え、ｎ個のＬＤを駆動できるものとするが、各ＬＤは全く同等の方法で制御されているため、図２では、１つのＬＤの制御についてのみ示す。図２において、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１１はレーザプリンタ全体を制御している。
ＩＰＵ１２（画像処理部）は画像データを電気的に処理しＬＤドライバ１３等で構成される書き込み部にパラレルで画素クロックと画像データ（図中一括してＤＡＴＡ）ならびに制御信号を送信している。書き込み部に送信された画像データはＰＷＭ（パルス幅変調）部１４によって変調され、ＬＤドライバ１３に送信される。ＬＤドライバ１３は送信された信号をもとにＬＤ１５を駆動している。
そして、有効走査期間外にＡＰＣ（Automatic Power Control）制御用にＬＤを点灯し、サンプル＆ホールド信号（Ｓ／Ｈ信号）をサンプル状態にすることで、ＬＤパッケージに内蔵されたＰＤ（フォトダイオード）１６で発生するモニター電流をＡＰＣ回路内臓のＬＤドライバ１３にフィードバックしてＡＰＣを行なう。そして有効走査期間内においてはＳ／Ｈ信号をホールド状態にしてドライバの出力電流を一定値に固定している。

図３は図２のＬＤドライバ１３に内蔵されたＡＰＣ回路の回路ブロック図である。ここでも各ＬＤ毎にＡＰＣ回路が内蔵されているが、ＡＰＣ回路それぞれの構成は全く同等であるので、１つのＡＰＣ回路のみ説明する。ＬＤ１５には常時ＬＤ発光を起こさない程度のバイアス電流が流されている。ＡＰＣ動作時にＩＰＵ１２（図２）から制御信号としてＬＤ点灯信号とそれに続くサンプル信号が送出される。
ＬＤ点灯信号は図３のスイッチ回路２１をＯＮに切り替えるとともにサンプル信号はＳ／Ｈスイッチ２２をＯＮに切り替える。すると、ホールドコンデンサ２３の電圧値に基づいた電流が信号電流発生回路２４からスイッチ回路２１を介してＬＤ１５に流れ込んでバイアス電流発生回路２５からのバイアス電流に加算されることでＬＤ１５が発光し、ＬＤ１５の光強度に比例した電流がＰＤ１６に流れ込む。
そして、Ｉ／Ｖ（電流／電圧）変換回路２６においてＰＤ１６を流れる電流値が電圧に変換される。その変換後の電圧と基準電圧がコンパレータ２７によって比較された結果に基づいてホールドコンデンサ２３が充電もしくは放電されて、電圧値が変化することで、信号電流発生回路２４の出力電流がコントロールされ、ＬＤ光量が一定に制御される。
そして、画像書込み時には、Ｓ／Ｈ信号がホールド信号に変わって、Ｓ／Ｈスイッチ２２がＯＦＦに切り替わる。その結果、ホールドコンデンサ２３の値が一定値に固定されるため、信号電流発生回路２４からＬＤ１５に流れる電流は一定値に固定される。そして、ＰＷＭ部１４（図２）から送出される画像データ信号に基づいて、ＬＤドライバ１３（図２）内部のＬＤ変調用スイッチ回路が切り替わり、ＬＤ光源を変調して感光体５（図１）に画像の書き込みが行われる。

図４はＬＤ１５への入力電流とＬＤ出力光量の関係を示す図である。同図に示すように、閾値電流と呼ばれる電流値まではＬＤ発光せず、閾値電流を超えて初めて発光する特性を持っていることが知られている。このため、ここではＬＤ１５を高速動作させるために、バイアス電流と呼ばれる閾値電流程度の電流値をＬＤ１５に常時流しておき、ＬＤ点灯の場合のみ、信号電流と呼ばれる電流をバイアス電流に加算することで高速にＬＤ制御を行なっている。なお、ここではマルチビームの光源として、単体のＬＤを複数用いたシステムの動作を説明したが、もちろんマルチビームの光源として、１つの素子の中に個別に駆動可能な複数のＬＤを内蔵したＬＤＡ（レーザダイオードアレイ）を用いたものであってもよい。

図５は図３のＩ／Ｖ変換回路２６の回路構成を示す。各ＬＤを駆動している電流量は電流／電圧変換回路２６によってＬＤドライバ１３内部でＬＤごとに電圧値に常時変換されている。そして、ＬＤごとに電圧に変換された電流値は、図６に示す理想ダイオード回路３１を通過した上で、外部端子に出力されている。なお、ＬＤドライバ１３はレーザダイオード駆動電流測定部を内蔵し、これによってアナログ電圧に変換した駆動電流値を、ＬＤドライバ１３内部において、理想ダイオード回路３１（図６）を通した上で、その出力をＬＤドライバ１３内部で結線して外部端子に出力している。
さらに、外部端子に出力された各ＬＤ駆動電流信号は、この例では、図７の検出回路全体構成図に示すように、２つのグループに分けられ、グループ毎に全て結線された上で、適当な抵抗を介してＧＮＤに接続してある。この結線は、グループごとに図８に示すアナログＯＲ回路（最大値検出回路）を構成しているのと同等である。

ここで、アナログＯＲ回路について簡単に説明する。アナログＯＲ回路は、図８に示すような多入力１出力のアナログ回路で、複数の入力のうち、もっとも高い入力電圧と等しい電圧が出力される回路である。このため、アナログＯＲ回路は別名最大値検出回路としても知られている。無点灯状態においては、チャンネルごとに少しずつ異なる値のバイアス電流が流れているため、各チャンネルのうち一番大きなバイアス電流値が出力される。
そこで任意の１ｃｈだけＬＤをＡＰＣ点灯した場合、そのチャンネルのみバイアス電流に加えて、信号電流が流れるため、図９のように各チャンネルのバイアス電流値に多少のバラツキがあったとしても、点灯したチャンネルに一番大きな電流が流れることになる。このため、アナログＯＲ回路の電圧は点灯したチャンネルに流れる電流値を指し示すことになる。
そして、外部端子に出力されたアナログＯＲ回路の出力電圧をＤＡＣ等で読み取れば、その値を点灯させたチャンネルの電流値とみなすことができる。したがって、図１０のフローチャートに示すようにチャンネルを順番に点灯させて、その都度、外部端子の出力電圧をＤＡＣで読み取れば、個々のＬＤの動作電流を測定することができる。
ＬＤ出力光量は、図１１のように入力電流がＬＤの閾値電流を超えると微分量子効率と呼ばれる傾きを持って増大することが知られているが、ＬＤが劣化した場合、図１１のように微分量子効率が低下することが知られている。このため劣化したＬＤをＡＰＣによって所定の光量に光らせるのには通常より大きな駆動電流が必要となるので、ここではＡＰＣ点灯時にＬＤに流れる電流量を調べて、ＬＤが劣化しているか否か、劣化の進行状況を調べることができる。
以上のように構成した実施例１のＬＤドライバ（集積回路）では、測定したＬＤ駆動電流値を、理想ダイオード回路を通した上でＬＤドライバの外部端子に出力する構成をとり、さらに任意の他の光源を駆動するＬＤドライバの出力端子と結線して全体としてアナログＯＲ回路として動作させることで、各光源を１つずつ独立に点灯して、各チャンネルの電流値を読み取れる構造になっているので、ＬＤドライバから出力される駆動電流値信号を単純に結線するだけで、信号数を削減して低コストのシステムを容易に構築可能であり、且つ、結線方法を変更するだけで自在に信号削減数を調節して、ＬＤ劣化判定速度を保つことができる柔軟性をもったシステム構築が可能になる。

次に、実施例２について図１２を用いて説明する。ここでも実施例１と同様にマルチビーム・レーザプリンタについての実施例を示す。このため、説明が実施例１と重複する部分については極力省略して説明を行なう。実施例２では、使用するＬＤドライバの内部構成として、レーザダイオード駆動電流測定部を４個内蔵し、各々のレーザダイオード駆動電流測定部によってアナログ電圧に変換した４個の駆動電流値を、ＬＤドライバ内部において、それぞれ理想ダイオード回路を通した上で、その出力を２組のグループ毎にＬＤドライバ内部で結線して共通の外部端子に出力して、２個の外部端子として出力する構成を取っている点が実施例１と異なっている。
外部端子に出力した後は、外部端子４個を結線してアナログＯＲ回路として動作させている。したがってＬＤドライバの内部構成と光源数以外は第１実施例と全く同等である。このため、実施例２では、実施例１にて説明した光学系および、現像プロセスと同等のものを使うものとして説明を省略する。実施例２では、動作自体も実施例１と全く同じであるが、上述した如く、理想ダイオード回路を通したＬＤ駆動電流値信号をＬＤドライバ内部で結線して共通の外部端子に出力しているため、外部で端子を結線するのに比較してＬＤドライバの外部端子数を削減できている。
以上のように構成した実施例２のＬＤドライバ（集積回路）では、ＬＤごとに個別に測定した４個のＬＤ駆動電流値を、理想ダイオード回路を通した上で、その出力を２組のグループ毎に結線して、ＬＤドライバの出力端子として２個の端子を出力する構成をとり、さらに出力端子同士あるいは任意の他の光源を駆動するＬＤドライバの出力端子とＬＤドライバ外部で任意に結線して全体としてアナログＯＲ回路として動作させることで、各光源を１つずつ独立に点灯して、各チャンネルの電流値を読み取れる構造になっているので、ＬＤドライバから出力される駆動電流値信号を単純に結線するだけで、信号数を削減して低コストのシステムを容易に構築可能であり、且つ、結線方法を変更するだけで自在に信号削減数を調節して、ＬＤ劣化判定速度を保つことができる柔軟性をもったシステム構築が可能になる。

マルチビーム・レーザプリンタの要部を示す斜視図である。 ＬＤドライバ（集積回路）周辺の回路構成を示すブロック図である。 ＬＤドライバ１３に内蔵されたＡＰＣ回路の回路ブロック図である。 バイアス電流と信号電流の違いを説明する図である。 Ｉ／Ｖ変換回路２６の回路構成を示す図である。 理想ダイオード回路３１の構成を示す図である。 実施例１のＬＤ駆動電流測定構成ブロック図である。 アナログＯＲ回路（最大値検出回路）の構成を示す図である。 点灯チャンネルの電流が最大となる理由の説明図である。 ＬＤ駆動電流測定手順のフローチャートである。 ＬＤの劣化程度によるＬＤ駆動電流の違いを説明する図である。 実施例２のＬＤ駆動電流測定構成ブロック図である。

符号の説明

１ ＬＤＵ
２ ポリゴンミラー
３ 結像レンズ
４ 反射ミラー
５ 感光体
６ 受光素子
７ 同期検知ミラー
１１ ＣＰＵ
１２ ＩＰＵ
１３ ＬＤドライバ
１４ ＰＷＭ部
１５ ＬＤ
１６ ＰＤ
２１ スイッチ回路
２２ Ｓ／Ｈスイッチ
２３ ホールドコンデンサ
２４ 信号電流発生回路
２５ バイアス電流発生回路
２６ Ｉ／Ｖ変換回路
２７ コンパレータ
３１ 理想ダイオード回路

Claims (2)

1. ｎ個のレーザダイオード制御回路を備えた集積回路であって、
   各々の前記レーザダイオード制御回路に対応してレーザダイオード駆動電流測定手段をｎ個備え、各々の前記レーザダイオード駆動電流測定手段によってアナログ電圧に変換したｎ個の駆動電流値を、理想ダイオード回路を通した上で前記理想ダイオード回路からの出力をｍ組のグループ毎に共通の外部端子に結線して、ｍ個の外部端子として出力するように構成し、前記ｍ個の外部端子のうち任意の端子同士を結線可能に構成したことを特徴とする集積回路。
2. 請求項１の集積回路を備えたことを特徴とするマルチビーム・レーザプリンタ。

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