JPH07221377A - 発光素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異常突入電流から発光素子を保護する。 【構成】 半導体レーザ４１とレーザ電圧レギュレータ
５２の間に過電流リミッタ５３を設け、突入電流を制限
する。突入電流の発生時間が長いことを過電流時間計測
回路５４により検出したときは、レーザ電圧レギュレー
タ５２をシャットダウンする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子駆動回路に関
し、特に電子写真式レーザプリンタあるいは複写機に使
用される半導体レーザ駆動回路に好適な発光素子駆動回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真式カラーレーザプリンタでは、
画像信号に応じて感光体上に静電潜像を形成する手段と
して半導体レーザを使用する。従来の１ドラム多重転写
カラーレーザプリンタの概略構造を図３に示す。図３に
おいて、給紙部１０１から給紙された用紙１０２は、用
紙先端を転写ドラム１０３のグリッパ１０３ｆにより挾
持されて転写ドラム１０３の外周に保持される。

【０００３】光学ユニット１０７から感光体１上に各色
毎に形成された潜像は、各色現像器Ｄｙ，Ｄｃ，Ｄｍ，
Ｄｂにより現像化されて転写ドラム１０３の外周用紙に
複数回転写されて、多色カラー画像が形成される。その
後用紙１０２は転写ドラム１０３から分離されて定着ユ
ニット１０４で定着されて排紙部１０５から排紙トレー
部１０６に排紙される。ここで各色現像器は、その両端
に回転支軸１１０を有し各々が軸を中心に回転可能な現
像器選択機構部１０８により保持されて、図３に示すよ
うにその姿勢を一定に維持した状態で現像器選択のため
の回転がなされる。

【０００４】選択された現像器が現像位置に移動後、現
像器選択機構部１０８は現像器と一体で交点１０９ｂを
中心に選択機構保持フレーム１０９をソレノイド１０９
ａにより感光体一方向に移動決めされる。ここで、回転
支軸１１０は装置本体に固定される構成となっている。
また符号４は検出器であり現像器選択機構部１０８の円
周に突出したＨ部の検出により現像器選択機構部１０８
のホームポジションを検出する。

【０００５】したがってプリンタ制御装置（図示せず）
はＨ部を基準として各色現像器の位置を確認し現像器選
択機構部１０８の回転角度を決定し所望の現像器を選択
する。

【０００６】以上のような装置における像露光として
は、レーザビームスキャナ装置により得られる像露光を
利用する。

【０００７】像露光について光学系を図４に示す。

【０００８】図４は光学ユニット１０７内部の具体的な
一例を示す。

【０００９】このレーザビームスキャナ装置は半導体レ
ーザ４１を有し、半導体レーザ４１は画像信号の色分解
像にしたがって光変調される。半導体レーザ４１から出
射されたレーザビームはコリメータレンズ３１およびシ
リンドリカルレンズ３２を介して回転多面体（ポリゴン
ミラー）３８によりレーザビームが偏向される。次にレ
ーザビームは球面レンズ３３およびトーリックレンズ３
４から構成されるｆ−Θレンズで結像し反射ミラー３５
でビーム光路が折り返され感光体１に照射する。そし
て、レーザビームは感光体１の表面上を一定速度で所定
方向ａに走査されることにより、色分解像に対応した像
露光がなされる。また、レーザビームの一部は水平同期
ミラー３６で反射し、オプチカルファイバ３７でレーザ
ビームの走査ラインの開始方向を示すインデックス信号
を検出し、この信号を基準として１ラインの画像書き込
みのタイミングが決定される。

【００１０】光学ユニット１０７に使用されるレーザ駆
動回路の光量制御回路の構成を図５に示す。図５におい
て、４０はレーザユニットであり、レーザダイオード４
１とこの近傍に配置されたフォトダイオード４２から構
成される。レーザダイオード４１におけるレーザビーム
の一部は、フォトダイオード４２に受光されてレーザビ
ームの発光量に比例した信号Ｓ４０が得られる。次にこ
の信号Ｓ４０は信号比較器４４で、あらかじめ設定され
ているレーザビーム目標光量設定基準信号Ｖｔレベルと
比較される。

【００１１】そして信号比較器４４の出力信号Ｓ４４
は、信号Ｓ４０とＶｔとの誤差に相当する信号として次
段制御回路（以下制御回路）４５に出力される。制御回
路４５は、誤差信号Ｓ４４に従ってカウンタ４６へカウ
ント動作制御信号Ｓ４５を出力する。

【００１２】次にカウンタ４６は制御信号Ｓ４５に従っ
てアップダウン動作を行い、カウント信号Ｓ４６を次段
Ｄ／Ａ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器）４７に出力する。
そしてＤ／Ａ変換器４７でデジタル信号Ｓ４６はアナロ
グ信号に変換されて、信号Ｓ４７は次段レーザ駆動回路
（以下、レーザ駆動回路）４８に出力される。ここでレ
ーザ駆動回路４８には信号Ｓ１も入力されている。信号
Ｓ１は図示していない画像信号制御部から出力される画
像信号である。

【００１３】レーザ駆動回路４８では、信号Ｓ４７によ
りレーザビームの発光量を設定し、画像信号Ｓ１により
レーザのオン，オフ動作が制御されたレーザ駆動信号Ｓ
４８を生成し、レーザダイオード４１に出力する。

【００１４】このようにレーザダイオード４１の発光量
を所定の範囲に収束安定化することを、ＡＰＣ（Ａｕｔ
ｏｍａｔｉｃｋ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）処理と
呼び以後の説明ではＡＰＣと略す。

【００１５】このように光学ユニット１０７にレーザ光
量を安定化する回路を設ける必要性は、レーザの温度特
性は非常に悪く周囲温度が変化する環境条件ではレーザ
光量を安定化するＡＰＣ制御が必要になるからである。

【００１６】ここで、レーザビームが感光体１を図４の
符号ａの方向に走査する方向を主走査、回転するｂ方向
を副走査方向とすると、ＡＰＣ制御は主走査および副走
査方向の非画像領域で実施される。

【００１７】図５のレーザ駆動回路４８について説明す
る。レーザ駆動回路４８内部構成の一例を図６に示す。

【００１８】図６においてＱ１とＱ２はトランジスタ素
子で、互いのエミッタ端子が共通に接続されている差動
回路を構成している。Ｑ１のコレクタ端子には抵抗Ｒ１
が、一方Ｑ２のコレクタ端子にはレーザダイオード４１
が接続されている。バッファ回路５０は画像信号制御部
（図示せず）から供給されている画像信号Ｓ１に応じ
て、差動回路Ｑ１，Ｑ２の各ベース端子に互いに逆極性
でレーザドライブ信号Ｓ０，Ｓ０＊を供給する。

【００１９】定電流回路５１はレーザに所定の発光量が
得られるようにＡＰＣ制御で設定された一定電流を保持
する。

【００２０】このような構成から明らかなように、ＡＰ
Ｃ制御で上記定電流回路５１に設定されたレーザ駆動一
定電流値は、レーザドライブ信号Ｓ０，Ｓ０＊によって
トランジスタＱ１またはＱ２のいずれかの経路が導通状
態となることにより供給される。この場合Ｑ２が導通と
なった時にレーザが発光する。また、抵抗Ｒ２、コンデ
ンサＣ１は電流のスイッチング時に発生するスパイク電
流を吸収し、半導体レーザ４１を破壊から保護してい
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述したＡＰＣ制御ル
ープをマイクロコンピュータ等を使用して構築した場合
に、マイクロコンピュータ内のＣＰＵが暴走するかある
いは定電流回路５１の構成素子の一部が破壊した場合に
問題が生じる。より具体的には定電流回路５１が、半導
体レーザ４１の素子許容耐電流を超える大電流を流すよ
うな誤動作を生じる。また、電源オン直後のラッシュ電
流（サージ）により、高価な半導体レーザに多大なスト
レスをかけたり、最悪の場合には素子破壊してしまうこ
とがある。

【００２２】そこで、本発明は、外部要因により発生す
る異常電流の影響を受けない発光素子駆動回路を提供す
ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、発光素子と、該発光素子
に電圧を供給する電圧供給手段と、前記発光素子に一定
電流を供給する電流供給手段と、前記発光素子と前記電
圧供給手段との間に設置され、前記発光素子に供給され
る異常電流の突入を制限する電流制限手段とを具えたこ
とを特徴とする。

【００２４】請求項２の発明は、請求項１の発明に加え
て、前記電流制限手段は、前記電流供給手段から供給さ
れる規定の電流以上で、前記発光素子の許容最大耐電流
以下の間の値に前記異常電流を制限することを特徴とす
る。

【００２５】請求項３の発明は、発光素子と、該発光素
子に電圧を供給する電圧供給手段と、前記発光素子に一
定電流を供給する電流供給手段と、前記発光素子と前記
電圧供給手段との間に設置され、前記発光素子に供給さ
れる異常電流の突入を制限する電流制限手段と、該電流
制限手段が動作したときの連続動作時間を計測する時間
計測手段と、該時間計測手段により、前記電流制限手段
が所定時間連続動作したことが検出されたならば、前記
発光素子に供給する電圧をシャットダウンする制御手段
とを具えたことを特徴とする。

【００２６】請求項４の発明は、請求項３の発明に加え
て、前記電流供給手段と、前記電流制限手段と、前記時
間計測手段と、前記制御手段とを集積化したことを特徴
とする。

【００２７】

【作用】請求項１の発明では電流制限手段により異常電
流の突入を制限し、回路全体の保護を図る。

【００２８】請求項２の発明では電流制限手段の制限範
囲を発光素子の正常作動範囲とすることで、発光素子の
動作に与える影響を無くする。

【００２９】請求項３の発明では異常電流が長時間発生
すると、発光素子の駆動が停止され、回路の保護性がさ
らに高まる。

【００３０】請求項４の発明では発光素子駆動回路の電
流制限関連部が集積化されることにより他の回路部への
影響が阻止され、断線異常等故障発生が生じる確率が減
少し、装置の小型化が図れる。

【００３１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００３２】本発明に関わる半導体レーザの過電流制限
の実施例を図１に基づいて詳細に説明する。図１におい
て図６の従来例と同一の信号名および同一の箇所には同
一符号を付している。

【００３３】図１において５２は非安定電源電圧Ｖ１か
ら半導体レーザ４１に供給する安定化電圧Ｖ３を生成レ
ギュレートするレーザ電圧レギュレータであり、過電流
リミッタ５３は半導体レーザ４１に流れる異常な突入電
流を制限する。上記異常な突入電流は電源オン時の突入
電流、定電流回路５１の故障、ＣＰＵのＡＰＣ制御エラ
ーなどで流れる突入電流である。ここで、過電流リミッ
タ回路５３が動作を開始する電流値はＡＰＣ制御で定電
流回路５１に設定された所定の電流値以上、半導体レー
ザの最大許容体電流値よりも低く設定されているものと
する。

【００３４】過電流時間計測回路５４は、過電流リミッ
タ回路動作信号Ｓ５３により、電流リミッタ動作の連続
継続時間を計測し、所定時間連続してリミッタ動作を続
いていることを検出したならば、信号Ｓ５４をレギュレ
ータ制御回路５５に出力する。上記信号Ｓ５４を受け
て、レギュレータ制御回路５５はレーザ電圧レギュレー
タ５２へレーザへの供給電圧をシャットダウン制御する
信号Ｓ５５を出力し、レーザへの供給電圧Ｖ３をシャッ
トダウンさせる。図１中の回路ブロック５６は上記回路
５２〜５５を集積化した発光素子駆動集積回路である。

【００３５】図１における発光素子駆動集積回路５６の
具体的な回路の一例を図２に示し、その動作を説明す
る。図２においてトランジスタＱ３，Ｑ５、抵抗Ｒ１，
Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、ツェナーダイオードＺＤ１、コンデ
ンサＣ２で図１のレーザ電圧レギュレータ５２を構成し
ている。簡単に動作説明すると、トランジスタＱ３のコ
レクタ端子に供給された非安定化電圧Ｖ１から抵抗Ｒ１
を介し、Ｑ３のベースに電流が供給されて、トランジス
タＱ３が活性化される。さらに、トランジスタＱ３のエ
ミッタから抵抗Ｒ２を介してツェナー電圧ＺＤ１をロッ
クさせて、トランジスタＱ５のエミッタに基準電圧Ｖｒ
ｅｆを得る。ここでコンデンサＣ２はパスコンおよびツ
ェナーＺＤ１が発生するノイズを除去する働きをしてい
る。

【００３６】トランジスタＱ３のエミッタから抵抗Ｒ５
を介した電圧値は抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧されてトランジ
スタＱ５のベースに供給されて、基準電圧Ｖｒｅｆと比
較動作する。その結果、誤差成分がトランジスタＱ５の
コレクタに出力してトランジスタＱ３のベース電流を制
御し、

【００３７】

【数１】所定電圧Ｖ３＝（Ｖｒｅｆ＋Ｖｂｅ）＊（１＋
Ｒ４／Ｒ３） となるようにフィードバック制御動作する。

【００３８】ただし、ＶｂｅはトランジスタＱ５のベー
ス、エミッタ間電圧である。

【００３９】トランジスタＱ４、ダイオードＤ１、抵抗
Ｒ５，Ｒ６は図１の過電流リミッタ５３を構成してい
る。この過電流リミッタ動作は定電流垂下特性である
が、特に限定するものでなく、フの字特性であってもよ
い。動作を簡単に説明すると、抵抗Ｒ５は、過電流検出
抵抗であり、過電流により抵抗Ｒ５の両端の電圧値がＱ
４のＶｂｅ以上になろうとすると、トランジスタＱ４は
オンしてトランジスタＱ４のコレクタからダイオードＤ
１を介してトランジスタＱ３のベース電流を制御し、過
電流値をＶｂｅ／Ｒ５で設定される値以上の電流を半導
体レーザに流さないように電流制御する。さらに、過電
流リミッタが動作すると、トランジスタＱ４のコレクタ
から抵抗Ｒ６を介して信号Ｓ５３を出力する。

【００４０】トランジスタＱ６，Ｑ７、抵抗Ｒ７，Ｒ
８，Ｒ９，Ｒ１０、コンデンサＣ３で図１の過電流時間
計測回路５４を構成している。

【００４１】簡単な動作説明をすると、回路はサイリス
タを構成しており、上記信号Ｓ５３により、トランジス
タＱ７ベースがトリガーされて、トランジスタＱ７のコ
レクタから抵抗Ｒ１０，Ｒ９、コンデンサＣ３を介して
電流が注入される。これは上述の過電流リミッタ回路５
３が動作中は注入が連続して続けられる。そして、図２
中の等価回路に示すように、

【００４２】

【数２】ｔ＝（Ｃ３＊Ｒｂ）ｌｎ（Ｖｂ／（Ｖｂ−Ｖ
ｃ））

【００４３】

【数３】Ｖｃ＝Ｖｂｅ（Ｑ６）

【００４４】

【数４】Ｒｂ＝（Ｒ９＊Ｒ１０）／（Ｒ９＋Ｒ１０）

【００４５】

【数５】Ｖｂ＝（Ｒ９／（Ｒ９＋Ｒ１０））＊Ｖａ 時間連続過電流リミッタが動作した場合には、トランジ
スタＱ６のベースに電流が供給され初めてトランジスタ
Ｑ６は活性化されて、トランジスタＱ６のコレクタから
抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ７のベース電流を引き
込む。トランジスタＱ６，Ｑ７でサイリスタループを形
成し、これにより過電流リミッタが所定以上連続動作し
たことをラッチングする。そして、信号Ｓ５４がトラン
ジスタＱ６のコレクタから出力される。上記信号Ｓ５４
はダイオードＤ２を介してトランジスタＱ３へのベース
電流を供給しないように制御し、電圧Ｖ３をシャットダ
ウンする。

【００４６】このようなサイリスタのラッチングは、装
置の電源がオフするまで保持動作し、再度電源がオンさ
れた時点で解除される。ダイオードＤ４は、電源オフ時
にコンデンサＣ３に蓄積している電荷をディスチャージ
するものである。通常はＣ３＊Ｒｂの時定数でディスチ
ャージするが、電源オンオフを繰り返した場合には、Ｃ
３＊Ｒｂの時定数では完全にはディスチャージせずに、
コンデンサＣ３に電荷が次第に蓄積するのでダイオード
Ｄ４が必要となる。

【００４７】以上のような構成により、半導体レーザ４
１に対して許容範囲以上の異常電流が流れるのが阻止さ
れ、半導体レーザ４１が破壊することが防止される。

【００４８】なお、本発明の構成では半導体レーザを例
として説明したが、半導体レーザに限定されるものでは
なく、他にもＬＥＤなど、発光素子であれば全てに本発
明を適用できることは明らかである。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体レーザなどの発光素子とレーザ駆動回路に電圧を供
給する電圧供給手段との間に電流制限手段を設けたので
以下のような効果により、半導体レーザの破壊等を未然
に防止できる。

【００５０】（１）電源オン直後の電圧過渡状態サージ
によるレーザ保護、突入電流の阻止と、ＡＰＣ制御の誤
動作またはＡＰＣエラーによりレーザに流れる異常な大
電流の阻止を実現できる。

【００５１】（２）電流制限手段は、定電流から供給さ
れる正規の駆動電流範囲の任意の値以上、半導体レーザ
の最大許容耐電流以下となるように設定するので、電流
供給手段の誤動作などにより、半導体レーザに突入され
る異常電流値を判定しながらきめ細かく前記異常電流を
阻止できる。

【００５２】（３）ＡＰＣエラーに伴う異常を半導体近
傍のフォトダイオードからのリターン信号の情報などに
より間接的に判定し、その判定結果により制御する場合
と違い、異常状態に対する時間遅れがなくタイムリーな
制限動作が可能である。

【００５３】（４）もし仮に異常電流が半導体レーザに
流れようとした場合、上記説明したように電流値制限機
能の働きにより、さらに過電流リミット値が所定時間連
続して半導体レーザに流れ続けた場合、半導体レーザに
供給する電源電圧をシャットダウンするので、過電流に
伴うレーザ素子およびレーザ周辺電圧供給回路等の過大
な電力消費による発熱ストレスを最小限にできる。

【００５４】（５）電流制限関連の手段すなわち、過電
流制限集積回路部（図１の符号５６）を集積回路化する
ことにより、実装密度向上、部品点数削減による部品単
価、実装費の低減、回路の共通モジュール化による多機
種設計時の再利用、設計期間の短縮化に対して多大な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる半導体レーザの過電流保護回路
の一例を示すブロック図である。

【図２】過電流制限回路の構成を示す回路図である。

【図３】カラープリンタの概略構成を示す構成図であ
る。

【図４】レーザビームスキャナ装置の構成を示す構成図
である。

【図５】従来の半導体レーザ駆動回路の系統を示すブロ
ック図である。

【図６】従来の半導体レーザ駆動回路の構成を示す回路
図である。

【符号の説明】

３１ コリメータレンズ ３２ シリンドリカルレンズ ３３ 球面レンズ ３４ トーリックレンズ ３５ 反射ミラー ３６ 水平同期ミラー ３７ オプチカルファイバ ３８ 回転多面体 ４０ 半導体レーザユニット ４１ 半導体レーザ ４２ フォトダイオード ４４ 信号比較器 ４５ 制御回路 ４６ カウンタ ４７ Ｄ／Ａ変換器 ４８ レーザ駆動回路 ５０ バッファ回路 ５１ 定電流回路 ５２ レーザ電圧レギュレータ ５３ 過電流リミッタ ５４ 過電流時間計測回路 ５５ レギュレータ制御回路 ５６ 過電流制限集積回路 １０５ 排紙部 １０６ 排紙トレイ １０７ 走査光学ユニット １０８ 現像器選択機構 １０９ 現像器選択機構保持フレーム １０９ａ ソレノイド １０９ｂ 交点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、 該発光素子に電圧を供給する電圧供給手段と、 前記発光素子に一定電流を供給する電流供給手段と、 前記発光素子と前記電圧供給手段との間に設置され、前
   記発光素子に供給される異常電流の突入を制限する電流
   制限手段とを具えたことを特徴とする発光素子駆動回
   路。
2. 【請求項２】 前記電流制限手段は、前記電流供給手段
   から供給される規定の電流以上で、前記発光素子の許容
   最大耐電流以下の間の値に前記異常電流を制限すること
   を特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動回路。
3. 【請求項３】 発光素子と、 該発光素子に電圧を供給する電圧供給手段と、 前記発光素子に一定電流を供給する電流供給手段と、 前記発光素子と前記電圧供給手段との間に設置され、前
   記発光素子に供給される異常電流の突入を制限する電流
   制限手段と、 該電流制限手段が動作したときの連続動作時間を計測す
   る時間計測手段と、 該時間計測手段により、前記電流制限手段が所定時間連
   続動作したことが検出されたならば、前記発光素子に供
   給する電圧をシャットダウンする制御手段とを具えたこ
   とを特徴とする発光素子駆動回路。
4. 【請求項４】 前記電流供給手段と、前記電流制限手段
   と、前記時間計測手段と、前記制御手段とを集積化した
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光素子駆動回路。