JP4763900B2

JP4763900B2 - 発光素子の駆動回路

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Publication number: JP4763900B2
Application number: JP2001040227A
Authority: JP
Inventors: 寿樹仲山
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Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: JP2002246685A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子の駆動回路に関し、より詳細には、レーザビームプリンタの印字に用いられる半導体レーザなどの発光素子の駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームプリンタ（以下、ＬＢＰという。）は、入力された画像データに基づいて、レーザビームにより感光ドラムを走査して、画像を形成する。形成された画像は、感光ドラムにおいて転写材にトナー像として転写され、定着装置において転写材にトナー像を定着させて出力する。ＬＢＰには、半導体レーザが使用され、半導体レーザを駆動するための駆動回路が備えられている。
【０００３】
図６は、従来の半導体レーザの駆動回路を示す回路図である。半導体レーザ６１７のカソードには駆動回路６１９が接続され、半導体レーザ６１７のアノードには電源６０１（高電位側の電源）が接続されている。半導体レーザ６１７を駆動するスイッチング回路６１０は、ＮＰＮトランジスタ６１１，６１２の差動回路で構成されている。
【０００４】
相補的な画像信号を入力する入力端子６０３，６０４は、プリドライバー回路６０５に接続され、プリドライバー回路６０５の相補的な出力６４１，６４２は、スイッチング回路６１０を駆動するエミッタフォロアの入力となる。スイッチング回路６１０を駆動する２つのエミッタフォロアは、それぞれＮＰＮトランジスタ６０６と負荷抵抗６０８、ＮＰＮトランジスタ６０７と負荷抵抗６０９より構成されている。ＮＰＮトランジスタ６０６，６０７のコレクタは、電源６０１に接続され、負荷抵抗６０８，６０９の他端は、ＧＮＤ（低電位側の電源）６０２に接続されている。
【０００５】
電流源６１６より供給される電流を、スイッチング回路６１０に折り返して供給するカレントミラー回路が、ＮＰＮトランジスタ６１３，６１４，６１５から構成されている。電流源６１６は、通常、ＡＰＣ（Auto Power Control）回路（図示せず）により、半導体レーザの発光光量が一定となるように制御されている。
【０００６】
駆動回路６１９とＡＰＣ回路とを含めた回路が、半導体基板上に集積化されて発光素子駆動回路を構成する。抵抗６１８は、集積化されない個別部品からなり、半導体レーザが発光しない場合、駆動回路６１９内での電力消費を抑える為に、スイッチング回路６１０の半導体レーザ６１７と反対側の出力と、電源６０１との間に接続される。
【０００７】
なお、ここではエミッタフォロアの負荷を抵抗としたが、定電流負荷のエミッタフォロアとすることもできる。ただし、抵抗に比較して、回路的にはチップ面積が増加し、コスト的にも不利である。また、エミッタフォロアの代わりに、ＭＯＳＦＥＴを用いたソースフォロアでも同様の構成をとることができる。
【０００８】
電流源６１６から供給される電流をＩ_０とする。ＮＰＮトランジスタ６１３，６１４で構成されるカレントミラーのミラー比をｎとすると、ＮＰＮトランジスタ６１３にＮＰＮトランジスタ６１４のｎ倍の電流が流れる。
【０００９】
入力端子６０３の相補的な画像信号がハイ、入力端子６０４がロウの場合、プリドライバー６０５の相補的な出力６４１はハイ、相補的な出力６４２はロウとなる。従って、ＮＰＮトランジスタ６０６と抵抗６０８よりなるエミッタフォロアの出力はハイ、ＮＰＮトランジスタ６０７と抵抗６０９よりなるエミッタフォロアの出力はロウとなる。ＮＰＮトランジスタ６１１，６１２からなるスイッチング回路のうち、ＮＰＮトランジスタ６１１がオンになり、ＮＰＮトランジスタ６１２がオフになる。ＮＰＮトランジスタ６１３に流れるｎＩ_０の電流は、ＮＰＮトランジスタ６１１を介して半導体レーザ６１７に流れ、半導体レーザ６１７はその電流値に応じた光量で発光する。
【００１０】
一方、入力端子６０３の相補的な画像信号がロウ、入力端子６０４がハイの場合、プリドライバー６０５の相補的な出力６４１はロウ、相補的な出力６４２はハイとなる。従って、ＮＰＮトランジスタ６０６と抵抗６０８よりなるエミッタフォロアの出力はロウ、ＮＰＮトランジスタ６０７と抵抗６０９よりなるエミッタフォロアの出力はハイとなる。ＮＰＮトランジスタ６１１，６１２からなるスイッチング回路のうち、ＮＰＮトランジスタ６１１がオフになり、ＮＰＮトランジスタ６１２がオンになる。ＮＰＮトランジスタ６１３に流れるｎＩ_０の電流は、ＮＰＮトランジスタ６１２を介して抵抗６１８に流れ、半導体レーザ６１７は消灯する。
【００１１】
上述した回路をＬＢＰに使用した場合、発光したレーザ光は、レンズを介して回転ミラーにより反射され、感光ドラムの上を走査する。レーザが消灯して感光ドラム上で光の当たらなかった場所は、帯電せずトナーも着かない。光の当たった場所は、帯電してトナーを吸着する。このトナー像を転写材に定着することによって、入力端子１０３，１０４に入力された画像データに応じた画像が、転写材の上に形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
発光素子の駆動回路は、小型化、低価格化、高速化のために、一般的に半導体基板上に集積化される。半導体基板上に集積化された拡散抵抗の場合、抵抗値は数１０００ｐｐｍ／℃程度の正の温度特性をもつため、従来の抵抗負荷のエミッタフォロア回路を用いたスイッチング回路で構成される駆動回路の場合、温度の上昇ともに負荷抵抗値が増大し、エミッタフォロアに流れる電流が減少し、スイッチングスピードが減少してしまうという問題があった。
【００１３】
また、定電流負荷のエミッタフォロアを用いたスイッチング回路で構成される駆動回路の場合、電流自体は変化しなくてもバイポーラトランジスタのｆ_Ｔが温度と共に減少する為、スイッチングスピードが減少してしまうという問題もあった。
【００１４】
ＬＢＰに使われる半導体レーザの場合、充分な光量を得る為には１０ｍＡの電流を流す必要がある。駆動回路は、電流のスイッチングを行うとともに、発光光量すなわち駆動電流を決めるＡＰＣ回路なども内蔵するため、消費電流は増大しチップ温度は増加する傾向がある。また、ＬＢＰの筐体の中では、感光ドラムや他の電気部品のため、駆動回路の周囲温度が上昇する。さらに、ＬＢＰを高速化、高精度化する為、複数の発光素子を用いて画像の描画を行うことがなされており、１つの駆動回路で複数の発光素子を駆動する場合がある。この場合には、駆動回路の消費電力がチャンネル数の増加に伴い増大し、駆動回路のチップ温度は従来以上に増大する傾向にある。従って、ＬＢＰの高速化、高精度化が進むにつれて駆動回路の高温下でのスイッチングスピードの低下により、高精細、高解像度の印字が困難となり、ＬＢＰの性能を制限してしまうという問題もあった。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、第１の目的は、ＬＢＰに使用される半導体レーザなどの発光素子に流れる電流のスイッチングを行うスイッチング回路を、抵抗負荷のエミッタフォロアの出力で駆動する発光素子の駆動回路について、温度上昇に伴うスイッチングスピードの低下を改善し、高速なスイッチングが可能な発光素子の駆動回路を提供することにある。
【００１６】
第２の目的は、ＬＢＰに使用される半導体レーザなどの発光素子のスイッチングを行うスイッチング回路を、抵抗負荷のソースフォロアの出力で駆動する発光素子の駆動回路について、温度上昇に伴うスイッチングスピードの低下を改善し、高速なスイッチングが可能な発光素子の駆動回路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、画像信号を入力して該画像信号に応じた出力を行うプリドライバと、半導体レーザと、前記半導体レーザの点灯と消灯を切り替えるスイッチング回路と、バイポーラトランジスタにより構成され、該バイポーラトランジスタのエミッタ出力により前記スイッチング回路を動作させるエミッタフォロア回路であって、前記プリドライバの出力が前記バイポーラトランジスタのベースに接続され、高電位側の電源が前記バイポーラトランジスタのコレクタに接続される、エミッタフォロア回路と、を備え、低電位側の電源と前記バイポーラトランジスタのエミッタとの間に、正の温度特性を持つ負荷抵抗と、負の温度特性を持つ素子が直列に接続されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、画像信号を入力して該画像信号に応じた出力を行うプリドライバと、半導体レーザと、前記半導体レーザの点灯と消灯を切り替えるスイッチング回路と、ＭＯＳＦＥＴにより構成され、該ＭＯＳＦＥＴのソース出力により前記スイッチング回路を動作させるソースフォロア回路であって、前記プリドライバの出力が前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、高電位側の電源が前記ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される、ソースフォロア回路と、を備え、低電位側の電源と前記ＭＯＳＦＥＴのソースとの間に、正の温度特性を持つ負荷抵抗と、負の温度特性を持つ素子が直列に接続されることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる発光素子の駆動回路を示した回路図である。半導体レーザ１１７のカソードには駆動回路１１９が接続され、半導体レーザ１１７のアノードには電源１０１（高電位側の電源）が接続されている。半導体レーザ１１７を駆動するスイッチング回路１１０は、ＮＰＮトランジスタ１１１，１１２の差動回路で構成されている。
【００２６】
相補的な画像信号を入力する入力端子１０３，１０４は、プリドライバー回路１０５に接続され、プリドライバー回路１０５の相補的な出力１４１，１４２は、スイッチング回路１１０を駆動するエミッタフォロアの入力となる。スイッチング回路１１０を駆動する２つのエミッタフォロアは、それぞれＮＰＮトランジスタ１０６と負荷抵抗１０８と直列にダイオードを接続したＮＰＮトランジスタ１２１と、およびＮＰＮトランジスタ１０７と負荷抵抗１０９と直列にダイオードを接続したＮＰＮトランジスタ１２２とにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ１０６，１０７のコレクタは、電源１０１に接続され、ＮＰＮトランジスタ１２１，１２２のエミッタは、ＧＮＤ（低電位側の電源）１０２に接続されている。
【００２７】
電流源１１６より供給される電流を、スイッチング回路１１０に折り返して供給するカレントミラー回路が、ＮＰＮトランジスタ１１３，１１４，１１５から構成されている。抵抗１１８は、集積化されない個別部品からなり、半導体レーザが発光しない場合、駆動回路１１９内での電力消費を抑える為に、スイッチング回路１１０の半導体レーザ１１７と反対側の出力と、電源１０１との間に接続される。
【００２８】
本実施形態において、ダイオード接続されたＮＰＮトランジスタは、負の温度特性を持った素子の代表である。負の温度特性とは、一定の電流を流した場合、その両端に現れる電圧が負の温度特性を持つことをいう。すなわち、温度の上昇とともに両端の電圧が減少する。半導体基板上のｐｎ接合を用いたダイオードやダイオード接続されたトランジスタは、順方向電圧が−１〜−２ｍＶ／℃の割合で温度上昇とともに変化するため、負の温度特性を持った素子である。またショットキーバリアダイオードも負の温特を持つ。
【００２９】
電流源１１６から供給される電流をＩ_０とする。ＮＰＮトランジスタ１１３，１１４で構成されるカレントミラーのミラー比をｎとすると、ＮＰＮトランジスタ１１３にＮＰＮトランジスタ１１４のｎ倍の電流が流れる。
【００３０】
入力端子１０３の相補的な画像信号がハイ、入力端子１０４がロウの場合、プリドライバー１０５の相補的な出力１４１はハイ、相補的な出力１４２はロウとなる。従って、ＮＰＮトランジスタ１０６と抵抗１０８よりなるエミッタフォロアの出力はハイ、ＮＰＮトランジスタ１０７と抵抗１０９よりなるエミッタフォロアの出力はロウとなる。ＮＰＮトランジスタ１１１，１１２からなるスイッチング回路のうち、ＮＰＮトランジスタ１１１がオンになり、ＮＰＮトランジスタ１１２がオフになる。ＮＰＮトランジスタ１１３に流れるｎＩ_０の電流は、ＮＰＮトランジスタ１１１を介して半導体レーザ１１７に流れ、半導体レーザ１１７はその電流値に応じた光量で発光する。
【００３１】
一方、入力端子１０３の相補的な画像信号がロウ、入力端子１０４がハイの場合、プリドライバー１０５の相補的な出力１４１はロウ、相補的な出力１４２はハイとなる。従って、ＮＰＮトランジスタ１０６と抵抗１０８よりなるエミッタフォロアの出力はロウ、ＮＰＮトランジスタ１０７と抵抗１０９よりなるエミッタフォロアの出力はハイとなる。ＮＰＮトランジスタ１１１，１１２からなるスイッチング回路のうち、ＮＰＮトランジスタ１１１がオフになり、ＮＰＮトランジスタ１１２がオンになる。ＮＰＮトランジスタ１１３に流れるｎＩ_０の電流は、ＮＰＮトランジスタ１１２を介して抵抗１１８に流れ、半導体レーザ１１７は消灯する。
【００３２】
エミッタフォロアを構成するＮＰＮトランジスタ１０６，１０７のエミッタ電位のハイレベルをＶｈ，ロウレベルをＶｌとする。負荷抵抗１０８，１０９の値をともにＲ０とする。図６に示した従来例では、ハイレベルを出力するエミッタフォロアの負荷抵抗には、Ｖｈ／Ｒ０電流が流れる。負荷抵抗を拡散抵抗で構成すると、１０００〜２０００ｐｐｍ／℃の温度特性を持っている為、温度が上昇するとエミッタフォロアの負荷に流れる電流Ｖｈ／Ｒ０は減少する。一例として負荷抵抗が２０００ｐｐｍ／℃の場合５０℃の温度上昇で電流は１０％減少する。従って、エミッタフォロアを構成するＮＰＮトランジスタ６０６，６０７に流れる電流は減少し、ｆ_Ｔが低下して立ち上がり速度が低下する。さらに、スイッチング回路を放電する際の電流が減少するために立ち下がり速度も低下する。
【００３３】
一方、本実施形態においては、ダイオード接続したＮＰＮトランジスタ１２１，１２２を負荷抵抗１０８，１０９と直列に接続している。ダイオード接続したＮＰＮトランジスタ１２１，１２２の順方向電圧は温度の上昇とともに減少するため、負荷抵抗の両端にかかる電圧は増大し抵抗値の増加を補償して、電流の低下を抑制するように作用する。
【００３４】
具体的には、ダイオード接続したＮＰＮトランジスタ１２１，１２２の順方向電圧Ｖｆを０．７Ｖ（基準温度において）、温度係数を−２ｍＶ／℃、スイッチング回路を構成するＮＰＮトランジスタ１１１，１１２及び電流源として動作するＮＰＮトランジスタ１１３を飽和させないような電圧Ｖｈを２．４Ｖとすると、基準電圧において、エミッタフォロアに流れる電流は（Ｖｈ−Ｖｆ）／Ｒ０＝１．７Ｖ／Ｒ０となる。５０℃温度が上昇した場合、抵抗値は前述の様に１０％増加するが、Ｖｆが０．１Ｖ減少するために、
（Ｖｈ−Ｖｆ）＝１．８Ｖ／１．１Ｒ０〜１．６４Ｖ／Ｒ０
となり、電流値の減少は約３．５％である。温度が上昇しても、上述した従来例ほどには、エミッタフォロアを流れる電流は減少しないので、スイッチング回路の駆動速度を低下させることが少なく、高温になっても半導体レーザの高速なスイッチングが可能となる。
【００３５】
なお、発光素子として半導体レーザの例を示したが、半導体レーザに限らず、電流をスイッチング回路でオン，オフする事によって発光を制御する発光素子であれば同様の効果が得られる。また、ＮＰＮトランジスタのエミッタフォロアでスイッチング回路を駆動する場合を示したが、ＰＮＰトランジスタを用いたエミッタフォロアに関しても同様の効果があることは言うまでもない。
【００３６】
本実施形態では、１つの発光素子を駆動する駆動回路に付いて例示したが、スイッチング回路を複数チャンネル分備えた複数の発光素子の駆動回路については、消費電流が１チャンネルの場合より大きく駆動回路の温度上昇が大きくなることから、より大きな効果が得られる。また、負の温度特性を持つ素子の数は、１つに限らず必要に応じて複数であっもよいし、直列であればその順番を問わないことは言うまでもない。
【００３７】
図２は、本発明にかかる第１の実施形態の発光素子の駆動回路において複数の負の温度特性を持つ素子を使用した一例を示した回路図である。エミッタフォロアの負荷抵抗１０８，１０９と、直列に２つのショットキーバリアダイオード１３１，１３２と１３３，１３４とを接続した。ショットキーバリアダイオードが１個の場合と比較して、温度上昇に伴って負荷抵抗にかかる電圧増加量が増大するため、高温においてエミッタフォロアに流れる電流の低下をより抑えることができる。
【００３８】
図３は、本発明にかかる第１の実施形態の発光素子の駆動回路において単相の画像信号で発光素子のスイッチングを行う一例を示した回路図である。上述した実施形態では、相補的な画像信号に基づいて発光素子のスイッチングを行う例を示した。図３に示した実施形態では、スイッチング回路１１０の一方の入力を固定電位としておき、他方の電位を単相の画像信号に基づいて変化させ、スイッチング行う。この場合にも上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
入力端子１２３から入力された単相の画像信号が、プリドライバー１２４に入力され、プリドライバー１２４の出力１２５が、エミッタフォロアを構成するＮＰＮトランジスタ１２６のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ１２６のコレクタは、電源１０１（高電位側の電源）に、エミッタは負荷抵抗１２７とスイッチング回路１１０の一方の入力に接続されている。負荷抵抗１２７のもう一端は、ダイオード接続されたＮＰＮトランジスタ１２８のアノード側に接続され、カソードは、ＧＮＤ（低電位側の電源）に接続されている。スイッチング回路１１０のもう一方の入力は、抵抗１２９，１３０で与えられる固定電圧が入力されている。
【００４０】
半導体レーザ１１７のスイッチングは、ＮＰＮトランジスタ１１１のオン，オフ、すなわちエミッタフォロアの出力スイッチングスピードで決まる。上述したように、負荷抵抗に直列の負の温度特性を持つ素子を接続することによって、温度の上昇によるスイッチング速度の低下を改善することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図４は、本発明にかかる第２の実施形態の発光素子の駆動回路を示した回路図である。図１に示した第１の実施形態と同一の部分は、同じ番号を付ける。第１の実施形態との差異は、半導体レーザの駆動回路をＭＯＳＦＥＴで構成し、スイッチング回路の駆動をソースフォロアで行っている点である。ＢｉＣＭＯＳのデバイスを用いれば、バイポーラ・トランジスタとＭＯＳＦＥＴとの混在であってもよい。
【００４２】
半導体レーザ１１７のカソードには駆動回路１１９が接続され、半導体レーザ１１７のアノードには電源１０１（高電位側の電源）が接続されている。半導体レーザ１１７を駆動するスイッチング回路２１０は、ＮＭＯＳＦＥＴ２１１，２１２の差動回路で構成している。
【００４３】
相補的な画像信号を入力する入力端子１０３，１０４は、プリドライバー回路２０５に接続され、プリドライバー回路２０５の相補的な出力２４１，２４２は、スイッチング回路２１０を駆動するソースフォロアの入力となる。スイッチング回路２１０を駆動する２つのソースフォロアは、それぞれＮＭＯＳＦＥＴ２０６と負荷抵抗２０８と接合ダイオード２２１と、およびＮＭＯＳＦＥＴ２０７と負荷抵抗２０９と接合ダイオード２２２とにより構成されている。ＮＭＯＳＦＥＴ２０６，２０７のドレインは、電源１０１に接続されている。負荷抵抗２０８，２０９の他端は、負の温度特性を持つ接合ダイオード２２１，２２２のアノードに接続され、接合ダイオード２２１，２２２のカソードは、ＧＮＤ（低電位側の電源）１０２に接続されている。
【００４４】
電流源２１６より供給される電流を、スイッチング回路２１０に折り返して供給するカレントミラー回路が、ＮＭＯＳＦＥＴ２１４，２１５から構成されている。
【００４５】
本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の効果が得られる。スイッチング回路を駆動するソースフォロアを構成するＮＭＯＳＦＥＴ２０６，２０７のハイレベルをＶｈ２、ロウレベルをＶｌ２とする。負荷抵抗２０８，２０９の抵抗値をともにＲ１とする。接合ダイオードの順方向電流をＶｆ２として、ハイレベルを出力しているソースフォロアについてみると、ソースフォロアに流れる電流Ｉｓは、
Ｉｓ＝（Ｖｈ２−Ｖｆ２）／Ｒ１
となる。半導体基板上の拡散層やポリシリコンで作られる負荷抵抗２０８，２０９の抵抗値、すなわち上式の分母は温度の上昇に伴って増加するが、接合ダイオード２２１，２２２の順方向電圧が温度上昇に伴って減少するため、上式の分子も増加し電流の減少を改善するよう動作する。従って、温度が上昇してもソースフォロアに流れる電流の減少は抑制され、高温になっても半導体レーザの高速なスイッチングが可能となる。
【００４６】
なお、ここではＮＭＯＳＦＥＴのソースフォロアの例を示したが、ＰＭＯＳＦＥＴのソースフォロアについても同様の効果があることは言うまでもない。
【００４７】
（第３の実施例）
図５は、本発明にかかる第３の実施形態の発光素子の駆動回路を示した回路図である。本実施形態においては、半導体レーザに電流を供給するスイッチング回路の駆動を、低電流負荷のエミッタフォロアで行う場合の一例を示す。ここで、定電流負荷とは、抵抗負荷のようにエミッタフォロアの出力電圧によって電流が変る上述した例に比較して、出力電圧に依らずほぼ一定の電流を負荷として流すことを意味し、温度に対して一定という意味ではない。エミッタフォロアの負荷を定電流とする場合、温度依存性が小さくなるような電流源をもとに、エミッタフォロアの負荷の電流を供給すれば、抵抗負荷の時のような温度上昇に伴う電流の減少は防ぐことができる。しかし、バイポーラトランジスタのｆ_Ｔが温度の上昇とともに低下するため、エミッタフォロアに流れる電流が温度変化しない場合でもスイッチング回路の駆動が遅くなるという問題が残る。
【００４８】
本実施形態においては、半導体レーザの駆動電流をスイッチングするスイッチング回路の駆動を、定電流負荷のエミッタフォロアまたはソースフォロアで行う発光素子の駆動回路について、正の温度特性を持った電流源を用いることにより、高温時にスイッチング速度の低下を防ぐ発光素子の駆動回路を示す。
【００４９】
図５において、図１に示した第１の実施形態と同一の部分は、同じ番号を付け説明を省略する。第１の実施形態との相違は、エミッタフォロアの定電流負荷を構成する電流源回路３１１である。
【００５０】
電流源回路３１１は、ベースが共通接続されたＮＰＮトランジスタ３０１，３０２と、ＮＰＮトランジスタ３０１のエミッタに接続された抵抗３０３と、ベースが共通接続されたＰＮＰトランジスタ３０４，３０５とから構成されている。ＮＰＮトランジスタ３０１のコレクタは、ＰＮＰトランジスタ３０４のコレクタ・ベース・ショートに接続カレントミラーを構成する。ＰＮＰトランジスタ３０４，３０５のエミッタは、電源１０１（高電位側の電源）に接続され、ＰＮＰトランジスタ３０５のコレクタとエミッタには、スタートアップ用抵抗３０６が接続されている。
【００５１】
抵抗３０３の他端とＮＰＮトランジスタ３０２のエミッタは共通接続され、ＮＰＮトランジスタ３０７のコレクタとベース電流補償用のＮＰＮトランジスタ３１０のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ３１０のコレクタは、電源１０１に接続され、エミッタは、ＮＰＮトランジスタ３０７，３０８，３０９の共通ベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ３０７，３０８，３０９のエミッタは、ＧＮＤ（低電位側の電源）１０２に接続されカレントミラーを構成している。ＮＰＮトランジスタ３０８のコレクタは、ＮＰＮトランジスタ１０６のエミッタに接続され、３０９のコレクタはＮＰＮトランジスタ１０７のエミッタに接続され、それぞれ定電流負荷のエミッタフォロアを構成する。
【００５２】
電流源回路３１１は、ベースが共通接続されたＮＰＮトランジスタ３０１，３０２と抵抗３０３で電流を決定する。ＮＰＮトランジスタ３０１，３０２のサイズ比をｍとする。簡単のために、ベース電流とスタートアップ用の抵抗３０６に流れる電流を無視すると、この電流源の電流は、下記のように表される。ＰＮＰトランジスタ３０４，３０５からなるカレントミラーに流れる電流は等しいので、これをＩ１とし、抵抗３０３の抵抗値をＲ３０３すると、
Ｖ_ＢＥ３０１＋Ｉ１＊Ｒ３０３＝Ｖ_ＢＥ３０２
となって、ＮＰＮトランジスタ３０１，３０２のサイズ比がｍであるから、
Ｉ１＝（Ｖ_Ｔ／Ｒ３０３）＊ｌｎ（ｍ）
と変形できる。ここでＶ_Ｔは、全体温度をＴ、ボルツマン定数をｋ，素電荷をｑとして、
Ｖ_Ｔ＝ｋＴ／ｑ
と表される。
【００５３】
ｌｎ（ｍ）は定数なので、Ｉ１の温度依存性は、Ｖ_ＴとＲ３０３の温度依存性にかかっている。いずれも温度の上昇に伴い増加するが、Ｖ_Ｔは、室温の３００Ｋ付近で約２６ｍＶであり、単位温度あたりの変化率は約３３００ｐｐｍ／℃となる。一方、半導体基板上に形成し拡散層を用いた抵抗の場合、通常その温度依存性は１０００〜２０００ｐｐｍ／℃であるので、Ｖ_Ｔ／Ｒ３０３は、温度上昇に伴って増加する。従って、この電流源に流れる電流は温度に対して正の係数を持つ。
【００５４】
電流源回路３１１で決まった電流の２倍（ＮＰＮトランジスタ３０１，３０２に流れる電流の合計）の値が、ＮＰＮトランジスタ３０７のコレクタ電流となり、カレントミラーを形成するＮＰＮトランジスタ３０８，３０９にも同様に正の温度依存性を持った電流が流れることとなる。ＮＰＮトランジスタ３０３、３０９は、ＮＰＮトランジスタ１０６，１０７とそれぞれ定電流負荷のエミッタフォロアを構成し、発光素子のスイッチング回路１１０を駆動する。
【００５５】
従って、温度が上昇した場合、ＮＰＮトランジスタ１０６，１０７のｆ_Ｔは低下しようとするが、定電流源の電流が増加し、ｆ_Ｔを増加させるように作用するため、高温になってもスイッチング速度の低下が避けられ発光素子の高速なスイッチングが可能となる。
【００５６】
なお、電流源回路３１１は、図５に示した回路に限定されず、温度に対して正の依存性を持った電流源であれば、よいことは言うまでもない。また、エミッタフォロアの場合について説明したが、ソースフォロアについても同様に、温度上昇とともに電流値が増加するような電流源回路を用いてソースフォロア回路を構成しても同様の効果が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像信号に応じて変化するエミッタフォロアの出力で発光素子に流す電流をスイッチングして駆動を行う場合に、バイポーラトランジスタのエミッタと電源との間に、負の温度特性を有する素子を少なくとも１つと、負荷抵抗とを直列に接続したので、温度の上昇とともに負荷抵抗の両端にかかる電圧は増大し、抵抗値の上昇を補償することにより、負荷抵抗のみの場合と比較して、高温時にエミッタフォロアに流れる電流の低下が改善され、スイッチングスピードの低下を防ぐことが可能となる。これをＬＢＰなどのプリンタに応用すれば、高精細、高解像度の画像を得ることが可能となる。
【００５８】
また、本発明によれば、画像信号に応じて変化するエミッタフォロア、またはソースフォロアの出力で発光素子に流す電流をスイッチングして駆動を行う場合に、定電流回路の供給する電流は、正の温度特性を有するので、温度上昇に伴うバイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴのｆ_Ｔの低下を補って、高温時のスイッチングスピードの低下を防ぐことが可能となる。これをＬＢＰなどのプリンタに応用すれば、高精細、高解像度の画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１の実施形態の発光素子の駆動回路を示した回路図である。
【図２】本発明にかかる第１の実施形態の発光素子の駆動回路において複数の負の温度特性を持つ素子を使用した一例を示した回路図である。
【図３】本発明にかかる第１の実施形態の発光素子の駆動回路において単相の画像信号で発光素子のスイッチングを行う一例を示した回路図である。
【図４】本発明にかかる第２の実施形態の発光素子の駆動回路を示した回路図である。
【図５】本発明にかかる第３の実施形態の発光素子の駆動回路を示した回路図である。
【図６】従来の半導体レーザの駆動回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１０１，６０１電源（高電位側の電源）
１０２，６０２ＧＮＤ（低電位側の電源）
１０３，１０４，１２３，６０３，６０４入力端子
１０５，１２４，２０５，６０５プリドライバー回路
１０６，１０７，１１１〜１１５，１２１，１２２，１２６，１２８，３０１，３０２，３０７〜３１０，６０６，６０７，６１１〜６１５ＮＰＮトランジスタ
１１８，１２９，１３０，３０３，６１８抵抗
１０８，１０９，１２７，２０８，２０９，６０８，６０９負荷抵抗
１１０，２１０，６１０スイッチング回路
１１６，２１６，６１６電流源
１１７，６１７半導体レーザ
１１９，６１９駆動回路
１２５，２４１，２４２，１４１，１４２，６４１，６４２相補的な出力
１３１〜１３４ショットキーバリアダイオード
２０６，２０７，２１１，２１４ＮＭＯＳＦＥＴ
２２１，２２２接合ダイオード
３０４，３０５ＰＮＰトランジスタ
３０６スタートアップ用抵抗
３１１電流源回路

Claims

画像信号を入力して該画像信号に応じた出力を行うプリドライバと、
半導体レーザと、
前記半導体レーザの点灯と消灯を切り替えるスイッチング回路と、
バイポーラトランジスタにより構成され、該バイポーラトランジスタのエミッタ出力により前記スイッチング回路を動作させるエミッタフォロア回路であって、
前記プリドライバの出力が前記バイポーラトランジスタのベースに接続され、
高電位側の電源が前記バイポーラトランジスタのコレクタに接続される、
エミッタフォロア回路と、
を備え、
低電位側の電源と前記バイポーラトランジスタのエミッタとの間に、正の温度特性を持つ負荷抵抗と、負の温度特性を持つ素子が直列に接続される
ことを特徴とする半導体レーザの駆動回路。
画像信号を入力して該画像信号に応じた出力を行うプリドライバと、
半導体レーザと、
前記半導体レーザの点灯と消灯を切り替えるスイッチング回路と、
ＭＯＳＦＥＴにより構成され、該ＭＯＳＦＥＴのソース出力により前記スイッチング回路を動作させるソースフォロア回路であって、
前記プリドライバの出力が前記ＭＯＳＦＥＴのゲートに接続され、
高電位側の電源が前記ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続される、
ソースフォロア回路と、
を備え、
低電位側の電源と前記ＭＯＳＦＥＴのソースとの間に、正の温度特性を持つ負荷抵抗と、負の温度特性を持つ素子が直列に接続される
ことを特徴とする半導体レーザの駆動回路。
前記画像信号は一方がハイのとき他方はローとなる相補的な画像信号であり、
前記スイッチング回路は差動回路で構成され、
前記エミッタフォロア回路には、第１エミッタ出力を備えた第１バイポーラトランジスタと、第２エミッタ出力を備えた第２バイポーラトランジスタとを含み、
前記第１エミッタ出力と前記低電位側の電源との間、及び前記第２エミッタ出力と前記低電位側の電源との間の夫々において、前記正の温度特性を持つ負荷抵抗と、前記負の温度特性を持つ素子が直列に接続され、
前記プリドライバは、前記相補的な画像信号の入力に応じて逆極性の出力を第１出力端子及び第２出力端子からそれぞれ出力して、前記第１バイポーラトランジスタの第１エミッタ出力及び前記第２バイポーラトランジスタの第２エミッタ出力を制御し、
前記制御に応じて前記差動回路がオン及びオフすることにより前記半導体レーザの点灯と消灯が切り替えられ、
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
前記画像信号は一方がハイのとき他方はローとなる相補的な画像信号であり、
前記スイッチング回路は差動回路で構成され、
前記ソースフォロア回路には、第１ソース出力を備えた第１ＭＯＳＦＥＴと、第２ソース出力を備えた第２ＭＯＳＦＥＴとを含み、
前記第１ソース出力と前記低電位側の電源との間、及び前記第２ソース出力と前記低電位側の電源との間の夫々において、前記正の温度特性を持つ負荷抵抗と、前記負の温度特性を持つ素子が直列に接続され、
前記プリドライバは、前記相補的な画像信号の入力に応じて逆極性の出力を第１出力端子及び第２出力端子からそれぞれ出力して、前記第１ＭＯＳＦＥＴの第１ソース出力及び前記第２ＭＯＳＦＥＴの第２ソース出力を制御し、
前記制御に応じて前記差動回路がオン及びオフすることにより前記半導体レーザの点灯と消灯が切り替えられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
前記低電位側の電源はグランドであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動回路。