JP2004304146A - 光源駆動装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザプリンタなどにおける半導体レーザ数の増加、画像データの信号数の増加に容易に対応可能な光源駆動装置を提供する。
【解決手段】データ生成部１００により生成されるデータ（画像データ）に従って、変調信号生成部１２０は変調信号を生成し、この変調信号に従って駆動部２００は半導体レーザ（光源）３００を駆動する。変調信号生成部１２０は、変調信号を小振幅差動信号として出力する構成を持つ。駆動部２００と変調信号生成部１２０を分離し、変調信号生成部１２０とデータ生成部１００を同一回路基板に実装し、あるいは同一の集積回路として実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等の画像形成装置、さらには光デイスク装置や光通信装置等の機器における光源の駆動装置に係り、より具体的には、上記機器に光源として広く利用されている半導体レーザもしくは半導体レーザアレイの駆動装置、及び、同駆動装置を用いた画像形成装置に関する。

レーザプリンタなどの画像形成装置においては、光源として半導体レーザ（ＬＤ）もしくは半導体レーザアレイ（ＬＤアレイ）が広く用いられている。このような半導体レーザなどの光出力を変調する方式として、光の強さを変調するパワー変調方式、点灯時間を変調するパルス幅変調方式、及びその両者を組み合わせたパワー・パルス幅混合変調方式などがある。パルス幅変調方式については、各パルス発生周期に対応した三角波もしくはのこぎり波を発生し、それぞれをコンパレータを用いてアナログビデオ信号と比較することによりパルス幅変調信号を生成する方式や、高周波クロックを生成し、それを分周することにより遅延パルスを生成し、その論理和または論理積をとることによってパルス幅変調信号を生成する方式などが知られている。

レーザプリンタなどにおける半導体レーザの駆動装置の一般的構成は、図３７に示すように、データ生成部７００によって感光体のγ特性等に合わせた画像データを生成し、この画像データに従って半導体レーザをパワー変調又はパルス幅変調するための変調信号を変調信号生成部７０３で生成し、この変調信号に従って駆動部７０４で半導体レーザ７０６を駆動するというものである。

従来、このような駆動装置においては、画像データと変調信号の転送レートを比較すると、変調信号の方が高速であるため、変調信号生成部７０３と駆動部７０４をできるだけ接近させるべく、変調信号生成部７０３と駆動部７０４を１つのブロック７０５とし（同一回路基板（PCB）上に実装し、あるいは同一の集積回路（ASIC）として構成する）、データ生成部７００のブロック７０１（ＰＣＢ又はＡＳＩＣ）と分割されていた。

特許文献１に記載されている画像形成装置も同様の考え方にたっており、変調信号生成部７０３に対応したＰＷＭ回路と、駆動部７０４に対応したレーザドライバが半導体レーザとともに同一回路基板に実装され、データ生成部７００に対応したデジタル階調制御回路は別の回路基板に実装され、デジタル階調制御回路からＰＷＭ回路へは差動伝送によりデータ及びクロックが伝送される。

また、特許文献２に記載されている半導体集積回路も同様の考え方にたつもので、ＰＷＭ回路である画素変調回路と、レーザ駆動回路と、それらの間の接続回路が１つのチップに集積されている。また、チップ上の接続回路と画素変調回路の間の信号、接続回路とレーザ駆動回路との間の信号は、それぞれ差動信号とされている。

特許第０３２８３２５６号公報 特開平１１−１０５３３６号公報

レーザプリンタや複写機などの画像形成装置においては、動作速度の一層の高速化が望まれており、このため半導体レーザ（もしくは半導体レーザアレイ）の数が増加し、１色の画像の形成に２個や４個、さらには８個もの半導体レーザ（もしくはアレイ）が用いられるようになっている。また、画像形成装置はカラー化がすすみ、変調信号生成部７０３及び駆動部７０４が複数組必要となって来ている。

例えば、画像データが８ビットで変調信号が１ビットだとすると、１色あたり２個の半導体レーザを用い、４色カラーで８個の半導体レーザを駆動する場合、全体では、画像データは６４ビット、変調信号は８本となる。このような場合に、図３７に示す従来構成では、画像データは変調信号ほどの高速伝送を要求されないとはいえ、データ生成部７００から、それとは分離された変調信号生成部７０３へ６４本ものデータ信号を高速に伝送することは容易でなく、そのための構成も複雑化が避けられない。

また、高速化にあわせて変調信号生成などのためのデバイスの集積化も進み、デバイス電源が低電圧化してきている。その一方で、半導体レーザは高解像化のために短波長化が進み、半導体レーザの降下電圧（端子間電圧）が増加し、したがって、半導体レーザの駆動のための電源電圧が高電圧化している。このように、半導体レーザの駆動と変調信号生成とで電源電圧に関する条件が相反する傾向が強まっている。

本発明は、上に述べたような半導体レーザなどの光源の増加に伴う問題点について改善し、また、半導体レーザの駆動電圧の高電圧化と変調信号生成のためのデバイスの電源電圧の低電圧化に容易に対応可能とした、半導体レーザなどの光源の駆動装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、光源を駆動するためのデータに従って変調信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部により生成される変調信号に従って前記光源を駆動する駆動部とを有し、前記変調信号は小振幅差動信号であることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項２の発明は、請求項１の発明の光源駆動装置であって、前記駆動部と前記変調信号生成部とは空間的に分離したブロックであり、前記駆動部と前記変調信号生成部は前記変調信号を伝送するための伝送線路により接続されることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項３の発明は、請求項２の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部は前記データを生成するデータ生成部と同一の基板上に実装されることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項４の発明は、請求項２の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部と前記データを生成するデータ生成部は同一の集積回路からなることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項５の発明は、請求項１，２，３又は４の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、該インバータ又はバッファの電源端子は前記変調信号生成部の電源電圧より低い電位とされることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項６の発明は、請求項１，２，３又は４の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、該インバータ又はバッファのグランド端子はグランド電位より高い電位とされることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項７の発明は、請求項１，２，３又は４の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、該インバータ又はバッファの電源端子は前記変調信号生成部の電源電圧より低い電位とされ、前記インバータ又はバッファのグランド端子はグランド電位より高い電位とされることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項８の発明は、請求項５，６又は７の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部は、前記電源端子又は前記グランド端子の電位を生成するためのダイオードと電流源からなる回路を有することを特徴とする光源駆動装置である。

請求項９の発明は、請求項５，６又は７の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部は、前記電源端子又は前記グランド端子の電位を生成するためのバンドギャップリファレンスとオペアンプからなる回路を有することを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１０の発明は、請求項１，２，３又は４の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、前記インバータ又はバッファを構成するトランジスタのオン抵抗により前記変調信号のハイ電位又はロー電位が生成されることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１１の発明は、請求項１，２，３又は４の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、前記インバータ又はバッファの出力にスイング制限用の抵抗が直列に接続されることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１２の発明は、請求項１１の発明の光源駆動装置であって、前記スイング制限用抵抗が外付けされることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１３の発明は、請求項１，２，３又は４の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の出力段はインバータであり、前記駆動部の入力段はトランジスタを用いた差動入力回路であることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１４の発明は、請求項１乃至１３のいずれか１項の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部の電源電圧は前記駆動部の電源電圧より低電圧であることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１５の発明は、請求項２の発明の光源駆動装置であって、前記駆動部側の前記伝送線路の端は抵抗により終端されることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１６の発明は、請求項２又は１５の発明の光源駆動装置であって、前記変調信号生成部側の前記伝送線路の端に抵抗が並列接続されることを特徴とする光源駆動装置である。

請求項１７の発明は、感光体と、半導体レーザもしくは半導体レーザアレイと、画像データに従って変調信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部により生成される変調信号に従って前記半導体レーザもしくは半導体レーザアレイを駆動する駆動部とを有し、前記半導体レーザもしくは半導体レーザアレイより出力されるレーザ光により前記感光体を走査し、該感光体に静電潜像を形成する画像形成装置において、前記変調信号生成部により生成される変調信号は小振幅差動信号であり、前記駆動部は前記変調信号生成部と空間的に分離したブロックであり、前記駆動部と前記変調信号生成部は前記変調信号を伝送するための伝送線路により接続されることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１８の発明は、請求項１７の発明の画像形成装置であって、前記変調信号生成部は前記画像データを生成するデータ生成部と同一の基板に実装されることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１９の発明は、請求項１７の発明の画像形成装置であって、前記変調信号生成部は前記画像データを生成するデータ生成部と同一の集積回路からなることを特徴とする画像形成装置である。

（１）請求項１乃至１６記載の発明によれば、変調信号生成部により生成される変調信号が小振幅差動信号であるため、スイングが小さく変化エネルギーが小さくこと、差動であるため外乱に強く正確なパルス幅の転送が可能であること等から、半導体レーザなどの光源の駆動速度の高速化、ＥＭＩ（電磁的障害）特性の向上、対ノイズ特性の向上、変調の高精度化を実現可能である。（２）また、変調信号は小振幅差動信号であるため、非差動の変調信号の場合に比べ、変調信号生成部と駆動部との距離を大きくすることができる。このことにより２つの効果が得られる。すなわち、請求項２に記載のように、駆動部を変調信号生成部から分離し、独立した回路基板に実装し、あるいは独立した集積回路として形成することができる。また、変調信号生成部を駆動部から分割できるため、請求項３，４に記載のように、変調信号生成部とデータ生成部を同一の回路基板上に実装し、あるいは同一の集積回路として形成することができる。（３）レーザプリンタや複写機においては、光源である半導体レーザの多チャンネル化及びカラー化により、データ（画像データ）信号線数が増加してきている。このようにデータ信号数が増加しても、請求項３，４に記載のように、変調信号生成部とデータ生成部を同一の回路基板に実装し、あるいは同一の集積回路として形成することにより、データ信号の伝送距離を短縮し、データ信号の高速なパラレル伝送を容易に実現できる。（４）また、半導体レーザなどの光源の安定な高速駆動のためには、駆動部から光源への信号伝送距離も短縮する必要がある。変調信号を小振幅差動信号とすることにより、その伝送距離を支障なく大きくすることができるため、駆動部の配置の自由度が増加し、半導体レーザなどの光源の多チャンネル化が進んでも、駆動部と半導体レーザなどの光源の信号伝送距離の短縮を容易に実現できる。さらには、駆動部と半導体レーザなどの光源を同一の回路基板上に実装することも容易になる。（５）請求項５乃至１０記載の発明によれば、簡易な構成によりハイ電位及び／又はロー電位が安定した小振幅差動信号の変調信号を生成することができる。（６）請求項１１，１２記載の発明によれば、変調信号のスイング幅を小さくし、ＥＭＩを効果的に抑制することができる。請求項１２記載の発明によれば、外付け抵抗の抵抗値の調整により容易かつ正確なスイング幅の設定が可能である。（７）請求項１４記載の発明によれば、変調信号生成部のＡＳＩＣとして低電圧の高密度のデバイスを用いることができ、高速化に有利である。（８）請求項１５記載の発明によれば、伝送線路の入力端に並列接続された抵抗により寄生容量の充放電電流を供給し伝送速度を高速化することができる、等々の効果を得られる。（９）請求項１７乃至１９記載の発明によれば、画像形成装置において、上記（１）乃至（４）に述べた如き効果を得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明による光源駆動装置の一実施形態を説明するためのブロック図である。この光源駆動装置は、例えばレーザプリンタや複写機などの光源である半導体レーザ（もしくは半導体レーザアレイ、以下同様）３００を駆動（変調）するものである。

図１において、１００は半導体レーザ３００を駆動するためのデータ（ここでは具体的には画像データ）を生成するためのデータ生成部１００、１２０はデータ生成部１００により生成されるデータに従って半導体レーザ３００を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部、２００は変調信号生成部１２０により生成される変調信号に従って半導体レーザ３００を駆動する駆動部である。

変調信号生成部１２０により生成される変調信号は、例えば図４に示すような相互に逆相の小振幅の２本の信号Ｓ１，Ｓ２からなる小振幅差動信号である。変調信号生成部１２０は集積回路として実現されるのが普通であるが、小振幅差動信号の「小振幅」とは、その集積回路の電源電圧ＶＣＣの値より振幅値が小さいことを意味する。換言すれば、信号のハイ電位が電源電圧ＶＣＣより低い電位であり、及び／又は、ロー電位がグランド電位ＧＮＤより高い電位であるということである。

このような小振幅差動信号の変調信号は、図３に示すようなグランド電位ＧＮＤから電源電圧ＶＣＣの電位までフルスイングする非差動の変調信号に比べ、差動であるため外乱に強く正確なパルス幅の転送が可能であり、また、スイングが小さく変化エネルギーが小さいことから、駆動速度の高速化、対ノイズ特性の向上、変調の高精度化、ＥＭＩ（電磁的障害）特性の向上を実現可能である。

パルス幅について図４で説明すると、例えば、図４（ａ）のような波形の信号Ｓ１，Ｓ２が、伝送路が長くなることにより、同図（ｂ）に示すように波形の立上り時間、立下り時間が大きくなり、または立上り時間と立下り時間が異なってしまった場合でも、同図（ｂ）を見れば明らかなように、変調信号のパルス幅（Ｓ１，Ｓ２のクロス点間の時間幅）はほとんど変動することがなく、正確なパルス幅の伝送が可能である。したがって、小振幅差動信号の変調信号は、パルス幅変調のための変調信号の伝送に特に好適である。

変調信号を小振幅差動信号とする構成によれば、変調信号を非差動信号とする場合に比べ、変調信号生成部１２０と駆動部２００との距離を大きくすることができる。このことによって、次の２つの効果が得られる。１つは、駆動部２００のブロック２１０を、変調信号生成部１２０のブロック１４０から分離し、独立した回路基板に実装し、あるいは独立した集積回路（ＡＳＩＣ）として形成することができることである。もう１つは、変調信号生成部１２０を駆動部２００と分割できるため、変調信号生成部１４０とデータ生成部１００を同一のブロック１４０とし、それらを同一の回路基板上に実装し、あるいは、同一の集積回路（ＡＳＩＣ）として形成することができることである。

前述したように、レーザプリンタや複写機においては、半導体レーザの多チャンネル化及びカラー化により、データ（画像データ）の信号線数が増加してきている。このようにデータ信号数が増加しても、変調信号生成部１４０とデータ生成部１００を同一の回路基板に実装し、あるいは同一の集積回路として形成する構成ならば、データ信号の伝送距離を短縮し、データ信号の高速なパラレル伝送を容易に実現できる。

また、半導体レーザ３００の安定な高速駆動のためには、駆動部３００から半導体レーザ３００への信号距離も短縮する必要がある。変調信号を小振幅差動信号とすることにより、その伝送距離を支障なく大きくすることができるため、駆動部３００の配置の自由度が増加し、半導体レーザの多チャンネル化が進んでも、駆動部２００と半導体レーザ３００の信号伝送距離の短縮を容易に実現できる。さらには、駆動部２００と半導体レーザ３００を同一の回路基板上に実装することも容易になる。

このように、変調信号生成部１２０の含まれるブロック１４０と、駆動部２００の含まれるブロック２１０とを空間的に分離したことも本発明の特徴である。変調信号生成部１２０とデータ生成部１００とを同じブロック１４０にまとめ、かつ、駆動部２１０の含まれるブロック２１０から分離したことも本発明の特徴である。

ブロック１４０とブロック２１０を物理的に独立させることは、上に述べたような利点に加え、電源供給の面でも有利である。すなわち、同じブロック内に高い電源電圧と低い電源電圧とが混在することは一般に好ましくない。しかし、ブロック１４０，２１０が物理的に独立しているならば、半導体レーザ３００の短波長化に対応するためにブロック２１０に必要な高い電源電圧を供給し、他方、ブロック１４０としての集積回路（ＡＳＩＣ）に、高集積の低い電源電圧のデバイスを使用する、ということが何らの制約なしに可能となるのである。

図２に、複数の半導体レーザを駆動するための構成例を示す。ここでは２個の半導体レーザ３００＿１，３００＿２が示されているが、３個以上の場合も同様の構成とすることができる。また、各半導体レーザに対応した２個の駆動部２００＿１，２００＿２が示されているが、１つの駆動部で複数の半導体レーザを駆動する構成もとり得る。また、駆動部２００＿１，２００＿２への変調信号を共通の変調信号生成部１２０で生成しているが、各駆動部毎に変調信号生成部を独立させる構成もとり得る。

小振幅差動信号による変調信号の伝送には、周知のＬＶＤＳ（Low Voltage
Differential Signaling）を採用できる。その構成例を図５に示す。図中のドライバ１２１は変調信号生成部１２０の出力段に相当し、電流源IIで決まる電流をＣＭＯＳのスイッチ回路により伝送路に流し込んだり引き込んだりすることにより、駆動部２００の入力段に相当するレシーバ２０１に差動信号を伝送することができる。Ｒ１は終端抵抗であり、その両端に小振幅差動信号が生じ、それがレシーバに差動入力される。

変調信号生成部１２０は、例えば図６に示すように、変調信号（変調データ）を生成する変調回路１２５と、その変調信号を小振幅差動信号に変換して出力する小振幅差動信号出力回路１３０の組み合わせとして実現し得る。このような変調回路１２５と小振幅差動信号出力回路１３０は例えば同一の集積回路として実現される。小振幅差動信号出力回路１３０は、例えばインバータ又はバッファの組み合わせにより実現することができる。なお、駆動部２００の入力段に小振幅差動信号入力回路が含まれることは当然である（図７参照）。

本発明の一実施例によれば、図７に示すように、変調信号生成部１２０の電源電圧ＶＣＣ１、駆動部２００の電源電圧ＶＣＣ２、半導体レーザ３００の電源電圧ＶＣＣ３を、それぞれ異ならせている。駆動部２００は、前述のように、小振幅差動入力回路２２５と、これにより受信された変調信号に従って半導体レーザ３００を駆動する駆動回路２３０とから構成されることが図示されている。

高速化が要求される変調信号生成部１２０はデジタル部が主であるので、変調信号生成部１２０としてのＡＳＩＣのデバイスは、より微細化したものを選択し、電源電圧ＶＣＣ１を低電圧とすればよい（例えば、0.13μｍプロセスのデバイスならばＶＣＣ１＝1.2Ｖ、0.18μｍプロセスのデバイスならばＶＣＣ１＝1.8Ｖ）。

ＶＣＣ２は、半導体レーザ３００の降下電圧に、駆動用トランジスタの必要電圧を加えた値とすればよい。一般的に、半導体レーザの降下電圧が約２．５Ｖ、トランジスタの必要電圧が最低１Ｖ程度と仮定すると、ＶＣＣ２は３．５Ｖ以上あればよい。

ＶＣＣ３はＶＣＣ２と共通でも構わないが、駆動部２００をＡＳＩＣで構成する場合、電源電圧ＶＣＣ２の設定にはデバイス上の制約がある。そのＡＳＩＣの消費電力を低減したい場合には、例えば、ＶＣＣ３＝５Ｖ、ＶＣＣ２＝３．５Ｖなどに設定をすることにより、ＶＣＣ２＝ＶＣＣ３＝５Ｖとするよりも消費電力の低減を図ることができる。

小振幅差動入力回路２２５としては、例えば図８に示すような回路を用いることができる。２２６，２２７はトランジスタ、２２８は両トランジスタの負荷としてのカレントミラー回路、２２９は定電流回路である。トランジスタ２２６をＣＭＯＳ（相補形ＭＯＳ）とすると前述のＬＶＤＳ回路となり、バイポーラトランジスタとするとＥＣＬ(Emitter
Couppled Logic)回路もしくはＥＣＬ(Current Mode Logic)回路となる。小振幅差動信号を受ける回路方式はいくつかあり、一般的には小振幅差動信号出力回路１３０と同じ回路方式が用いられるが、小振幅差動信号入力回路２２５の電源電圧と小振幅差動信号出力回路１３０の電源電圧が異なるので、同じ回路方式を用いずとも高速の信号伝送が可能である。

なお、図９に示すように、電源電圧ＶＣＣ２から電源電圧ＶＣＣ３を生成する電圧生成部２３５をブロック２１０に設けることもできる（ただし、ＶＣＣ２＞ＶＣＣ３）。この電圧生成部２３５として、例えば、図１０に示すようなトランジスタ２４０の電圧降下を差動増幅器２４１の出力で制御するような回路を用いることができる。例えばＶＣＣ２＝５Ｖの場合に、リファレンス電圧ＶＲＥＦ＝３．５Ｖとすれば、リファレンス電圧ＶＲＥＦと同じ３．５Ｖの電源電圧ＶＣＣ３が得られる。リファレンス電圧ＶＲＥＦを外部から自由に設定できるようにすれば、使用される半導体レーザ３００の種類に合わせて、駆動部２００の消費電力及び半導体レーザ駆動特性の両面で好適な電源電圧ＶＣＣ２，ＶＣＣ３を選ぶことができる。なお、電圧生成部２３５は、駆動部２００のＡＳＩＣに内蔵させることも外付けとすることも可能である。

さて、レーザプリンタ等の書込用光源としての半導体レーザの駆動に本発明を適用する場合、変調信号生成部１２０とデータ生成部１００のブロック１４０には、画像クロックを生成するための回路も実装されるのが典型的な構成である。その例を図１１により説明する。

図１１に示す例においては、変調回路１２５及び小振幅差動信号出力回路１３０を構成するＡＳＩＣ１５０に、画素クロック生成部１５１と高周波クロック生成部１５２が組み込まれている。ＡＳＩＣ１５０にデータ生成部１００を組み込むことも可能であることは当然である。

高周波クロック生成部１５２は、画像クロックの数倍から数十倍の周波数の高周波クロックを生成する手段である。画像クロック生成部１５１は、この高周波クロックを分周することにより、画素同期やライン同期などをとるための幾つかのクロック（画像クロックと総称する）を生成し、それをデータ生成部１００及び変調回路１２５に供給する手段である。

高周波クロック生成部１５２は、例えば、図１２に示すようなＰＬＬ回路を用いた周波数逓倍回路である。これは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１５６の発振出力を多相クロック生成部１５７を介してプログラマブル分周器１５８に入力し、その分周クロックと、基準クロックＲＥＦＣＬＫをプログラマブル分周器１５３により分周したクロックとを位相比較器１５４に入力し、位相比較器１５４の出力をループフィルタ（ローパスフィルタ）１５５を通して電圧制御発振器１５６の制御電圧として与え、多相クロック生成部１５７より画素クロックを出力する構成である。

以下、小振幅差動信号出力回路１３０において小振幅差動信号を生成するための構成について、図１３乃至図１５により説明する。ここでは低スイング出力を１段のインバータで構成するものとして説明するが、複数段のインバータあるいはバッファを用いて同様の低スイング出力を構成することも可能である。

図１３に示す例は、出力段のインバータ４００の電源端子に電源電圧ＶＣＣより低い電位ＶH を印加し、インバータ４００のグランド端子をグランド電位ＧＮＤとする構成である。こうすることにより、インバータ４００の出力のハイ電位はＶＣＣより低いＶH
となる。したがって、スイング幅はＶＣＣ−ＧＮＤより小さなＶH −ＧＮＤとなり、出力のエネルギーを少なくすることができ、また、スイッチングスピードを高速化できる。

図１４に示す例は、出力段のインバータ４００の電源端子に電源電圧ＶＣＣを印加し、グランド端子にグランド電位ＧＮＤよりも高い電位ＶL を印加する構成である。このようにすることにより、インバータ４００の出力のロー電位はグランド電位ＧＮＤより高い電位ＶL となり、スイング幅はＶＣＣ−ＧＮＤより小さなＶＣＣ−ＶL
となるため、出力のエネルギーを減らし、スイッチングスピードを高速化することができる。

図１５に示す例は、出力段のインバータ４００の電源端子に電源電圧ＶＣＣより低い電位ＶH を印加し、グランド端子にグランド電位ＧＮＤより高い電位ＶL を印加する構成である。このようにすることにより、インバータ４００の出力のハイ電位はＶＣＣより低いＶH
となり、ロー電位はＧＮＤより高いＶL となり、スイング幅はＶH −ＶL に減少し、出力のエネルギーを少なくすることができるとともにスイッチングスピードを高速化できる。

小振幅差動信号出力回路１３０が図１３乃至図１５のような構成である場合、変調信号生成部１２０は、ハイ電位ＶH 及び／又はロー電位ＶL を生成する手段を含む。その例を図１６乃至図２２に示す。

図１６に示す例は、ダイオード４１０と電流源４１１を直列に接続し、ダイオード４１０による電圧降下分だけＶＣＣより低い安定した電位ＶH をダイオード４１０のカソード側より取り出す構成である。ダイオード４１０のサイズと電流源（定電流回路）４１１の電流値の調整により所望の電位ＶH
を得ることができる。

図１７に示す例は、２つのダイオード４１２，４１３と電流源４１４を直列接続し、ダイオード４１２，４１３による電圧降下分だけＶＣＣより低い安定した電位ＶH をダイオード４１３のカソード側より取り出す構成である。ダイオード４１２，４１３のサイズと電流源４１４の電流値を調整することにより所望の電位ＶH
を得ることができる。

図１８に示す例は、電流源４１５とダイオード４１６を直列に接続し、ダイオード４１６の電圧降下分だけＧＮＤより高い安定した電位ＶL をダイオード４１６のアノード側より取り出す構成である。ダイオード４１６のサイズと電流源４１５の電流値を調整することにより所望の電位ＶL
を得ることができる。

図１９に示す例は、電流源４１７と２つのダイオード４１８，４１９を直列に接続し、ダイオード４１８，４１９の電圧降下分だけＧＮＤより高い安定した電位ＶH をダイオード４１８のアノード側より取り出す構成である。ダイオード４１８，４１９のサイズと電流源４１７の電流値を調整することにより所望のＶLを得ることができる。

図２０に示す例は、高精度な定電圧源であるＢＧＲ（バンドギャップリファレンス）４３０の出力をオペアンプ４３１と抵抗４３２，４３３からなる反転増幅回路に入力することにより、安定したハイ電位ＶH を得る構成である。

図２１に示す例は、ＢＧＲ（バンドギャップリファレンス）４３０の出力をオペアンプ４３５と抵抗４３６，４３７からなる反転増幅回路に入力することにより、安定したロー電位ＶL 得る構成である。

図２２に示す例は、図２０及び図２１に示した２組の反転増幅回路に共通のＢＧＲ４３０の出力を入力し、安定したハイ電位ＶH 及びロー電位ＶL を得る構成である。

小振幅差動信号出力回路１３０（図６）の別の具体例について図２３乃至図２６により説明する。ここに示す例は、１つの変調信号を入力として、小振幅差動信号の一方の信号Ｓ１を２段のインバータ５０４，５０５により生成し、もう一方の信号Ｓ２を３段のインバータ５０１，５０２，５０３により生成する構成である。このようなインバータ群は、集積回路として実現される。Ｐ１，Ｐ２はそれぞれインバータ５０３，５０５の出力に対応した集積回路の出力ピンであり、５１０〜５１３は外付けの抵抗である。

図２３に示す例では、出力段のインバータ５０３，５０５を構成するトランジスタのサイズを調整することによって、同トランジスタのオン抵抗を適切な値に選ぶことにより、信号Ｓ１，Ｓ２の所望のハイ電位ＶH 及び／又はロー電位ＶL を得る。

図２４に示す例では、出力ピンＰ１，Ｐ２とインバータ５０３，５０５の出力との間にスイング制限用の抵抗５１５，５１６を挿入することにより、信号Ｓ１，Ｓ２のスイング幅を所望の小さな値とする。

図２５に示す例では、出力ピンＰ１，Ｐ２と直列にスイング制限用の抵抗５１７，５１８を外付けすることにより、信号Ｓ１，Ｓ２のスイング幅を所望の小さな値とする。外付けの抵抗５１７，５１８の抵抗値を調整することにより、正確なスイング幅を容易に得られる。

図２６に示す例では、出力ピンＰ１，Ｐ２と直列に、スイング制限用の抵抗５２０，５２２を内付けし、かつスイング制限用の抵抗５２１，５２３を外付けすることにより、所望の小スイング幅の信号Ｓ１，Ｓ２を得る。内蔵の抵抗５２０，５２２及び／又は外付けの抵抗５２１，５２３の抵抗値を調整することにより、正確なスイング幅を得ることができる。

なお、最終出力段のインバータに代えてバッファを用いる、図２３乃至図２６と同様な回路構成も可能であることは以上の説明から明らかであろう。

図２７乃至図３１により、変調信号生成部１２０の小振幅差動信号出力回路１３０、駆動部２００の小振幅差動信号入力回路２２５、及び、それら回路間の接続についてさらに説明する。いずれの例においても、小振幅差動信号出力回路１３０はインバータ出力の構成であり、５５０，５５１，５５２はインバータ、また、５５４，５５５は信号Ｓ１，Ｓ２のスイング制限用の抵抗である。また、５３０，５３１は信号Ｓ１，Ｓ２を伝送するための伝送線路である。

図２７に示す例では、小振幅信号出力回路１３０を含む変調信号生成部１２０と、小振幅差動信号入力回路２２５を含む駆動部２００の電源電圧ＶＣＣは共通である。小振幅差動信号出力回路１３０は前述のようにインバータ出力の構成であるが、小振幅差動信号入力回路１３０は差動信号入力回路（例えば、図８で説明したようなＬＶＤＳ回路又はＥＣＬ回路）である。

図２８に示す例では、小振幅信号出力回路１３０を含む変調信号生成部１２０の電源電圧をＶＣＣ１、小振幅信号入力回路２２５を含む駆動部２００の電源電圧をＶＣＣ２としている。小振幅差動信号出力回路１３０は前述のようにインバータ出力の構成であるが、小振幅差動信号入力回路１３０は、例えば、図８で説明したようなＬＶＤＳ方式又はＥＣＬ方式の差動信号入力回路である。例えば、例えばＶＣＣ１＝１．８Ｖ、ＶＣＣ２＝５Ｖとすることにより、小振幅差動信号出力回路１３０を高速・高密度集積化することができ、かつ、駆動部２００には半導体レーザを駆動するのに十分な電圧を供給することができる。

図２９に示す例では、伝送線路５３０，５３１を、小振幅差動信号入力回路２２５側で抵抗５３５により終端させることにより、小振幅差動信号を電流出力としている。これ以外は図２８の例と同じである。

図３０に示す例では、伝送線路５３０，５３１を抵抗５３５で終端するとともに、伝送線路５３０，５３１の入力端に抵抗５３６を並列接続している。この抵抗５３６は、伝送線路５３０，５３１の寄生容量の充放電電流を供給することにより、伝送速度を高速化する効果がある。これ以外は図２８の例と同じである。

図３１に示す例では、小振幅信号出力回路１３０の信号Ｓ１，Ｓ２の出力端に電圧分圧用の抵抗５５６，５５７，５５８，５５９を追加している。これ以外は図２８の例と同じである。

以上に説明した本発明の光源駆動装置の応用例として、ラスター走査型の画像形成装置の一例を図３２に示す。

図３２において、変調信号生成部１２０で生成される小振幅差動信号からなる変調信号に従って駆動部２００により半導体レーザ３００が駆動（変調）される。

半導体レーザ３００より出射したレーザ光はコリメータレンズ６０３、シリンダーレンズ６０４を介してポリゴンミラー６０５に入射する。ポリゴンミラー６０５により偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ６０６、ミラー６０７、トロイダルレンズ６０８を経由して感光体６０９に入射し、感光体６０９の表面を走査して静電潜像を書き込む。書き込み開始位置は水平同期センサ６１０により検出され、その検出信号は水平同期信号としてデータ生成部１００及び変調信号生成部１２０に入力され、画像データ生成と変調信号生成の水平同期がとられる。データ生成部１００は、画像データを生成する機能のほかに、書込み制御の機能（例えば主走査方向、副走査方向のカウンタ等の機能）も有しているが、その詳細は省略する。データ生成部１００と変調信号生成部１２０は、同一の回路基板上に実装され、あるいは、同一の集積回路（ＡＳＩＣ）として形成される。

なお、感光体６０９の表面を帯電させる手段、レーザ光の走査により感光体６０９の表面に形成された静電潜像をトナー現像する手段、トナー像を被転写媒体に転写する手段、転写後に残留したトナーを除去する手段など、この種画像形成装置に一般的に含まれる構成要素も存在するが図中省略されている。

図３３は、本発明に係るマルチビーム走査型の画像形成装置の概略構成図である。なお、感光体の表面を帯電させるための帯電手段、感光体上に形成された静電潜像をトナー像に現像するための現像手段、現像されたトナー像を用紙あるいは中間転写体に転写するための転写手段、感光体に残留したトナーを除去回収するクリーナー手段など、この種の画像形成装置に含まれる手段も存在するが図示省略されている。

この画像形成装置は、２本のレーザ光ビームを射出する光源ユニット２３００を有する。この光源ユニット２３００は、書込用光源としての半導体レーザ２３０１とコリメータレンズ２３０３の組、書込用光源としての半導体レーザ２３０２とコリメータレンズ２３０４の組、及びアパーチャ２３０５からなる構成である。

半導体レーザ２３０１，２３０２は、コリメータレンズ２３０３，２３０４と光軸を一致させ、主走査方向に対称に射出角度を持たせ、ポリゴンミラー２３０７の反射点で射出軸が交差するようレイアウトされている。半導体レーザ２３０１，２３０２より射出したレーザ光ビームはシリンダレンズ２３０８を介してポリゴンミラー２３０７の同一反射面で偏向され、ｆ−θレンズ２３１０、ミラー２３１３、トロイダルレンズ２３１１を経由して感光体２３１２上に結像する。データ生成部１００内のバッファメモリには、各半導体レーザ毎に１ライン分のデータが蓄積され、ポリゴンミラー２３０７の１面毎に各ラインのデータが読み出され、それに対応した２本の小振幅変調信号が変調信号生成部１２０より駆動部２００へ送られ、駆動部２００により各半導体レーザ２３０１，２３０２が駆動される。かくして、感光体２３１２に２ライン同時に静電潜像の書き込みが行われる。また、ミラー２３１３の端部位置に設けられたフォトディテクタ２３１によりレーザ光ビームを検出することにより水平同期信号が生成される。

図３４は、光源ユニット２３００の具体的構造の一例を説明するための分解斜視図である。半導体レーザ２３０１，２３０２は、それぞれ主走査方向に所定角度（本実施例では約１．５゜）傾斜したベース部材２４０５の裏側に形成された不図示の嵌合穴（２４０５-1、２４０５-2）に、それぞれの円筒状ヒートシンク部２４０３-1、２４０４-1が嵌合し、押え部材２４０６，２４０７の突起２４０６-1、２４０７-1を該ヒートシンク部の切り欠き部に合わせ、背面側からネジ２４１２で固定される。また、コリメータレンズ２３０３，２３０４はそれぞれ、その外周をベース部材２４０５の半円状の取付ガイド面２４０５-4，２４０５-5に沿わせて光軸方向の調整を行い、発光点から射出した発散ビームが平行光束となるよう位置決めされ接着される。

本実施例では、上記したように各々の半導体レーザからのレーザ光ビームが主走査面内で交差するように設定するため、光ビームに沿って嵌合穴（２４０５-1，２４０５-2）および半円状の取付ガイド面２４０５-4，２４０５-5を傾けて形成している。ベース部材２４０５は、ホルダ部材２４１０に円筒状係合部２４０５-3を係合し、ネジ２４１３を貫通穴２４１０-2，２４１０-3を介してネジ穴２４０５-6，２４０５-7に螺合して固定される。

この光源ユニットは、光学ハウジングの取付壁２４１１に設けた基準穴２４１１-1にホルダ部材２４１０の円筒部２４１０-1を嵌合し、表側よりスプリング２６１１を挿入してストッパ部材２６１２を円筒部突起２４１０-3に係合することで、ホルダ部材２４１０を取付壁２４１１の裏側に密着させた状態で保持される。この時に、スプリング２６１１の一端２６１１-2を突起２４１１-2に引っかけることで円筒部中心を回転軸とした回転力を発生し、この回転力を係止するように設けた調節ネジ２６１３により、光軸の周りθにユニット全体を回転しピッチを調節する。また、アパーチャ２３０５は、各半導体レーザ２３０１，２３０２に対応したスリットが設けられたもので、光学ハウジングに取り付けられて光ビームの射出径を規定する。

なお、前述の画像形成装置において、複数の発光源を持つ半導体レーザアレイを用いて、複数ビームによる画像形成も可能である。例えば、図３３の光源ユニット２３００の半導体レーザ２３０１又は２３０２に代えて、図３５（ａ）に示すような４個の発光源を持つ半導体レーザアレイ２３２０を用いることができる。このような半導体レーザアレイ２３０２を１つのみ使用する場合には、その取り付け構造は例えば図３５（ｂ）のような構造とすることができる。図３５（ａ）中の図３４と同じ参照番号は対応部分を示す。

本発明は、図３６に略示するような、各色（シアン、マゼンダ、イエロー、ブラック）の画像形成に別々の感光体２５０９ａ，２５０９ｂ，２５０９ｃ，２５０９ｄを用いるタンデム方式の画像形成装置にも適用可能であることは明らかである。

図３６において、２５０５はポリゴンミラーである。図中省略されているが、各色ステーション用の光源より出力されるレーザ光ビームは、コリメータレンズやシリンダーレンズなどの光学系を介して、ポリゴンミラー２５０５の異なった反射面に同時に入射される。

感光体２５０９ａを含むステーションについて説明すると、ポリゴンミラー２５０５により偏向されたレーザ光ビームは、第１の走査レンズ２５０６ａ、ミラー２５１３ａ、第２の走査レンズ２５０７ａ、ミラー２５１４ａ，２５１５ａ、ビームスプリッタ２５０８ａを経由して感光体２５０９ａを走査し、静電潜像を形成する。ビームスプリッタ２５０８ａのハーフミラー面で反射された一部のレーザ光ビームは、水平同期検知用のフォトディテクタ２５１０ａで検出される。他の色のステーションの走査系も同様の構成であることは図面から明らかであるので、説明を繰り返さない。

各ステーションの感光体２５０９ａ，２５０９ｂ，２５０９ｃ，２５０９ｄの周囲には、感光体表面を一様に帯電させるための手段、感光体上の静電潜像を対応した色のトナー像に現像する手段、現像されたトナー像を転写体２５１６に転写させる手段、感光体表面に転写されずに残留したトナーを除去回収する手段、転写体２５１６上の各色トナー像を重ね合わせて用紙に転写させる手段、用紙上のトナー像を定着させる手段などが存在するが、図示されていない。また、各ステーションの光源、その駆動に関わる要素も図示省略されている。

本発明の光源駆動装置を説明するためのブロック図である。 複数の光源を駆動する本発明による光源駆動装置を説明するためのブロック図である。 被差動の変調信号の例を示す波形図である。 小振幅差動信号の変調信号の例を示す波形図である。 ＬＶＤＳの説明図である。 変調信号生成部の回路構成の一例を示すブロック図である。 本発明の光源駆動装置を説明するためのブロック図である。 小振幅差動信号入力回路の回路構成例を示す図である。 本発明の光源駆動装置を説明するためのブロック図である。 電圧生成部の回路構成例を示す図である。 本発明の光源駆動装置を説明するためのブロック図である。 高周波クロック生成部の例を示すブロック図である。 小振幅差動信号出力回路の説明図である。 小振幅差動信号出力回路の説明図である。 小振幅差動信号出力回路の説明図である。 ハイ電位ＶH の生成方法の説明図である。 ハイ電位ＶH の生成方法の説明図である。 ロー電位ＶL の生成方法の説明図である。 ロー電位ＶL の生成方法の説明図である。 ハイ電位ＶH の生成方法の説明図である。 ロー電位ＶL の生成方法の説明図である。 ハイ電位ＶH 及びロー電位ＶL の生成方法の説明図である。 小振幅差動信号出力回路の例を示す回路図である。 小振幅差動信号出力回路の例を示す回路図である。 小振幅差動信号出力回路の例を示す回路図である。 小振幅差動信号出力回路の例を示す回路図である。 小振幅差動信号出力回路、小振幅差動信号入力回路及びその接続を説明するための図である。 小振幅差動信号出力回路、小振幅差動信号入力回路及びその接続を説明するための図である。 小振幅差動信号出力回路、小振幅差動信号入力回路及びその接続を説明するための図である。 小振幅差動信号出力回路、小振幅差動信号入力回路及びその接続を説明するための図である。 小振幅差動信号出力回路、小振幅差動信号入力回路及びその接続を説明するための図である。 本発明の画像形成装置を説明するための概略構成図である。 本発明のマルチビーム走査形の画像形成装置を説明するための概略構成図である。 光源ユニットの具体的構造を説明するための分解斜視図である。 半導体レーザアレイを用いた光源ユニットの説明図である。 タンデム方式の画像形成装置の説明図である。 従来の光源駆動装置を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１００ データ生成部
１２０ 変調信号生成部
１２５ 変調回路
１３０ 小振幅差動信号出力回路
２００ 駆動部
２２５ 小振幅差動信号入力回路
２３０ 駆動回路
３００ 半導体レーザもしくは半導体レーザアレイ（光源）
４００ インバータ
４１０ ダイオード
４１１ 電流源
４１２，４１３ ダイオード
４１４ 電流源
４１５ 電流源
４１６ ダイオード
４１７ 電流源
４１８，４１９ ダイオード
４３０ バンドギャップリファレンス（ＢＧＲ）
４３１ オペアンプ
４３５ オペアンプ
５０１〜５０５ インバータ
５１５，５１６ スイング制限用抵抗
５１７，５１８ スイング制限用抵抗
５２０〜５２３ スイング制限用抵抗
５３０，５３１ 伝送線路
５３５ 終端用抵抗
５５０〜５５５ インバータ
５５４，５５５ スイング制限用抵抗
６０９ 感光体

Claims (19)

1. 光源を駆動するためのデータに従って変調信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部により生成される変調信号に従って前記光源を駆動する駆動部とを有し、前記変調信号は小振幅差動信号であることを特徴とする光源駆動装置。
2. 前記駆動部と前記変調信号生成部とは空間的に分離したブロックであり、前記駆動部と前記変調信号生成部は前記変調信号を伝送するための伝送線路により接続されることを特徴とする請求項１に記載の光源駆動装置。
3. 前記変調信号生成部は前記データを生成するデータ生成部と同一の基板上に実装されることを特徴とする請求項２に記載の光源駆動装置。
4. 前記変調信号生成部と前記データを生成するデータ生成部は同一の集積回路からなることを特徴とする請求項２に記載の光源駆動装置。
5. 前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、該インバータ又はバッファの電源端子は前記変調信号生成部の電源電圧より低い電位とされることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の光源駆動装置。
6. 前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、該インバータ又はバッファのグランド端子はグランド電位より高い電位とされることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の光源駆動装置。
7. 前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、該インバータ又はバッファの電源端子は前記変調信号生成部の電源電圧より低い電位とされ、前記インバータ又はバッファのグランド端子はグランド電位より高い電位とされることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の光源駆動装置。
8. 前記変調信号生成部は、前記電源端子又は前記グランド端子の電位を生成するためのダイオードと電流源からなる回路を有することを特徴とする請求項５，６又は７に記載の光源駆動装置。
9. 前記変調信号生成部は、前記電源端子又は前記グランド端子の電位を生成するためのバンドギャップリファレンスとオペアンプからなる回路を有することを特徴とする請求項５，６又は７に記載の光源駆動装置。
10. 前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、前記インバータ又はバッファを構成するトランジスタのオン抵抗により前記変調信号のハイ電位又はロー電位が生成されることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の光源駆動装置。
11. 前記変調信号生成部の出力段はインバータ又はバッファであり、前記インバータ又はバッファの出力にスイング制限用の抵抗が直列に接続されることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の光源駆動装置。
12. 前記スイング制限用抵抗が外付けされることを特徴とする請求項１１に記載の光源駆動装置。
13. 前記変調信号生成部の出力段はインバータであり、前記駆動部の入力段はトランジスタを用いた差動入力回路であることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の光源駆動装置。
14. 前記変調信号生成部の電源電圧は、前記駆動部の電源電圧より低電圧であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光源駆動装置。
15. 前記駆動部側の前記伝送線路の端は抵抗により終端されることを特徴とする請求項２に記載の光源駆動装置。
16. 前記変調信号生成部側の前記伝送線路の端に抵抗が並列接続されることを特徴とする請求項２又は１５に記載の光源駆動装置。
17. 感光体と、半導体レーザもしくは半導体レーザアレイと、画像データに従って変調信号を生成する変調信号生成部と、この変調信号生成部により生成される変調信号に従って前記半導体レーザもしくは半導体レーザアレイを駆動する駆動部とを有し、前記半導体レーザもしくは半導体レーザアレイより出力されるレーザ光により前記感光体を走査し、該感光体に静電潜像を形成する画像形成装置において、
    前記変調信号生成部により生成される変調信号は小振幅差動信号であり、
    前記駆動部は前記変調信号生成部と空間的に分離したブロックであり、前記駆動部と前記変調信号生成部は前記変調信号を伝送するための伝送線路により接続されることを特徴とする画像形成装置。
18. 前記変調信号生成部は前記画像データを生成するデータ生成部と同一の基板に実装されることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
19. 前記変調信号生成部は前記画像データを生成するデータ生成部と同一の集積回路からなることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。

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