JP2012033738A - 半導体レーザ駆動装置及びその半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像制御装置の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことが可能な半導体レーザ駆動装置を提供する。
【解決手段】半導体レーザLD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半導体レーザLDの駆動を行う半導体レーザ駆動装置７であって、入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して半導体レーザLDに供給する半導体レーザ駆動回路としてのトランジスタＴｒｌｄと、半導体レーザ駆動回路の動作制御を行って、半導体レーザLDに供給する電流の制御を行う制御回路としての半導体レーザ駆動制御回路１１及びトランジスタＴｒｉと、半導体レーザLDに供給された駆動電流の電流値の検出を行い、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路としての逐次変換型A/D変換器２０と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される、半導体レーザの発光特性の劣化を検出する手段を備えた半導体レーザ駆動装置及び画像形成装置に関するものである。

レーザプリンタやデジタル複写機等の電子写真方式の画像形成装置において利用される半導体レーザは、種々の要因により劣化する。半導体レーザの劣化は、結晶欠陥によって数時間で生じる場合もあれば、高温での長時間駆動により徐々に生じる場合もある。また、レーザプリンタやデジタル複写機の組み立て工程において、半導体レーザに光損傷(COD：Catastrophic Optical Damage)や静電放電(ESD：Electrostatic Discharge)が発生することにより、劣化が生ずる場合がある。

半導体レーザが劣化すると、所望の光量を発生させるために半導体レーザへ供給される駆動電流が増加する。駆動電流が過大になって、消費電力が定格を超えると、半導体レーザがその発熱により劣化し、あるいは不具合を生じる恐れがある。さらに、半導体レーザ駆動装置から想定値以上の電流が発生すると、メタル配線の溶断による不具合が発生する可能性もある。

このような半導体レーザの劣化を検出可能な半導体レーザ駆動装置が特許文献１に開示されている。図８、図９は特許文献１の半導体レーザ駆動装置の回路図である。図８に示す半導体レーザ駆動装置は、駆動電流Iopを一定の比率で減衰させた電流Imを出力し、この出力電流Imを電圧に変換した電圧Vmと所定の電圧VCC1/2とをコンパレータで比較し、Vm＞VCC1/2になると駆動電流値の異常を示す信号Serrを前段の画像制御装置に出力する。画像制御装置は、駆動電流値の異常を示す信号Serrに基づいて異常を認識することができる。

図９に示す半導体レーザ駆動装置は、駆動電流Iopを一定の比率で減衰させた電流Imを出力し、この出力電流Imを電流-電圧変換回路R2により駆動電流値を示す電圧Vmに変換して前段の画像制御装置に出力する。画像制御装置は、駆動電流値を示す電圧Vmに基づいて異常を判定することができる。

図８により説明した、駆動電流値の異常を示す信号Serrを出力する半導体レーザ駆動装置では、半導体レーザが劣化した場合でも駆動電流値が所定の電流値以下のときは、異常を示す信号が出力されない。つまり、レーザの劣化検出の精度が低いという問題があった。

また、図９により説明した、駆動電流値を示す電圧Vmを出力する半導体レーザ駆動装置では、出力電圧がアナログ値であった。画像制御装置ではアナログ値の演算処理が直接できないため、アナログ値をデジタル値に変換するA/D変換回路を基板上に実装し又は画像制御装置に内蔵する必要がある。そのため、画像制御装置を構成する基板上の部品点数又は画像制御装置のチップ面積が増加して、画像制御装置が複雑化及び大型化するとともに、画像制御装置がコストアップになるという問題があった。

本発明は、画像制御装置の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことが可能な半導体レーザ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様において、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前記半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置が提供される。
この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と、
前記半導体レーザ駆動回路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、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路と、
を備える。

本発明の第２の態様において、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前記半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置が提供される。
この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と、
前記半導体レーザ駆動回路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、この検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路と、
前記半導体レーザの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル値として記憶する記憶回路と、
所定の発光強度で発光させるために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、この検出した駆動電流値を示す信号の値が、前記駆動電流の異常レベルを示す信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路と、
を備える。

本発明の第３の態様において、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前記半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置が提供される。
この半導体レーザ駆動装置は、
一つ以上のD/Aコンバータを含み、前記各D/Aコンバータで生成された電流を加算して前記半導体レーザに供給する駆動回路と、
各D/Aコンバータの出力電流を制御するデジタル信号をそれぞれ生成して前記駆動回路に出力する制御回路と、
前記各デジタル信号のうち所定のデジタル信号の値を基準に他のデジタル信号の値を演算して、演算された他のデジタル信号の値を所定のデジタル信号の値に加算して出力する演算及び加算回路と、
前記演算及び加算回路から出力されたデジタル信号の値を一時的に記憶するレジスタ回路と、
前記半導体レーザの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル信号の値として記憶する記憶回路と、
前記レジスタ回路に記憶されたデジタル信号の値が前記記憶回路に記憶されたデジタル信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路と、
を備える。

本発明の第１の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、駆動電流の電流値（アナログ値）をデジタル値に変換するA/D変換機能を半導体レーザ駆動装置側に設けたことにより、画像制御装置等の外部装置側にA/D変換機能を設ける必要がなく、外部装置の複雑化及び大型化やコストアップを回避することができる。

また、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力するので、このデジタル値の駆動電流値を利用して画像制御装置等の外部装置においてレーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

このように、本発明の第１の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、画像制御装置等の外部装置の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

本発明の第２の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、駆動電流の電流値（アナログ値）をデジタル値に変換するA/D変換機能を半導体レーザ駆動装置側に設けたことにより、画像制御装置側にA/D変換機能を設ける必要がなく、画像制御装置等の外部装置の複雑化及び大型化やコストアップを回避することができる。また、検出した駆動電流値を示す信号の値が、前記駆動電流の異常レベルを示す信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して画像制御装置等の外部装置に出力することが可能であるので、外部装置側において判定等を行う必要もなくなり、外部装置の複雑化及び大型化やコストアップをより確実に回避することができる。

また、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力するので、このデジタル値の駆動電流値を利用してレーザの劣化検出を高精度に行うことができる。また、半導体レーザの正常時及び劣化時の各駆動電流の電流値を相対比較でき、半導体レーザの劣化検出を一層高精度に行うことができる。

このように、第２の態様の半導体レーザ駆動装置においても、画像制御装置等の外部装置の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

本発明の第３の態様の半導体レーザ駆動装置によれば、レーザダイオードの駆動電流値を演算及び加算により精度よく求めることができる。

また、駆動電流の電流値（アナログ値）をデジタル値に変換するA/D変換機能や、異常判定機能を半導体レーザ駆動装置側に設けたことにより、画像制御装置等の外部装置側にA/D変換機能や異常判定機能を設ける必要がなく、外部装置の複雑化及び大型化やコストアップを回避することができる。また、レーザ正常時及び劣化時の各駆動電流の電流値を相対比較でき、レーザの劣化検出を一層高精度に行うことができる。

このように、第３の態様の半導体レーザ駆動装置においても、画像制御装置等の外部装置の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

本発明の実施形態の画像形成装置の構成図である。 半導体レーザにおける駆動電流に対する発光量の特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の概略構成図である。 第１の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の概略構成図である。 第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置を利用した劣化判定の流れを示す図である。 本発明の第３の実施の形態の半導体レーザ駆動装置の概略構成図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の第1の実施の形態を説明する。

図1は、本発明の半導体レーザ駆動装置が適用された画像形成装置の構成例を示している。この画像形成装置は、レーザプリンタやデジタル複写機等に使用される電子写真方式の画像形成装置である。

図1の画像形成装置１において、レーザダイオードにより構成される半導体レーザLDより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)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の表面上に画像(静電潜像)が形成される。

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させるビームセンサ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半導体レーザLDの光量を制御する信号を、半導体レーザ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。

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ライン毎に一定期間半導体レーザLD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(Automatic Power Control)を行うことにより、1ライン毎又は複数ライン毎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LD点灯時の光量を常に正確に制御することができる。半導体レーザ駆動装置７には、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。

図２は、半導体レーザの駆動電流と光量の関係を正常時と劣化時で対比して示した図である。

図２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Pが急激に増加し始める時の閾値電流Ithが増加する。さらに、半導体レーザが発光を始めてからの発光電流Iηに対する光量の特性、具体的には所定の光量Poを発光電流Iηで除算した値である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。駆動電流Iopは閾値電流Ithと発光電流Iηの和となるので、半導体レーザが劣化すると、所定の光量Poを得るために必要な駆動電流Iopが増加する。

図３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７の内部構成例を示す図である。

図３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半導体レーザ駆動制御回路１１と、8ビットの電流制御信号opdet_dac[7:0]に応じた電流値の電流Idetを生成して出力する電流出力型のD/A変換回路１２と、コンパレータ１３と、NMOSトランジスタTr1を備えている。さらに、半導体レーザ駆動装置７は、クロック信号clkを発生させる発振回路１４と、クロック信号clkに応じて8ビットの電流制御信号opdet_dac[7:0]を増加又は減少させるカウンタ回路１５と、クロック信号clkを停止させる手段であるインバータ回路１６、AND回路１７と、電流制御信号opdet_dac[7:0]の値を所定のタイミングで記憶する記憶回路１８とを有している。

なお、PMOSトランジスタTrldは、入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して半導体レーザLDに供給する半導体レーザ駆動回路をなし、半導体レーザ駆動制御回路１１、及びPMOSトランジスタTriは、半導体レーザ駆動回路の動作制御を行って、半導体レーザに供給する電流の制御を行う制御回路をなす。発振回路１４、カウンタ回路１５、インバータ回路１６、AND回路１７、コンパレータ１３、及びD/A変換回路１２からなる図３の破線部は、入力がモニタ電圧Vmで出力が電流制御信号opdet_dac[7:0]の逐次比較型A/D変換器２０を構成している。逐次比較型A/D変換器２０は、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、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路をなす。駆動電流検出回路は、破線部で示した回路構成以外でも代用可能である。また、PMOSトランジスタTrldは比例電流電流生成回路をなし、D/A変換回路１２はD/A変換回路をなし、カウンタ回路１５はカウンタ回路をなし、記憶回路１８は記憶回路をなす。

PMOSトランジスタTrld、半導体レーザ駆動制御回路１１、及びPMOSトランジスタTri、半導体レーザ駆動制御回路１１、逐次比較型A/D変換器２０、及び記憶回路１８は、1つのICに集積してもよい。

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、半導体レーザLDへ供給される電流を駆動電流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、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のドレインから半導体レーザ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。

PMOSトランジスタTrmの出力負荷であるD/A変換回路１２から出力される電流Idetは、D/A変換回路１２に入力される電流制御信号opdet_dac[7:0]が増加すると増加し、電流制御信号opdet_dac[7:0]が減少すると減少する。カウンタ回路１５から出力される電流制御信号opdet_dac[7:0]は、カウンタ回路１５に入力されるイネーブル信号がLowの時にリセットされ、最大値255d＝FFhとなる。つまり、イネーブル信号がLowの時には、D/A変換回路１２から出力される電流Idetの電流値は、D/A変換回路１２が出力できる最大電流値となる。カウンタ回路１５から出力される電流制御信号opdet_dac[7:0]は、カウンタ回路１５に入力されるイネーブル信号がLowからHighになり、カウンタ回路１５のリセットが解除されると、入力されるクロック信号clkに応じてFFhからFEh、FDh、FCh・・・02h、01h、00hのように減少する。

Idet＜Im＝Iop×(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の出力端である駆動電流検出信号opdetはLowからHighになり、NMOSトランジスタTr1はオンし、駆動電流検出信号opdetの反転信号である反転駆動電流検出信号xopdetがHighからLowとなり画像制御装置６に出力される。駆動電流検出信号opdetがLowからHighになると、インバータ回路１６、AND回路１７を通してクロック信号clkはLowとなり停止するので、カウンタ回路１５から出力される電流制御信号opdet_dac[7:0]は、Idet＜Imとなった時の値が保持され記憶回路１８に出力される。記憶回路１８は、駆動電流検出信号opdetがLowからHighになる度に、入力された電流制御信号opdet_dac[7:0]の値を記憶する。

記憶回路１８は、回路１８内に記憶された電流制御信号opdet_dac[7:0]を、外部からの信号入力により任意のタイミングで読み出せるようなレジスタ回路で構成される。なお、本実施形態では、D/A変換回路１２のビット数は8としたが、半導体レーザLDに供給される駆動電流Iopの電流値及び要求される駆動電流Iopの電流値の検出精度によってはビット数を増やすか、又は減らしてもよい。具体的には、駆動電流Iopの電流値が大きく、要求される駆動電流Iopの電流値の検出精度が高いほど、必要なD/A変換回路１２のビット数を多くする。

図４は図３に示す半導体レーザ駆動装置７の各部の信号の例を示したタイミングチャートである。

初めに、イネーブル信号がLowの場合、カウンタ回路１５はリセットされ、電流制御信号opdet_dac[7:0]は最大値FFhになり、電流Idetの電流値はD/A変換回路１２が出力できる最大電流値Idet_maxとなるので、Idet＞Imが成立する。Idet＞Imが成立する場合、モニタ電圧VmはVCC1／2より小さく（Vm＜VCC1／2）なり、駆動電流検出信号opdetはLowになり、NMOSトランジスタTr1はオフし、反転駆動電流検出信号xopdetがHighとなり画像制御装置６に出力される。

次に、イネーブル信号がHighになると、カウンタ回路１５のリセットは解除され、クロック信号clkに応じて電流制御信号opdet_dac[7:0]は最大値FFhからFEh、FDh・・・のように減少する。電流制御信号opdet_dac[7:0]が減少すると、D/A変換回路１２から出力される電流Idetが減少し、Idet＜Imが成立する。図４の例ではopdet_dac[7:0]＝7EhでIdet＜Imが成立する。Idet＜Imの場合、モニタ電圧VmはVm＞VCC1／2となり、駆動電流検出信号opdetはHighになり、NMOSトランジスタTr1はオンし、反転駆動電流検出信号xopdetがLowとなり画像制御装置６に出力される。駆動電流検出信号opdetがLowからHighになると、クロック信号clkはLowとなり停止するので、カウンタ回路１５から出力される電流制御信号opdet_dac[7:0]は、Idet＜Imとなった時の値、つまり7Ehに保持され、記憶回路１８に出力される。同時に、駆動電流検出信号opdetがLowからHighになると、記憶回路１８は入力されたopdet_dac[7:0]＝7Ehの値を記憶する。

最後に、イネーブル信号がHighからLowになると、カウンタ回路１５がリセットされ、図４の各信号は初期状態に戻り、停止していたクロック信号clkは動作を開始し、半導体レーザ駆動装置７は次の駆動電流の電流値検出に備える。ただし、記憶回路１８に記憶された電流制御信号opdet_dac[7:0]の値7Ehは、次の駆動電流値の検出が行われるまでは保持される。

このようにして、駆動電流を検出したことを示す信号が反転駆動電流検出信号xopdetとして画像制御装置６に出力され、検出された駆動電流の電流値は電流制御信号opdet_dac[7:0]として記憶回路１８に記憶される。画像制御装置６は、反転駆動電流検出信号xopdetがHighからLowに遷移し駆動電流が検出されたことを認識すると、記憶回路１８に記憶されている電流制御信号opdet_dac[7:0]を外部からの信号入力により任意のタイミングで読み出すことにより、デジタル値として駆動電流の電流値を容易に知ることができる。

また、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、レーザプリンタや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LDへ供給する駆動電流が増加した場合、その駆動電流の増加分から、半導体レーザLDの劣化判定を容易に行うことができる。

以上説明したように、第１の実施の形態によれば、駆動電流の電流値（アナログ値）をデジタル値に変換するA/D変換機能を半導体レーザ駆動装置７に設けたことにより、画像制御装置６にA/D変換機能を設ける必要がなく、画像制御装置６の複雑化及び大型化やコストアップを回避することができる。

また、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力するので、このデジタル値の駆動電流値を利用して画像制御装置６において半導体レーザLDの劣化検出を高精度に行うことができる。

このように、本発明の第１の実施の形態の半導体レーザ駆動装置７によれば、画像制御装置６の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

第1の実施の形態では、半導体レーザ駆動装置７において駆動電流の電流値を示す電圧をデジタル値で読み取れるようにして、実際の半導体レーザLDの劣化判定は画像制御装置６に委ねたが、半導体レーザLDの劣化判定の手段を半導体レーザ駆動装置７に備えるようにしてもよい。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。

（第２の実施の形態）
本発明の第2の実施の形態を説明する。

図５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７ｂの例を示した図である。

図５における図３との相違点は、半導体レーザLDの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]をデジタル値として記憶させる不揮発性メモリ２１と、所定の発光強度で発光させるために半導体レーザLDに供給された駆動電流Iopの電流値の検出を行い、検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の値と駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値を比較する第２コンパレータ２２を備えるようにしたことにある。

なお、PMOSトランジスタTrldは、入力された制御信号に応じた駆動電流を生成して半導体レーザLDに供給する半導体レーザ駆動回路をなし、半導体レーザ駆動制御回路１１、及びPMOSトランジスタTriは、半導体レーザ駆動回路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をなす。発振回路１４、カウンタ回路１５、インバータ回路１６、AND回路１７、コンパレータ１３、及びD/A変換回路１２からなる図３の破線部は、入力がモニタ電圧Vmで出力が電流制御信号opdet_dac[7:0]の逐次比較型A/D変換器２０を構成している。逐次比較型A/D変換器２０は、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、この検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路をなす。駆動電流検出回路は、破線部で示した回路構成以外でも代用可能である。また、記憶回路１８は、半導体レーザの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル値として記憶する記憶回路をなし、第２コンパレータ２２及びNMOSトランジスタTr1は、所定の発光強度で発光させるために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、この検出した駆動電流値を示す信号の値が、前記駆動電流の異常レベルを示す信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路をなす。PMOSトランジスタTrldは比例電流生成回路をなし、D/A変換回路１２はD/A変換回路をなし、カウンタ回路１５はカウンタ回路をなす。

PMOSトランジスタTrld、半導体レーザ駆動制御回路１１、PMOSトランジスタTri、半導体レーザ駆動制御回路１１、逐次比較型A/D変換器２０、記憶回路１８、及び第２コンパレータ２２及びNMOSトランジスタTr1は、1つのICに集積してもよい。

このような構成において、検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の値が、駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号errがLowからHighとなり、NMOSトランジスタTr1はオンして、反転異常検出信号xerrがHighからLowとなり画像制御装置６に出力される。駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値は、半導体レーザLDが劣化する前の正常時に、所定の発光強度で発光させるために半導体レーザLDに供給された駆動電流Iopの電流値の検出を行い、検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の値を基準に設定される。ここで、駆動電流Iopの電流値の検出のタイミングチャートについては図４のタイミングチャートと同様であり、説明は省略する。

図６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７ｂを用いた半導体レーザLDの劣化判定フローを示した図である。

まず、図６（Ａ）を参照し、レーザプリンタやデジタル複写等の出荷前の製造工程において、駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]を半導体レーザ駆動装置７に内蔵された不揮発性メモリ２１に書き込む工程について説明する。まず、所定の発光強度で発光させるために半導体レーザLDに供給された駆動電流Iopを検出して（Ｓ１１）、検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]を記憶回路１８に書き込む（Ｓ１２）。書き込まれた駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]は、レーザ正常時の駆動電流Iopの電流値を示している。画像制御装置６は、半導体レーザ駆動装置７の記憶回路１８に書き込まれたopdet_dac[7:0]を読み出して（Ｓ１３）、読み出したopdet_dac[7:0]を基準に駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値がユーザーにより設定される（Ｓ１４）。例えば、駆動電流Iopの電流値がレーザ正常時の+50%になればレーザが劣化したと判定したい場合には、駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]を記憶回路１８より読み出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の1.5倍の値に設定すればよい。出荷前に、設定したerr_code[7:0]を不揮発性メモリ２１に書き込まれる（Ｓ１５）。

次に、図６（Ｂ）を参照し、出荷後のユーザー使用条件下での半導体レーザ劣化判定方法のフローについて説明する。所定の発光強度で発光させるために半導体レーザLDに供給された駆動電流Iopを検出して（Ｓ２１）、検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]を記憶回路１８に書き込む（Ｓ２２）。検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の値が、駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値より大きいか判定する（Ｓ２３）。駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の値が、駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値よりも大きければ異常検出信号errがLowからHighとなり、反転異常検出信号xerrがHgihからLowになり（Ｓ２４）、xerrがLowであることが画像制御装置６に出力されて、半導体レーザLDは劣化したと判定される（Ｓ２５）。一方、検出した駆動電流値を示す信号opdet_dac[7:0]の値が、駆動電流の異常レベルを示す信号err_code[7:0]の値未満であれば異常検出信号errはLowで、反転異常検出信号xerrがHighのままとなり（Ｓ２６）、xerrがHighであることが画像制御装置６に出力されて、半導体レーザLDは正常であると判定される（Ｓ２７）。

第２の実施の形態では、レーザ正常時の駆動電流の電流値を基準に定めた異常検出レベルを製造工程で不揮発性メモリ２１に書き込んでおき、検出した駆動電流値が前記異常検出レベルの値以上になれば異常検出信号を出力する。これにより、レーザ正常時及び劣化時の各駆動電流の電流値を相対比較できるようになり、レーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

以上説明したように、第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置７ｂによれば、駆動電流の電流値（アナログ値）をデジタル値に変換するA/D変換機能を半導体レーザ駆動装置７ｂに設けたことにより、画像制御装置６にA/D変換機能を設ける必要がなく、画像制御装置６の複雑化及び大型化やコストアップを回避することができる。また、第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置７によれば、検出した駆動電流値を示す信号の値が、駆動電流の異常レベルを示す信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して画像制御装置６に出力することが可能であるので、画像制御装置６側において判定等を行う必要もなくなり、画像制御装置６の複雑化及び大型化やコストアップをより確実に回避することができる。

また、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力するので、このデジタル値の駆動電流値を利用して画像制御装置６においてレーザの劣化検出を高精度に行うことができる。また、半導体レーザLDの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル値として記憶する記憶回路１８と、所定の発光強度で前記半導体レーザLDに供給された駆動電流の電流値の検出を行い、この検出した駆動電流値を示す信号の値が、前記駆動電流の異常レベルを示す信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する第２コンパレータ２２（異常検出回路）とを備えていることにより、半導体レーザLDの正常時及び劣化時の各駆動電流の電流値を相対比較でき、半導体レーザLDの劣化検出を一層高精度に行うことができる。

このように、本発明の第２の実施の形態の半導体レーザ駆動装置７ｂによれば、画像制御装置６の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、半導体レーザLDの劣化検出を高精度に行うことができる。

第1及び2の実施の形態では、半導体レーザLDに供給される駆動電流の電流値を逐次比較型A/D変換器を用いて検出し、該逐次比較型A/D変換器の制御コードを出力することで駆動電流の電流値を測定できるようにした。しかし、一つ以上のD/Aコンバータで構成され、各D/Aコンバータで生成された電流を加算して半導体レーザLDに供給する半導体レーザ駆動装置７では、各D/Aコンバータの制御コードを演算及び加算して出力するだけでよい。このようにしたものを本発明の第3の実施の形態とする。

（第３の実施の形態）
本発明の第3の実施の形態を説明する。

図７は、本発明の第3の実施の形態における半導体レーザ駆動装置７ｃの例を示した図である。

図７の例において、半導体レーザ駆動装置７ｃは、第１DAC３１、第２DAC３２、及び第３DAC３３の三つのD/Aコンバータと、各DAC３１，３２，３３で生成された電流I1、I2、及びI3を加算して半導体レーザLDに供給する駆動回路３０と、各DAC３１，３２，３３の出力電流I1、I2、及びI3を制御する各デジタル信号code1、code2、及びcode3を生成して、駆動回路３０に出力する制御回路３４とを備えている。また、半導体レーザ駆動装置７は、各デジタル信号code1、code2、及びcode3のうち所定のデジタル信号code1の値を基準に他のデジタル信号code2とcode3の値を演算して、演算された他のデジタル信号code2とcode3の値を所定のデジタル信号code1の値に加算して出力する演算及び加算回路３５と、演算及び加算回路３５から出力されたデジタル信号code_sumの値を一時的に記憶するレジスタ回路３６と、を備えている。さらに、半導体レーザ駆動装置７ｃは、半導体レーザLDの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号err_codeをデジタル信号の値として記憶させる記憶回路３７と、レジスタ回路３６に記憶されたデジタル信号code_sumの値が記憶回路３７に記憶されたデジタル信号err_sumの値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号xerrを生成して出力する異常検出回路３８とを備えを備えている。また、異常検出回路３８は、code_sumとerr_codeの比較を行うコンパレータ３９と、NMOSトランジスタTr1とで構成されており、記憶回路３７は不揮発性メモリからなる。

なお、第１、第２、第３DAコンバータ３１，３２，３３はDAコンバータをなし、駆動回路３０は、各D/Aコンバータで生成された電流を加算して前記半導体レーザに供給する駆動回路をなし、制御回路３４は、一つ以上のD/Aコンバータで構成され、前記各D/Aコンバータで生成された電流を加算して前記半導体レーザに供給する制御回路をなし、演算及び加算回路３５は、各デジタル信号のうち所定のデジタル信号の値を基準に他のデジタル信号の値を演算して、演算された他のデジタル信号の値を所定のデジタル信号の値に加算して出力する演算及び加算回路をなし、レジスタ回路３６は、演算及び加算回路から出力されたデジタル信号の値を一時的に記憶するレジスタ回路をなし、記憶回路３７は、半導体レーザの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル信号の値として記憶する記憶回路をなし、異常検出回路３８は、レジスタ回路に記憶されたデジタル信号の値が前記記憶回路に記憶されたデジタル信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路をなす。

駆動回路３０、制御回路３４、演算及び加算回路３５、レジスタ回路３６、記憶回路３７、及び異常検出回路３８は、1つのICに集積してもよい。

本実施形態においては、第１DAC３１は分解能8bit、code1＝255で、最大出力電流I1_max＝40mA、第２DAC３２は分解能8bit、code2＝255で、最大出力電流I2_max＝80mA、第３DAC３３は分解能12bit、code3＝4095で、最大出力電流I1_max＝40mAとする。この場合、第１DAC３１、第２DAC３２、及び第３DAC３３の各出力電流はI1＝code1×I1_max／255、I2＝code2×I2_max／255、I3＝code3×I3_max／4095と表される。駆動電流Iopの電流値はI1、I2、及びI3の電流値を加算した値になるので、code1を基準とすると、Iop＝(code1＋2×code2＋code3×255／4095)×40mA／255となる。同様に、code2またはcode3を基準とすると、それぞれIop＝(code1／2＋code2＋code3×255／8190)×80mA／255、Iop＝(code1×4095／255＋code2×8190／255＋code3)×40mA／4095となる。駆動電流Iopの電流値は、code1を基準とするとcode_sum＝(code1＋2×code2＋code3×255／4095)を演算すれば算出できる。Iopとcode_sumは比例関係にあり、code_sumが+50%変動すればIopも+50%変動する。よって、code_sumの変動比が分かればIopの変動比もわかる。code_sum＝(code1＋2×code2＋code3×255／4095)の演算は演算及び加算回路３５により行われる。

本実施形態では、説明を簡略化するために、駆動回路を構成するD/Aコンバータは第１DAC３１、第２DAC３２、及び第３DAC3の三つとしたが、四つ以上あってもよい。

図７を用いて半導体レーザLDの劣化判定手順について説明する。半導体レーザLDが劣化する前に、所定の発光強度でcode_sumを算出してレジスタ回路３６に書き込む。レジスタ回路３６に書き込まれたcode_sumを画像制御装置６が読み出す。読み出したcode_sumを基準にして、半導体レーザLDの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号err_codeの値をユーザーが設定する。例えば、駆動電流Iopの電流値がレーザ正常時の+50%になればレーザが劣化したと判定したい場合には、err_codeをレジスタ回路３６より読み出したcode_sumの1.5倍の値にすればよい。このようにして設定したerr_codeを、出荷前の製造工程で記憶回路３７（不揮発性メモリ）に書き込んでおく。

出荷後のユーザー使用条件下では、所定の発光強度でレジスタ回路３６に随時書き込まれたcode_sumがerr_code以上になると異常検出信号errがLowからHighになり、NMOSトランジスタTr1がオンして反転異常検出信号xerrがHighからLowになる。xerrは画像制御装置６に出力されて、半導体レーザLDは劣化したと判定される。一方、所定の発光強度でレジスタ回路３６に随時書き込まれたcode_sumがerr_code未満であれば異常検出信号errがLowで、NMOSトランジスタTr1がオフして反転異常検出信号xerrがHighのままとなる。xerrは画像制御装置６に出力されて、半導体レーザLDは正常であると判定される。

以上説明したように、第３の実施の形態の半導体レーザ駆動装置７ｃによれば、一つ以上のD/Aコンバータ３１〜３３で構成され、各D/Aコンバータ３１〜３３で生成された電流を加算して半導体レーザLDに供給する駆動回路３０と、各D/Aコンバータ３１〜３３の出力電流を制御する各デジタル信号を生成して駆動回路３０に出力する制御回路３４と、各デジタル信号のうち所定のデジタル信号の値を基準に他のデジタル信号の値を演算して、演算された他のデジタル信号の値を所定のデジタル信号の値に加算して出力する演算及び加算回路３５とを備えていることにより、半導体レーザLDの駆動電流値を演算及び加算により精度よく求めることができる。

また、演算及び加算回路３５から出力されたデジタル信号の値を一時的に記憶するレジスタ回路３６と、半導体レーザLDの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル信号の値として記憶する記憶回路３７と、レジスタ回路３６に記憶されたデジタル信号の値が記憶回路３７に記憶されたデジタル信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路３８とを備えるので、すなわち、駆動電流の電流値（アナログ値）をデジタル値に変換するA/D変換機能や、異常判定機能を半導体レーザ駆動装置７に設けたことにより、画像制御装置６にA/D変換機能や異常判定機能を設ける必要がなく、画像制御装置６の複雑化及び大型化やコストアップを回避することができる。また、半導体レーザLDの正常時及び劣化時の各駆動電流の電流値を相対比較でき、半導体レーザLDの劣化検出を一層高精度に行うことができる。

このように、第３の実施の形態の半導体レーザ駆動装置７によれば、画像制御装置６の複雑化、大型化、コストアップを回避しつつ、レーザの劣化検出を高精度に行うことができる。

１ レーザユニット
２ ポリゴンミラー
３ 走査レンズ
４ 感光体
５ ビームセンサ
６ 画像制御ユニット
７ 半導体レーザ駆動装置
１１ 半導体レーザ駆動制御回路
１２ D/A変換回路
１３ コンパレータ
１４ 発振回路
１５ カウンタ回路
１６ インバータ
１７ ＡＮＤ回路
１８ レジスタ
２１ 不揮発性メモリ
２２ 第２コンパレータ
３１ 第１DAC
３２ 第２DAC
３３ 第３DAC
３４ 制御回路
３５ 加算及び演算回路
３６ レジスタ回路
３７ 記憶回路
３８ 異常検出回路
３９ 第３コンパレータ
ＬＤ 半導体レーザ

特開２００５−３２７９８号公報

Claims (19)

1. 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前記半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置であって、
   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と、
   前記半導体レーザ駆動回路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、検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路と、
   を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
2. 前記駆動電流値を示す信号を、所定のタイミングで記憶して外部からの信号による任意のタイミングで出力する記憶回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ駆動装置。
3. 前記駆動電流検出回路は、
   駆動電流に比例した電流を生成して出力する比例電流生成回路と、
   入力されたデジタル値に応じた電流を生成して出力するD/A変換回路と、
   を備え、
   前記D/A変換回路から出力された電流の電流値が、前記比例電流生成回路から出力された電流の電流値に対して所定の条件が成立したときに、前記駆動電流を検出したことを示す所定の駆動電流検出信号を生成して出力することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ駆動装置。
4. 前記駆動電流検出回路は、
   前記D/A変換回路に入力されるデジタル値をクロック信号に応じて増加又は減少させることにより、該D/A変換回路から出力される電流の電流値を増加又は減少させるカウンタ回路を備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ駆動装置。
5. 前記駆動電流検出回路は、
   前記駆動電流検出信号が出力されると、前記カウンタ回路に入力されるクロック信号を停止させ、前記D/A変換回路に入力されるデジタル値に対応する信号を保持することによって、駆動電流の電流値の検出を行い、検出した駆動電流値を示す信号として前記デジタル値に対応する信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ駆動装置。
6. 前記所定のタイミングが、前記駆動電流検出信号が出力されるタイミングであることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ駆動装置。
7. 前記半導体レーザ駆動回路、制御回路、駆動電流検出回路、及び記憶回路は、1つのICに集積されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置。
9. 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前記半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置であって、
   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と、
   前記半導体レーザ駆動回路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、この検出した駆動電流値を示す信号をデジタル値として生成して出力する駆動電流検出回路と、
   前記半導体レーザの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル値として記憶する記憶回路と、
   所定の発光強度で発光させるために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、この検出した駆動電流値を示す信号の値が、前記駆動電流の異常レベルを示す信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路と、
   を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
10. 前記駆動電流の異常レベルを示す信号の値は、前記半導体レーザが劣化する前に、所定の発光強度で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、この検出した駆動電流値を示す信号の値を基準に設定されることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザ駆動装置。
11. 前記駆動電流検出回路は、
    駆動電流に比例した電流を生成して出力する比例電流生成回路と、
    入力されたデジタル値に応じた電流を生成して出力するD/A変換回路と、
    を備え、
    前記D/A変換回路から出力された電流の電流値が、前記比例電流生成回路から出力された電流の電流値に対して所定の条件が成立したときに、前記駆動電流を検出したことを示す所定の駆動電流検出信号を生成して出力することを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体レーザ駆動装置。
12. 前記駆動電流検出回路は、
    前記D/A変換回路に入力されるデジタル値をクロック信号に応じて増加又は減少させることにより、該D/A変換回路から出力される電流の電流値を増加又は減少させるカウンタ回路を備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体レーザ駆動装置。
13. 前記駆動電流検出回路は、
    前記駆動電流検出信号が出力されると、前記カウンタ回路に入力されるクロック信号を停止させ、前記D/A変換回路に入力されるデジタル値に対応する信号を保持することによって、駆動電流の電流値の検出を行い、検出した駆動電流値を示す信号として前記デジタル値に対応する信号を出力することを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザ駆動装置。
14. 前記半導体レーザ駆動回路、制御回路、駆動電流検出回路、記憶回路、及び異常検出回路は、1つのICに集積されていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
15. 請求項９〜１４のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置。
16. 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前記半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置であって、
    一つ以上のD/Aコンバータを含み、前記各D/Aコンバータで生成された電流を加算して前記半導体レーザに供給する駆動回路と、
    各D/Aコンバータの出力電流を制御するデジタル信号をそれぞれ生成して前記駆動回路に出力する制御回路と、
    前記各デジタル信号のうち所定のデジタル信号の値を基準に他のデジタル信号の値を演算して、演算された他のデジタル信号の値を所定のデジタル信号の値に加算して出力する演算及び加算回路と、
    前記演算及び加算回路から出力されたデジタル信号の値を一時的に記憶するレジスタ回路と、
    前記半導体レーザの劣化の判定基準である駆動電流の異常レベルを示す信号をデジタル信号の値として記憶する記憶回路と、
    前記レジスタ回路に記憶されたデジタル信号の値が前記記憶回路に記憶されたデジタル信号の値以上になると異常状態であることを示す異常検出信号を生成して出力する異常検出回路と、
    を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
17. 前記駆動電流の異常レベルを示すデジタル信号の値は、
    前記半導体レーザが劣化する前に、所定の発光強度で前記レジスタ回路に記憶されたデジタル信号の値を基準に設定されることを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザ駆動装置。
18. 前記駆動回路、制御回路、演算及び加算回路、レジスタ回路、記憶回路、及び異常検出回路は、1つのICに集積されていることを特徴とする請求項１６又は１７のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置。
19. 請求項１６〜１８のいずれかに記載の半導体レーザ駆動装置を備えた画像形成装置。

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