JP5679903B2 - 基準電圧発生回路、駆動装置、プリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
図2は、本発明の実施例1における画像形成装置を示す概略の構成図である。
この画像形成装置1は、被駆動素子としての発光素子(例えば、LED)を用いたプリントヘッドが搭載された電子写真カラープリンタであり、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)及びシアン(C)の各色の画像を各々に形成する4個のプロセスユニット10−1〜10−4を有し、これらが記録媒体(例えば、用紙)20の搬送経路の上流側から順に配置されている。各プロセスユニット10−1〜10−4の内部構成は共通しているため、例えば、マゼンタのプロセスユニット10−3を例にとり、これらの内部構成を説明する。
先ず、用紙カセット21に堆積した状態で収納されている用紙20が、ホッピングローラ22によって、上から1枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この用紙20は、搬送ローラ25、レジストローラ26及びピンチローラ23,24に挟持されて、プロセスユニット10−1の感光体ドラム11と転写器27の間に搬送される。その後、用紙20は、感光体ドラム11及び転写器27に挟持され、その記録面にトナー像が転写されると同時に感光体ドラム11の回転によって搬送される。同様にして、用紙20は、順次プロセスユニット10−2〜10−4を通過し、その通過過程で、各プリントヘッド13により形成された静電潜像を各現像器14によって現像した各色のトナー像が、その記録面に順次転写されて重ね合わされる。
図3は、図2中のプリントヘッド13の構成を示す概略の断面図である。図4は、図3中の基板ユニットを示す斜視図である。
図5は、図2の画像形成装置1におけるプリンタ制御回路の構成を示すブロック図である。
印刷制御部40は、図示しない画像処理部からの制御信号SGlによって印刷指示を受信すると、先ず、温度センサ49によって定着器28内のヒータ28aが使用可能な温度範囲にあるか否かを検出し、温度範囲になければヒータ28aに通電し、使用可能な温度まで定着器28を加熱する。次に、ドライバ41を介して現像・転写プロセス用モータ42を回転させ、同時にチャージ信号SGCによって帯電用高圧電源50をオン状態にし、現像器14の帯電を行う。
図6は、図5中のプリントヘッド13を示す回路構成図である。
図1は、本発明の実施例1における図6中の基準電圧発生回路100の構成を示す回路図である。
図1の基準電圧発生回路100の機能(A)、(B)を定量的に考察する。
基準電圧発生回路100の機能を定量的に考察するために、先ず、第2電流回路130におけるドレーン電流I1を求める。
Ie≒Is*exp(qVbe/(kT)) ・・・(1)
但し、Is;飽和電流(バイポーラトランジスタの素子面積に比例して決まる定数)
exp( );指数関数
q;電子の電荷 q=1.6*10−19[C]
k;ボルツマン定数 k=1.38*10−23[J/K]
T;絶対温度 室温25[℃]において約298[K]
Vbe=(kT/q)*ln(Ie/Is) ・・・(2)
但し、ln( );自然対数関数
Vbe145=(kT/q)*ln(Ie145/Is145) ・・・(3)
Vbe147=(kT/q)*ln(Ie147/Is147) ・・・(4)
ΔVbe=Vbe145−Vbe147 ・・・(5)
である。式(5)に式(3)、(4)を代入して整理すると、次式(6)が得られる。
ΔVbe=(kT/q)×[ln(Ie145/Is145)−ln(Ie147/Is147)]
=(kT/q)×ln[(Is147/Is145)*(Ie145/Ie147)]・・・(6)
Is147=Is145×N ・・・(7)
となる。
ΔVbe=(kT/q)×ln(N) ・・・(8)
の関係が得られる。図1に示すドレーン電流I1は、抵抗144(抵抗値R144)に流れる電流に略等しいので、
I1=ΔVbe/R144
=(1/R144)×(kT/q)×ln(N) ・・・(9)
である。
Tc=(1/T) ・・・(11)
であり、室温(25℃)付近で、
Tc=0.33[%/℃]
の温度係数となることが判る。
次に、第1電流回路110の機能を考える。前述したように、PMOS122,123はカレントミラーの関係にあり、その動作条件を適切に設定することで、そのドレーン電位を略等しくすることができる。この結果、図1のノードN122とノードN125の電位は、略等しくなる。
I6=Vbe124/R125 ・・・(12)
Tc=−2×10−3/0.6=−0.33[%/℃] ・・・(13)
と計算できる。抵抗R125の温度係数をひとまず無視して考えると、ドレーン電流I6の温度係数もまた、−0.33[%/℃]となることが判る。この場合、ドレーン電流がI5=I6であるので、電流I5の温度係数もまた、−0.33[%/℃]となることが判る。
I4=I5=I6
とすることができる。
図7は、図6中の駆動装置における要部を示す回路図である。
Iref=Vref/Rref
として与えられる。
図8は、図6のプリントヘッド13の印刷動作を説明するためのタイミングチャートである。
図9(a)〜(d)は、図1の基準電圧発生回路100の動作を説明する図であり、同図(a)は図1中の電流減算回路150の周辺における回路図、及び、同図(b)〜(d)は同図(a)の各部の温度/電流特性を概略的に示すグラフである。
I4=I4A+I4B ・・・(14)
である。これより、
I4A=I4−I4B ・・・(15)
となる。そのため、図9(d)に示す電流I4Aの特性グラフは、図9(b)の電流I4から図9(c)の電流I4Bを減じたものとなり、図9(b)の電流I4よりも温度依存性の大きな特性となることが判る。
Ia=I−Ib ・・・(20)
であるので、これより電流Iaの温度係数Tcは、次式(21)となる。
αp=−αc ・・・(23)
として式(23)を整理すると、次式(4)の関係を得る。
I4A=I4−I4B ・・・(25)
本実施例1の基準電圧発生回路100、駆動装置、プリントヘッド13、及び画像形成装置1によれば、次の(a)、(b)のような効果がある。
図10は、本発明の実施例2における基準電圧発生回路の構成を示す回路図であり、実施例1の基準電圧発生回路100を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
図10の基準電圧発生回路100Aの機能(A)、(B)を定量的に考察する。
基準電圧発生回路100Aの機能を定量的に考察するために、先ず、第2電流回路130Aにおけるドレーン電流I1を求める。
I1=I2
にできる。更に、PMOS141,142,143は、カレントミラーの関係が設定されているので、
I1=I2=I3
にできる。
Tc=(l/T)
であり、室温(25℃)付近で、Tc=+0.33[%/℃]の温度係数となることが判る。
次に、第1電流回路110Aの機能を考える
I4=I5=I6
とすることができる。この場合、NMOS153のゲート長及びゲート幅もNMOS126,127と同等にすることで、そのゲート・ソース間電圧Vgs153をVgs126,Vgs127と略等しくすることができる。
本実施例2において、実施例1とは異なる構成の基準電圧発生回路100Aの動作を以下説明する。
I4=I4A+I4B ・・・(14)
である。これより、
I4A=I4−I4B ・・・(15)
となる。そのため、図11(d)に示す電流I4Aの特性グラフは、図11(b)の電流I4から図11(c)の電流I4Bを減じたものとなり、図11(b)の電流I4よりも温度依存性の大きな特性となることが判る。
Ia=I−Ib ・・・(20)
である。これより、電流Iaの温度係数Tcは、前記式(21)、(22)のようになる。
αp=−αc ・・・(23)
として、式(23)を整理すると、電流I,Ib及び温度係数αpから、前記式(24)のような温度係数Tcの関係式が得られる。式(24)においてαpは既知の正値であることから、電流Iaの温度係数Tcは負値であって、その値は電流Ibと電流Iの比を変えることで、変化させることができる。これは、
I4A=I4−I4B ・・・(25)
で示されるように、負の温度係数を備えた電流I4から正の温度係数を備えた電流I4Bを減じた電流I4Aを作成することで実現できたものである。この結果、電流I4Aは電流I4と比べ、温度係数が増加しているものの、電流値そのものは電流I4よりも減少してしまう。
本実施例2の基準電圧発生回路100A、駆動装置、プリントヘッド13、及び画像形成装置1によれば、次の(i)、(ii)のような効果がある。
本発明は、上記実施例1、2に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)〜(d)のようなものがある。
13 プリントヘッド
60,60−1〜60−n 発光素子アレイ
61 LED
100,100A 基準電圧発生回路
110,110A 第1電流回路
120,140,160 第1、第2、第3カレントミラー回路
121〜123,141〜143 PMOS
124,145,147 NPN
125,144,146,163 抵抗
126,127,148,149,152,153 NMOS
130,130A 第2電流回路
150,150A 電流減算回路
151 レベルシフト回路
200,200−1〜200−n ドライバIC
210 制御電圧発生回路
230 ラッチ回路
241 インバータ
242 NAND
250 駆動回路
Claims (10)
- 電源電圧により駆動されて一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路において、
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の負の温度係数に依存して生じる負の温度係数を持った第1出力電流を生成する第1カレントミラー回路を有する第1電流回路と、
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の負の温度係数に依存して生じる正の温度係数を持った第2出力電流を生成する第2カレントミラー回路を有する第2電流回路と、
前記第1出力電流から前記第2出力電流を減算して負の温度係数を持った減算電流を生成し、前記減算電流に比例した前記基準電圧を出力端子へ出力する第3カレントミラー回路を有する電流減算回路と、
を備えたことを特徴とする基準電圧発生回路。 - 請求項1記載の基準電圧発生回路は、更に、
前記第1電流回路の出力側及び前記第2電流回路の出力側と前記電流減算回路の入力側との間に接続され、前記電源電圧のレベルを遷移するレベルシフト回路を備えたことを特徴とする基準電圧発生回路。 - 第1電源から出力される電源電圧により駆動されて一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路において、
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の負の温度係数に依存して生じる負の温度係数を持った第1出力電流を生成する第1カレントミラー回路を有する第1電流回路と、
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の負の温度係数に依存して生じる正の温度係数を持った第2出力電流を生成する第2カレントミラー回路を有する第2電流回路と、
前記第1出力電流から前記第2出力電流を減算して減算電流を生成し、前記減算電流に比例した前記基準電圧を出力端子へ出力する電流減算回路と、を備え、
前記出力端子は、
第1抵抗を介して、前記第1電源とは異なるレベルの第2電源に接続され、
前記第1電流回路は、
前記第1電源及び第1ノード間に接続された第1導電形の第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び第2ノード間に接続された前記第1導電形の第2MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び前記出力端子間に接続された前記第1導電形の第3MOSトランジスタと、により構成された前記第1カレントミラー回路と、
前記第1ノード及び前記第2電源間に接続された第2抵抗と、
前記第2ノードに接続されたコレクタ及びベースと、前記第2電源に接続されたエミッタとを有する第1バイポーラトランジスタと、を有し、
前記第2電流回路は、
前記第1電源及び第3ノード間に接続された前記第1導電形の第4MOSトランジスタと、前記第4MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び第4ノード間に接続された前記第1導電形の第5MOSトランジスタと、前記第4MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び第5ノード間に接続された前記第1導電形の第6MOSトランジスタと、により構成された前記第2カレントミラー回路と、
順方向の第2バイポーラトランジスタを有し、前記第2バイポーラトランジスタが前記第3ノード及び前記第2電源間に直列に接続された第1直列回路と、
第3抵抗及び順方向の第3バイポーラトランジスタを有し、前記第3抵抗及び前記第3バイポーラトランジスタが前記第4ノード及び前記第2電源間に直列に接続され、前記第3バイポーラトランジスタのベースが前記第4ノードに接続され、前記第3バイポーラトランジスタのコレクタが前記第2バイポーラトランジスタのベースに接続された第2直列回路と、を有し、
前記電流減算回路は、
前記第5ノード及び前記第2電源間に接続された第2導電形の第7MOSトランジスタと、前記第7MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記出力端子及び前記第2電源間に接続された前記第2導電形の第8MOSトランジスタと、を有することを特徴とする基準電圧発生回路。 - 第1電源から出力される電源電圧により駆動されて一定の基準電圧を発生する基準電圧発生回路において、
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の負の温度係数に依存して生じる負の温度係数を持った第1出力電流を生成する第1カレントミラー回路を有する第1電流回路と、
バイポーラトランジスタのベース・エミッタ間電圧の負の温度係数に依存して生じる正の温度係数を持った第2出力電流を生成する第2カレントミラー回路を有する第2電流回路と、
前記第1出力電流から前記第2出力電流を減算して減算電流を生成し、前記減算電流に比例した前記基準電圧を出力端子へ出力する電流減算回路と、を備え、
前記出力端子は、
第1抵抗を介して、前記第1電源とは異なるレベルの第2電源に接続され、
前記第1電流回路は、
前記第1電源及び第1ノード間に接続された第1導電形の第1MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び第2ノード間に接続された前記第1導電形の第2MOSトランジスタと、前記第1MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び前記出力端子間に接続された前記第1導電形の第3MOSトランジスタと、により構成された前記第1カレントミラー回路と、
前記第1ノード及び前記第2電源間に接続された第2抵抗と、
前記第2ノードに接続されたコレクタ及びベースと、前記第2電源に接続されたエミッタとを有する第1バイポーラトランジスタと、を有し、
前記第2電流回路は、
前記第1電源及び第3ノード間に接続された前記第1導電形の第4MOSトランジスタと、前記第4MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び第4ノード間に接続された前記第1導電形の第5MOSトランジスタと、前記第4MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記第1電源及び第5ノード間に接続された前記第1導電形の第6MOSトランジスタと、により構成された前記第2カレントミラー回路と、
第3抵抗及び順方向の第2バイポーラトランジスタを有し、前記第3抵抗及び前記第2バイポーラトランジスタが前記第3ノード及び前記第2電源間に直列に接続された第1直列回路と、
第4抵抗及び順方向の第3バイポーラトランジスタを有し、前記第4抵抗及び前記第3バイポーラトランジスタが前記第4ノード及び前記第2電源間に直列に接続され、前記第3バイポーラトランジスタのベースが前記第4ノードに接続され、前記第3バイポーラトランジスタのコレクタが前記第2バイポーラトランジスタのベースに接続された第2直列回路と、を有し、
前記電流減算回路は、
前記第5ノード及び前記第2電源間に接続された第2導電形の第7MOSトランジスタと、前記第7MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記出力端子及び前記第2電源間に接続された前記第2導電形の第8MOSトランジスタと、を有することを特徴とする基準電圧発生回路。 - 請求項1又は2記載の基準電圧発生回路は、更に、
前記第1電流回路の出力側に前記電流減算回路から分岐して接続され、前記減算電流が流れる第5抵抗を備えたことを特徴とする基準電圧発生回路。 - 前記レベルシフト回路は、
前記第5ノード及び前記第7MOSトランジスタ間に順方向にダイオード接続された前記第2導電形の第9MOSトランジスタと、
前記第3MOSトランジスタ及び前記出力端子間に順方向にダイオード接続された前記第2導電形の第10MOSトランジスタと、を有することを特徴とする請求項2記載の基準電圧発生回路。 - 前記電流減算回路は、
前記第5ノード及び前記第2電源間に接続された第2導電形の第7MOSトランジスタと、前記第7MOSトランジスタに対してゲートが共通に接続され、前記出力端子及び前記第2電源間に接続された前記第2導電形の第8MOSトランジスタと、により構成された第3カレントミラー回路を有することを特徴とする請求項5記載の基準電圧発生回路。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路から出力された前記基準電圧を入力し、前記基準電圧に対応した制御電圧を発生する制御電圧発生回路と、
前記第1電源から出力される前記電源電圧が印加される電源端子、及び前記制御電圧が印加されるグランド端子を有し、ストローブ信号及びデータ信号を入力し、前記ストローブ信号により前記データ信号の出力を制御して前記電源電圧と略等しい高レベルの電圧又は前記制御電圧と略等しい低レベルの電圧を出力する論理回路と、
前記電源電圧が印加され、前記論理回路の出力電圧に対応した駆動電流を被駆動素子に供給する駆動回路と、
を備えたことを特徴とする駆動装置。 - 駆動装置と、発光素子アレイと、を備えたプリントヘッドであって、
前記駆動装置は、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路から出力された前記基準電圧を入力し、前記基準電圧に対応した制御電圧を発生する制御電圧発生回路と、
前記第1電源から出力される前記電源電圧が印加される電源端子、及び前記制御電圧が印加されるグランド端子を有し、ストローブ信号及びデータ信号を入力し、前記ストローブ信号により前記データ信号の出力を制御して前記電源電圧と略等しい高レベルの電圧又は前記制御電圧と略等しい低レベルの電圧を出力する論理回路と、
前記電源電圧が印加され、前記論理回路の出力電圧に対応した駆動電流を被駆動素子に供給する駆動回路と、を備え、
前記発光素子アレイは、
前記被駆動素子である発光素子が複数配列され、前記駆動電流により発光するものであることを特徴とするプリントヘッド。 - プリントヘッドを備え、前記プリントヘッドにより露光されて記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
前記プリントヘッドは、駆動装置と、発光素子アレイと、を備え、
前記駆動装置は、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路から出力された前記基準電圧を入力し、前記基準電圧に対応した制御電圧を発生する制御電圧発生回路と、
前記第1電源から出力される前記電源電圧が印加される電源端子、及び前記制御電圧が印加されるグランド端子を有し、ストローブ信号及びデータ信号を入力し、前記ストローブ信号により前記データ信号の出力を制御して前記電源電圧と略等しい高レベルの電圧又は前記制御電圧と略等しい低レベルの電圧を出力する論理回路と、
前記電源電圧が印加され、前記論理回路の出力電圧に対応した駆動電流を被駆動素子に供給する駆動回路と、を備え、
前記発光素子アレイは、
前記被駆動素子である発光素子が複数配列され、前記駆動電流により発光するものであることを特徴とする画像形成装置。
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