JP6468920B2 - 発光駆動回路及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光部を駆動する発光駆動回路及び当該発光駆動回路を備える画像形成装置に関する。
従来、電子写真プリンタ等の画像形成装置は、発光素子を多数配列した露光部を備える。発光素子として、LED(発光ダイオード)が用いられている場合、露光部は、LEDヘッドにより構成される。LEDヘッドは、LEDを駆動するための駆動回路としてのドライバICを備えている。
ドライバICとそれを搭載するプリント基板との間は、ボンディングワイヤで接続されている。そして、LEDヘッド用のドライバICは、ボンディングワイヤが外れて制御不能となった場合でも、LEDが常時点灯となるのを防止するため、そのストローブ端子にプルアップ素子を備えている。
特開2012−156448号公報
従来のストローブ端子のプルアップ素子は、不純物拡散若しくはポリシリコン材料からなる抵抗、又は、PMOSトランジスタのオン抵抗からなるものであった。この場合、ストローブ端子の開放電圧は、ドライバICの電源電圧に略等しい5Vとなる。一方、LEDヘッドを制御するためのLEDヘッド制御部に用いられるLSI素子の電源電圧は、典型例では3.3Vである。このため、上述したストローブ素子を介して、電源電圧の5V側からLSI素子の3.3V電源側に向かって電流を生じ、LSI素子側にラッチアップトリガ電流が生じ、ラッチアップ破損の懸念が生じていた。また、このような不具合を回避するためには、LSI素子と、ドライバICとの間の信号経路の途中にバッファ素子を設ける必要が有り、製造コストが増加してしまうという問題があった。
そこで、本発明は、製造コストを増加させずに、ラッチアップ破損を防止することを目的とする。
本発明の一態様に係る発光駆動回路は、制御部からの制御信号に応じて、発光部を駆動する発光駆動回路であって、前記制御部で使用されている電圧よりも高い電圧を発生する電源と、前記電源と、前記発光駆動回路の入力端子との間に設けられたプルアップ回路と、を備え、前記プルアップ回路は、ソース端子が前記電源に接続され、ゲート端子がグランドに接続された第1のPMOSトランジスタと、前記入力端子の電圧が、前記電源の電圧よりも低い予め定められた電圧よりも小さくなった場合にオン状態となるスイッチング部と、を備え、前記スイッチング部は、ソース端子が前記第1のPMOSトランジスタのドレーン端子に接続され、ゲート端子が自身のドレーン端子に接続され、ドレーン端子が前記入力端子に接続された第2のPMOSトランジスタであること、を特徴とする。
本発明の一態様によれば、製造コストを増加させずに、ラッチアップ破損を防止することができる。
実施の形態1における電子写真プリンタにおけるプリンタ制御回路1のブロック図である。 実施の形態1におけるLEDヘッドの構成を示すブロック図である。 実施の形態1〜4におけるドライバICの詳細な構成を示すブロック図である。 実施の形態1におけるメモリ回路としてのMEMブロックの回路構成図である。 実施の形態1におけるLED駆動回路としてのDRVブロックの回路構成図である。 実施の形態1における制御回路としてのCTRLブロックの構成を示す回路図である。 実施の形態1における制御電圧発生回路としてのADJブロックの構成を示す回路図である。 (A)及び(B)は、従来の第1例のプルアップ回路を説明するための概略図である。 (A)及び(B)は、従来の第2例のプルアップ回路を説明するための概略図である。 従来構成のドライバICを用いたLEDヘッドと印刷制御部の第1の課題を説明するための概略図である。 (A)〜(C)は、従来構成のドライバICを用いたLEDヘッドと印刷制御部の第2の課題を説明するための概略図である。 実施の形態1におけるプルアップ回路の構成を示す回路図である。 実施の形態1におけるLEDヘッドの構成を概略的に示す断面図である。 (A)〜(L)は、実施の形態1において、電子写真プリンタの電源投入後に、LEDヘッドに対して行われる補正データの転送処理と、その後に行われる印刷データの転送処理を示すタイムチャートである。 (A)及び(B)は、実施の形態1におけるプルアップ回路の動作を説明するための概略図である。 実施の形態1におけるドライバICを用いたLEDヘッドと印刷制御部の動作を説明するための概略図である。 実施の形態1におけるプルアップ回路の第1の変形例を示す回路図である。 実施の形態1におけるプルアップ回路の第2の変形例を示す回路図である。 実施の形態2におけるプルアップ回路の構成を示す回路図である。 (A)及び(B)は、実施の形態2におけるプルアップ回路の動作を説明するための概略図である。 実施の形態2におけるプルアップ回路の第1の変形例を示す回路図である。 実施の形態2におけるプルアップ回路の第2の変形例を示す回路図である。 実施の形態3におけるプルアップ回路の構成を示す回路図である。 (A)〜(C)は、実施の形態3におけるプルアップ回路の動作を説明するための概略図である。 実施の形態3におけるドライバICを用いて構成されるLEDヘッド及び印刷制御部の動作を説明する概略図である。 実施の形態4におけるプルアップ回路の構成を示す回路図である。 (A)〜(C)は、実施の形態4におけるプルアップ回路の動作を説明する概略図である。 実施の形態1〜4に係る半導体複合装置を搭載したLEDヘッドを用いた画像形成装置を説明する概略断面図である。
実施の形態1.
以下の説明において、発光ダイオードをLED(Light Emitting Diode)、モノリシック集積回路をIC(integrated Circuit)、NチャネルMOS(Metal Oxide SemIConductor)トランジスタをNMOS、PチャネルMOSトランジスタをPMOSと略称することがある。
また、正論理、負論理の別に依らず、信号レベルのHighを論理値「1」に、Lowレベルを論理値「0」に対応させて記載することがある。
さらに、信号の論理を明確にする必要のある場合には、信号名末尾に「−P」を付して正論理信号であることを、信号名末尾に「−N」を付して負論理信号であることを示す。
個々の発光素子の発光により感光ドラム上に形成される静電潜像、又は、現像後若しくは印刷媒体上に転写されたトナー像の各々をドットと称することがある。それと同様に、前記ドットと対応する個々の発光素子それぞれもドットと呼ぶことがある。
また、本実施の形態におけるLEDヘッドは、発光素子及びその駆動素子等を配置してなるユニットの一般名称である。以下、被駆動素子の群が電子写真プリンタに用いられたLEDの列であるとして説明する。
画像形成装置としての電子写真プリンタは、帯電された感光体ドラムをプリント情報に応じて選択的に光照射して静電潜像を形成し、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成し、該トナー像を用紙に転写し、定着させる。
図1は、実施の形態1における電子写真プリンタにおけるプリンタ制御回路1のブロック図である。
符号2は、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、入出力ポート及びタイマ等によって構成される印刷制御部である。印刷制御部2は、プリンタの印刷部の内部に配設され、図示しない画像処理部からの制御信号SG1、ビデオ信号(ドットマップデータを一次元的に配列したもの)SG2等によってプリンタ全体をシーケンス制御し、印刷動作を行う制御部である。
例えば、印刷制御部2は、制御信号SG1によって印刷指示を受信すると、先ず定着器温度センサ3によって、ヒータ4aを内蔵した定着器4が使用可能な温度範囲にあるか否かを検出する。印刷制御部2は、そのような温度範囲になければヒータ4aに通電し、使用可能な温度まで定着器4を加熱する。
次に、印刷制御部2は、ドライバ5を介して現像・転写プロセス用モータ(PM)6を回転させ、同時にチャージ信号SGCによって、帯電用電圧電源7をオンにし、現像器8の帯電を行う。
そして、セットされている図示しない用紙の有無及び種類が用紙残量センサ9及び用紙サイズセンサ10によって検出され、該用紙に合った用紙送りが開始される。ここで、用紙送りモータ(PM)12には遊星ギア機構が接続されており、ドライバ11を介して双方向に回転させることが可能となっている。これにより、モータの回転方向を変えて、プリンタ内部の異なる紙送りローラを選択的に駆動することができる。
印刷制御部2は、1ページの印刷開始毎に、用紙送りモータ12を最初に逆転させて、セットされた用紙を用紙吸入口センサ13が検知するまで、予め設定された量だけ送らせる。続いて、印刷制御部2は、用紙送りモータ12を正回転させて、用紙をプリンタ内部の印刷機構内に搬送させる。
印刷制御部2は、用紙が印刷可能な位置まで到達した時点において、図示しない画像処理部に対してタイミング信号SG3(主走査同期信号及び副走査同期信号を含む)を送信し、ビデオ信号SG2を受信する。上位コントローラにおいてページ毎に編集されたビデオ信号SG2は、印刷制御部2に受信される。そして、印刷制御部2は、そのビデオ信号SG2を印刷データ信号HD−DATAとしてLEDヘッド14に転送する。LEDヘッド14は、それぞれ1ドット(ピクセル)の印刷のために設けられたLEDを複数個線上に配列したものである。
そして、印刷制御部2は、1ライン分のビデオ信号SG2を受信すると、LEDヘッド14にラッチ信号HD−LOADを送信し、印刷データ信号HD−DATAをLEDヘッド14内に保持させる。また、印刷制御部2は、上位コントローラから次のビデオ信号SG2を受信している最中においても、LEDヘッド14に保持された印刷データ信号HD−DATAについて印刷することができる。なお、信号HD−CLKは、印刷データ信号HD−DATAをLEDヘッド14に送信するためのクロック信号である。
ビデオ信号SG2の送受信は、印刷ライン毎に行われる。LEDヘッド14からの発光は、マイナス電位に帯電させられた図示しない感光体ドラム上に照射される。これにより、印刷される画像は、感光体ドラムにおいて電位の上昇したドットとして潜像化される。そして、現像器8において、マイナス電位に帯電させられた画像形成用のトナーが、電気的な吸引力によって各ドットに吸引され、トナー像が現像される。その後、このトナー像は、転写器16に送られる。転写信号SG4によって転写用高圧電源15がオンになり、転写器16は、感光体ドラムと転写器16との間隔を通過する用紙上にトナー像を転写する。
トナー像が転写された用紙は、ヒータ4aを内蔵する定着器4に搬送され、トナー像は、この定着器4の熱によって用紙に定着される。このようにして画像が定着された用紙は、更に搬送されてプリンタの印刷機構から用紙排出口センサ17を通過して、プリンタの外部に排出される。
印刷制御部2は、用紙サイズセンサ10及び用紙吸入口センサ13の検知に対応して、用紙が転写器16を通過している間だけ転写用高圧電源15からの電圧を転写器16に印加する。そして、印刷が終了し、用紙が用紙排出口センサ17を通過すると、印刷制御部2は、帯電用高圧電源7による現像器8への電圧の印加を終了し、同時に現像・転写プロセス用モータ6の回転を停止させる。
以後、上記の動作を繰り返す。
次に、LEDヘッド14について、より具体的に説明する。図2は、実施の形態1におけるLEDヘッド14の構成を示すブロック図である。
実施の形態1では、一例として、LEDヘッド14は、A4サイズの用紙に1インチ当たり600ドットの解像度で印刷可能なものとして説明する。
この例では、発光部としてのLED素子の総数は、4992ドットであり、これを構成するために、26個のLEDアレイが配列され、各LEDアレイには各々192個のLED素子が含まれる。各LED素子のカソード端子は、グランドに接続され、各LED素子のアノード端子は、LEDアレイと隣接して配置されたドライバICの駆動出力端子と、ワイヤーボンディング配線等の手法で接続される。
図1に示されているように、印刷データ信号HD−DATAは、クロック信号HD−CLKと共にLEDヘッド14に入力される。例えば、A4サイズの用紙に印刷可能であり、1インチ当たり600ドットの解像度を持つプリンタにおいては、4992ドット分のビットデータが、後述するフリップフロップ回路から成るシフトレジスタ中を順次転送される。
次に、ラッチ信号HD−LOADがLEDヘッド14に入力され、上記ビットデータは、後述するラッチ回路にラッチされる。続いて、ビットデータと印刷駆動信号HD−STB−Nとによって、発光素子(LED)のうち、High(高)レベルであるドットデータに対応するものが点灯される。
図2において、符号CHP1及び符号CHP2は、LEDアレイチップを示す。符号CHP3〜符号CHP26に対応するLEDアレイチップは、図示を省略している。
符号IC1及び符号IC2は、LEDアレイを駆動するドライバICを示す。これらは、同一回路により構成され、隣接するドライバICとカスケードに接続されている。なお、符号IC3〜符号IC26に対応するドライバICは、図示を省略している。
符号21〜符号38は、LED素子を示す。LED素子は、LEDアレイ毎に192個ずつ配置されている。
実施の形態1においては、印刷データの信号線は、4本であり、隣接するLED4素子(4画素)分のデータをクロック信号毎に同時に送出することができる。このため、印刷制御部2から出力される印刷データ信号HD−DATA3〜0は、クロック信号HD−CLKと共にLEDヘッド14に入力され、上述のように、4992ドット分のビットデータが後述するフリップフロップ回路からなるシフトレジスタを順次転送される。
次に、ラッチ信号HD−LOADがLEDヘッド14に入力され、上記ビットデータは、フリップフロップ回路に対応して設けられたラッチ回路にラッチされる。
続いて、印刷駆動信号HD−STB−Nが入力されると、LED素子のうち、印刷データがHighレベルであるドットデータに対応するものが点灯される。なお、符号VDDは、電源、符号GNDは、グランドを示す。符号VREFは、LED駆動のための駆動電流値を指令するための基準電圧であって、LEDヘッド内に設けられた図示しない基準電圧発生回路により発生される。
また、発光駆動回路としてのドライバIC(IC1〜IC26)は、後述するLED駆動回路と、このLED駆動回路の駆動電流が一定となる様に指令電圧を発する制御電圧発生回路とを備えている。図2では、制御電圧発生回路へ入力する基準電圧を符号VREFで示している。
図2に示されているように、LEDヘッド14には多数のLEDアレイが搭載されるため、これらの各素子に製造バラツキによる特性変動があると、各LEDアレイ間及び同一LEDアレイ内の各ドット間においても、その発光パワーに変動を生じ、感光ドラムへの露光エネルギー量が異なる結果となる。このような現象は、感光ドラムを現像するときのドット面積の変動となって現れ、印刷濃度にムラを生じる原因となるため望ましくない。
そのため、LEDの各ドットの駆動電流を、発光パワーが一定になるように調整することが行われることが通例である。図2のIC1〜IC26においても、後述するようにそのための回路手段を備えている。
図3は、図2において示したドライバICの詳細な構成を示すブロック図である。
符号FFA1〜符号FFA49、符号FFB1〜符号FFB49、符号FFC1〜符号FFC49及び符号FFD1〜符号FFD49は、フリップフロップ回路を示す。これらのフリップフロップ回路で、シフトレジスタが構成されている。
符号LTA1〜符号LTA48、符号LTB1〜符号LTB48、符号LTC1〜符号LTC48及び符号LTD1〜符号LTD48は、ラッチ素子を示す。これらのラッチ素子の全体で、ラッチ回路が構成されている。
図3において、符号30で示されているMEMブロックは、メモリ回路である。メモリ回路30は、LEDの光量のバラツキを補正するための補正データ(ドット補正データ)、LEDアレイ毎の光量補正データ(チップ補正データ)又はドライバIC毎の固有データを記憶する。
符号31で示されているDRVブロックは、LED駆動回路である。
符号32で示されているSELブロックは、セレクタ回路である。
符号33で示されているCTRLブロックは、制御回路である。制御回路33は、メモリ回路30に対して、補正データを書き込みするときの書き込み指令信号を発生する。
符号34で示されているADJブロックは、制御電圧発生回路である。制御電圧発生回路34は、VREF端子より入力された基準電圧値VREFを受けて、LED駆動のための制御電圧を発生させる。基準電圧値VREFは、図示しないレギュレータ回路等により発生させられるものであり、LEDの全点灯駆動時のように電源電圧が一瞬降下するような状況においても、所定値のままとでき、LED駆動電流の低下は発生しない。
符号100は、プルアップ回路を示す。
符号35及び符号36は、インバータ回路を示す。インバータ回路35、36は、入力端子としてのストローブ端子STBに接続されている。
符号37は、NAND回路である。
図3に示されているように、フリップフロップ回路FFA1〜FFA49は、カスケード接続されている。ドライバICのデータ入力端子DATAI0は、FFA1のデータ入力端子Dに接続されている。フリップフロップ回路FFA48及びフリップフロップ回路FFA49のデータ出力は、セレクタ回路32に入力され、その出力端子Y0は、ドライバICのデータ出力端子DATAO0に接続されている。
同様に、フリップフロップ回路FFB1〜FFB49、フリップフロップ回路FFC1〜FFC49、及びフリップフロップ回路FFD1〜FFD49もそれぞれカスケード接続されている。ドライバICのデータ入力端子DATAI1、データ入力端子DATAI2、及びデータ入力端子DATAI3は、フリップフロップ回路FFB1、フリップフロップ回路FFC1、及びフリップフロップ回路FFD1のデータ入力端子Dにそれぞれ接続されている。
フリップフロップ回路FFB48及びフリップフロップ回路FFB49、フリップフロップ回路FFC48及びフリップフロップ回路FFC49、並びにフリップフロップ回路FFD48及びフリップフロップ回路FFD49からの出力も、セレクタ回路32に接続され、各々の出力は、ドライバICのデータ出力端子DATAO1、データ出力端子DATAO2、及びデータ出力端子DATAO3にそれぞれ接続されている。
従って、フリップフロップ回路FFA1〜FFA49、フリップフロップ回路FFB1〜FFB49、フリップフロップ回路FFC1〜FFC49、及びフリップフロップ回路FFD1〜FFD49は、それぞれ49段のシフトレジスタ回路を構成しており、セレクタ回路32によりシフトレジスタのシフト段数を48段と49段とに切り替えることができる。
これにより、ドライバICのデータ出力端子DATAO0〜DATAO3は、次段のドライバICのデータ入力端子DATAI0〜DATAI3にそれぞれ接続されることになる。従って、符号IC1〜IC26で示されるドライバICの全てで構成されるシフトレジスタは、印刷制御部2から初段のドライバICのDRVブロック(LED駆動回路31)に入力されるデータ信号HD−DATAをクロック信号に同期してシフトさせる48×26段又は49×26段のシフトレジスタ回路を構成している。
端子STBに入力される負論理のストローブ信号HD−STB−Nは、インバータ回路35を介して正論理化されて、STB−P信号に変換され、NAND回路37に入力される。
また、端子LOADより入力されるラッチ信号LOAD−PもまたNAND回路37に入力され、DRVブロック(LED駆動回路31)に対する駆動のオン、オフを制御する信号(DRV−ON−N)に変換される。
図4は、図3に示されているメモリ回路30としてのMEMブロックの回路構成図である。
なお、実施の形態1の構成においては、LED光量補正のためのドット補正データは、4ビットであり、LED駆動電流をドット毎に16段階に調整することで光量補正を行うものとしている。
図4には、隣接する2個(2ドット)のメモリセル回路40、41が示されている。それぞれを第1のメモリセル回路40及び第2のメモリセル回路41とする。
第1のメモリセル回路40は、奇数番目のドット(例えばドットNo.1)の補正データを格納する。第2のメモリセル回路41は、偶数番目のドット(例えばドットNo.2)の補正データを格納する。第1のメモリセル回路40及び第2のメモリセル回路41は、同様に構成されているため、以下では、第1のメモリセル回路40について説明する。
第1のメモリセル回路40は、バッファ回路42と、補正メモリセルを構成するインバータ回路43a〜43hと、NMOSトランジスタ44a〜44hとを備えている。
符号45は、インバータ回路であって、その入力はバッファ回路42の出力端子と接続されている。
また、第1のメモリセル回路40は、補正データ入力端子Dと、メモリセル選択端子W0〜W3と、補正データ出力端子Q0〜Q3とを備えている。
図4に示されている第1のメモリセル回路40のデータ入力端子Dは、図3に示されているフリップフロップ回路FFA1〜FFA48、フリップフロップ回路FFB1〜FFB48、フリップフロップ回路FFC1〜FFC48、又は、フリップフロップ回路FFD1〜FFD48等のデータ出力端子Qにそれぞれ接続されている。
また、メモリセル選択端子W0〜W3には、制御回路33からの書き込み制御信号W0〜W3が、それぞれ入力される。
バッファ回路42の入力端子は、補正データ入力端子Dとなっており、バッファ回路42の出力端子は、NMOSトランジスタ44a、NMOSトランジスタ44c、NMOSトランジスタ44e及びNMOSトランジスタ44gの第1端子に接続されている。
インバータ回路43a及びインバータ回路43b、インバータ回路43c及びインバータ回路43d、インバータ回路43e及びインバータ回路43f、並びに、インバータ回路43g及びインバータ回路43hは、それぞれ直列に接続され、それぞれがメモリセルを形成している。
NMOSトランジスタ44a及びNMOSトランジスタ44b、NMOSトランジスタ44c及びNMOSトランジスタ44d、NMOSトランジスタ44e及びNMOSトランジスタ44f、並びに、NMOSトランジスタ44g及びNMOSトランジスタ44hは、それぞれ直列に接続され、直列接続の一端は、バッファ回路42の出力とそれぞれ接続されている。
また、インバータ回路45の出力は、NMOSトランジスタ44b、NMOSトランジスタ44d、NMOSトランジスタ44f及びNMOSトランジスタ44hの第1端子に接続されている。
NMOSトランジスタ44a及びNMOSトランジスタ44bのゲート端子は、端子W0に接続されている。NMOSトランジスタ44c及びNMOSトランジスタ44dのゲート端子は、端子W1に接続されている。NMOSトランジスタ44e及びNMOSトランジスタ44fのゲート端子は、端子W2に接続されている。NMOSトランジスタ44g及びNMOSトランジスタ44hのゲート端子は、端子W3に接続されている。
インバータ回路43aからの出力は、端子Q0に接続される。インバータ回路43cからの出力は、端子Q1に接続される。インバータ回路43eからの出力は、端子Q2に接続される。インバータ回路43gからの出力は端子Q3に接続される。
図5は、図3に示されているLED駆動回路31としてのDRVブロックの回路構成図である。
LED駆動回路31は、PMOSトランジスタ50a〜50fと、NMOSトランジスタ51と、NAND回路52a〜52dと、NOR回路53とを備える。
また、LED駆動回路31は、印刷データ入力端子E(負論理)と、LED駆動のオン、オフを指令する入力端子S(負論理)と、入力端子Vと、補正データ入力端子Q0〜Q3と、駆動電流出力端子DOとを備える。
LED駆動回路31の印刷データ入力端子Eには、図3におけるLTA1〜LTA48、LTB1〜LTB48、LTC1〜LTC48及びLTD1〜LTD48等のラッチ回路のQN出力端子と接続される。
また、入力端子Q3〜Q0は、図4に示されているメモリ回路30の補正データ出力端子Q3〜Q0に接続されている。端子Sには、図3に示されているNAND回路37から出力されるLED駆動のオン、オフ指令信号(DRV-ON−N)が入力される。端子Vには、図3に示されている制御電圧発生回路34からの制御電圧Vcontrolが入力される。
駆動電流出力端子DOは、図示しないボンディングワイヤによりLED素子のアノードと接続される。
NOR回路53の2個の入力端子は、それぞれ端子S及び端子Eに接続されている。NAND回路52a〜52dの第1入力端子は、NOR回路207の出力端子に接続されている。また、NAND回路52a〜52dの第2入力端子は、それぞれメモリ回路30の補正データ出力端子Q3〜Q0に接続されている。
PMOSトランジスタ50a〜50dのゲート端子は、それぞれNAND回路52a〜52dの出力端子に接続されている。
また、PMOSトランジスタ50a〜50eのソース端子は、電源VDDに接続され、PMOSトランジスタ50a〜50eのドレーン端子は、駆動電流出力端子DOに接続されている。
一方、NAND回路52a〜52d及びNOR回路53の電源は、電源VDDと接続され、これら回路のグランドは、端子Vと接続され、Vcontrolなる電位に保たれる。
後述するように電源VDDの電位とVcontrol電位との電位差はPMOSトランジスタ50a〜50eがオンするときのゲート・ソース間電圧に略等しく、この電圧を変化させることでPMOSトランジスタ50a〜50eのドレーン電流を調整することが可能となる。
ここで、図3に示されている制御電圧発生回路34は、図示しない基準電圧回路から基準電圧VREFを受けて、PMOSトランジスタ50a〜50d等のドレーン電流が所定値となるように制御電圧Vcontrolを制御するために設けられている。
印刷データがオンであり(このとき端子Eの入力レベルはLow)、LEDの駆動オン、オフの指令信号SがLowとなって駆動オンを指令しているとき、NOR回路53の出力はHighとなる。このとき端子Q3〜Q0に入力されるデータに従い、NAND回路52a〜52dの出力信号レベル、並びに、PMOSトランジスタ50f及びNMOSトランジスタ51で構成されるインバータ回路の出力は、VDD電位又はVcontrol電位となる。
PMOSトランジスタ50eは、LEDに主たる駆動電流を供給する主駆動トランジスタであり、PMOSトランジスタ50a〜50dは、LEDの駆動電流をドット毎に調整して光量補正するための補助駆動トランジスタである。
主駆動トランジスタであるPMOSトランジスタ50eは、印刷データに従って駆動される。
補助駆動トランジスタであるPMOSトランジスタ50a〜50dは、NOR回路53の出力がHighレベルであるときに、メモリ回路30(MEMブロック)の出力端子Q3〜Q0の出力に従って選択的に駆動される。
言い換えると、主駆動トランジスタ50eと共に、補正データに従って補助駆動トランジスタ50a〜50dが選択的に駆動され、主駆動トランジスタ50eのドレーン電流に、選択された補助駆動トランジスタ50a〜50dの各ドレーン電流が加算された駆動電流が、端子DOからLEDに供給される。
PMOSトランジスタ50a〜50dが駆動されているとき、NAND回路52a〜52dの出力は、Lowレベル(すなわち、ほぼ制御電圧Vcontrolに等しいレベル)にあるので、PMOSトランジスタ50a〜50dのゲート電位は、ほぼ制御電圧Vcontrolに等しくなる。このとき、PMOSトランジスタ50fは、オフ状態にあり、NMOSトランジスタ51は、オン状態にあって、PMOSトランジスタ50eのゲート電位もまたほぼ制御電圧Vcontrolに等しくなる。従って、PMOSトランジスタ50a〜50eのドレーン電流値を、制御電圧Vcontrolにより一括して調整することができる。
このとき、NAND回路52a〜52dは、電源電位VDDとグランド電位Vcontrolとを、それぞれ電源、グランド電位として動作していることになる。
図6は、図3に示されている制御回路33としてのCTRLブロックの構成を示す回路図である。
制御回路33は、フリップフロップ回路60a〜60dと、NOR回路61と、AND回路62a〜62dとを備える。
フリップフロップ回路60a〜60dの負論理リセット端子(R)は、LOAD端子と接続されて、ラッチ信号LOAD−Pが入力される。フリップフロップ回路60a、60bのクロック端子は、STB端子と接続されてSTB−P信号が入力される。フリップフロップ回路60a、60bのQ出力端子は、NOR回路61の入力端子と接続され、NOR回路61の出力端子は、フリップフロップ回路60aのD入力端子と接続されている。フリップフロップ回路60c、60dのクロック端子は、フリップフロップ回路60aのQ出力端子に接続されている。フリップフロップ回路60cのD端子は、フリップフロップ回路60dのQ出力端子と接続されている。フリップフロップ回路60dのD入力端子は、フリップフロップ回路60cのQN出力端子と接続されている。
AND回路62dの第1入力は、フリップフロップ回路60dのQ端子と、その第2入力は、フリップフロップ回路60cのQN端子と接続されている。AND回路62cの第1入力は、フリップフロップ回路60dのQ端子と、その第2入力は、フリップフロップ回路60cのQ端子と接続されている。AND回路62bの第1入力は、フリップフロップ回路60dのQN端子と、その第2入力は、フリップフロップ回路60cのQ端子と接続されている。AND回路62aの第1入力は、フリップフロップ回路60dのQN端子と、その第2入力は、フリップフロップ回路60cのQN端子と接続されている。AND回路62a〜62dの第3入力は、フリップフロップ回路60bのQ出力端子と接続されている。AND回路62a〜62dの出力端子は、W0〜W3端子とそれぞれ接続され、図3に示されているメモリ回路30への書き込み指令信号となる。
図7は、図3に示されている制御電圧発生回路34としてのADJブロックの構成を示す回路図である。制御電圧発生回路34は、ドライバICチップ毎に1回路ずつ設けられている。
制御電圧発生回路34は、演算増幅器70と、PMOSトランジスタ71と、抵抗切り替え回路(RDEC)72とを備える。
PMOSトランジスタ71のソースは、電源VDDに接続され、そのゲート端子は、演算増幅器70の出力端子に接続されると共に端子Vに接続される。PMOSトランジスタ71は、図5に示されているPMOSトランジスタ50a〜50eとは、ゲート長が相等しく構成されている。
一方、演算増幅器70の反転入力端子は、VREF端子に接続されて、基準電圧Vrefが印加される。演算増幅器70の非反転入力端子は、PMOSトランジスタ71のドレーン端子と接続されるとともに、抵抗切り替え回路72の端子Rと接続されている。
演算増幅器70の出力端子は、PMOSトランジスタ71のゲート端子と接続されるとともに、端子Vに接続される。演算増幅器70は、LED駆動回路31(図5)の回路に接続され、前述した制御電圧Vcontrolを出力する。
抵抗切り替え回路72の入力端子S3〜S0は、図3に示されているメモリ回路30の出力端子Q3〜Q0とそれぞれ接続されている。抵抗切り替え回路72は、4本の入力端子S3〜S0に入力される論理信号レベルの16通りの組み合わせに応じて、その内部の抵抗を16段階に切り替えて、端子Rとグランド間の抵抗値を16段階に調整することができる。
図7では、演算増幅器70、PMOSトランジスタ71及び抵抗切り替え回路72で構成される回路でフィードバック制御回路が構成されており、演算増幅器70の非反転入力端子の電位は、基準電圧Vrefとほぼ等しくなるように制御される。このため、図7に示されているPMOSトランジスタ71のドレーン電流Irefは、抵抗切り替え回路72の抵抗値(例えばR0〜R15と記載する)と、演算増幅器70に入力される基準電圧Vrefとから決定される。
さらに具体的に説明すれば、入力端子S3〜S0の論理値が「1111」となって、補正状態が最大と指令されているとき、抵抗切り替え回路72の端子Rとグランド間の抵抗の値をR15とすると、PMOSトランジスタ71のドレーン電流Irefは、下記の(1)式で示される値になる。
Iref=VREF/R15 (1)
一方、入力端子S3〜S0の論理値が「0111」となって、補正状態の中心が指令されているとき、抵抗切り替え回路72の端子Rとグランド間の抵抗の値をR7とすると、PMOSトランジスタ71のドレーン電流Irefは、下記の(2)式で示される値になる。
Iref=VREF/R7 (2)
となる。
さらに、入力端子S3〜S0の論理値が「0000」となって、補正状態の最小が指令されているとき、抵抗切り替え回路72の端子Rとグランド間の抵抗をR0とすると、PMOSトランジスタ71のドレーン電流Irefは、下記の(3)式で示される値になる。
Iref=VREF/R0 (3)
前述したように、図5に示されているPMOSトランジスタ50a〜50eと、PMOSトランジスタ71とはゲート長が相等しく構成され、これらのトランジスタは、飽和領域で動作するように制御されているので、各トランジスタは、カレントミラーの関係となる。このため、PMOSトランジスタ50a〜50eがオンとなるとき、ドレーン電流Irefに比例するドレーン電流が生じる。この結果、入力端子S3〜S0に与えられる論理値状態により、ドレーン電流Irefを16段階に調整することができる、図5のPMOSトランジスタ50a〜50eのドレーン電流もまた16段階に調整可能とすることができる。
図3に示されているプルアップ回路100の説明を行う前に、従来の技術におけるプルアップ回路について説明する。
従来から、画像形成装置の露光部に使用されるLEDの発光を制御するためのドライバICのストローブ端子には、その内部にプルアップ抵抗が備えられている。プルアップ抵抗が備えられている理由は、下記の通りである。
ドライバICとそれを搭載するプリント基板との間は、通常、ボンディングワイヤで接続されている。組立製造に起因する原因により、ボンディングワイヤの接続に異常をきたし、オープン状態となると、LEDの制御が不能となって、常時点灯や、甚だしい場合には、異常発熱又は焼損といった重大事故を起こすおそれがある。そのような事態を防止するため、ドライバICのストローブ端子の内部にプルアップ抵抗を備え、ボンディングワイヤの接続に異常をきたしたとしても、LED消灯状態で故障するようなフェイルセーフ設計がなされている。
ここで、ドライバICの電源電圧はLEDの順電圧に応じて定まり、典型例では5Vが用いられる。
このため、ドライバICのストローブ端子の開放電圧は、プルアップ抵抗の働きにより略5Vとなる一方、LEDヘッドの制御を行う印刷制御部2においては、それに用いるASIC LSIの電源電圧が3.3Vであるのに対応して、そのHighレベル信号も略3.3Vとならざるを得ない。
従って、ドライバICのプルアップ抵抗の5V電源の側から、印刷制御部2のASIC LSIの3.3V電源に向かって逆流電流を生じて、ASIC LSIのラッチアップ破壊を生じる恐れがある。
特に、LEDヘッドにおいては多数のドライバICが搭載されており、ASIC LSIの端子には多数のドライバICのストローブ端子が並列に接続されている。このため、前記の逆流電流の総計値も大きな値となってしまい、破損懸念が大きくなる。
図8(A)及び(B)は、従来の第1例のプルアップ回路を説明するための概略図である。
図8(A)は、従来のプルアップ回路の第1例の構成を示す概略図である。
第1例のプルアップ回路900は、抵抗901を備えており、電源VDDは、抵抗901を介して、端子Xに接続される。
図8(B)は、プルアップ回路900の特性を示すグラフである。
グラフの横軸は、端子Xの電位Vi[V]、縦軸は、端子Xから流出する電流Ii[A]を示し、その値が負値となっているのは、電流の方向が流れ出しであることを示している。
グラフの特性線Aにおいて、点Bは、端子Xの電位が5Vの場合であり、このときの端子Xの電流はゼロである。
端子Xの電位が降下するに従いIi電流(絶対値)が増加し、点Dに示すように電位0Vとなると図中に示す典型例のように−50μAの電流値となる。
典型例では点Bにおける電位は5Vであり、図8(A)のプルアップ回路900においてはその開放電圧は5Vとなる。
また、図8(B)に示されているグラフの特性線Aは直線状であり、その傾きから、抵抗値は、R=5V/50μA=100KΩである。
図9(A)及び(B)は、従来の第2例のプルアップ回路を説明するための概略図である。
図9(A)は、従来のプルアップ回路の第2例の構成を示す概略図である。
第2例のプルアップ回路910は、PMOSトランジスタ911を備えている。PMOSトランジスタ911のソース端子は、電源VDDに接続され、そのゲート端子は、グランドに接続され、そのドレーン端子は、端子Xに接続されている。
図9(B)は、プルアップ回路910の特性を示すグラフである。
グラフの横軸は、端子Xの電位Vi[V]、縦軸は、端子Xから流出する電流Ii[A]を示し、その値が負値となっているのは、電流の方向が流れ出しであることを示している。
グラフの特性線Aにおいて、点Bは、端子Xの電位が5Vの場合であり、このときの端子Xの電流はゼロである。
端子Xの電位が降下するに従いIi電流(絶対値)が増加し、点Dに示すように電位0Vとなると図中に示す典型例のように−50μAの電流値となる。
図9(B)に示されているように、第2例のプルアップ回路910の特性線Aは、図8(B)に示されている特性線Aとは異なり、直線状ではなく、単純に抵抗値を規定することは出来ない。しかしながら、図9(B)に示されている第2例では、点Dにおけるグランド短絡電流は、図8(B)と同様に−50μAであり、点Bにおける電位は5Vであり、その開放電圧は5Vとなる。
図10は、従来構成のドライバICを用いたLEDヘッド920と印刷制御部950の第1の課題を説明するための概略図である。
LEDヘッド920は、ドライバIC921〜946を備えている。
ドライバIC921〜946の各々は、プルアップ回路900を備えている。プルアップ回路900は、ドライバICのSTB端子にそれぞれ接続されている。
符号947は、インバータ回路を示しており、図示を省略したドライバICの内部回路に接続されている。
符号951は、印刷制御部950内に備えられたASIC LSIの信号出力部の要部を示す。符号952は、PMOSトランジスタを示す。符号953は、NMOSトランジスタを示す。符号954は、PMOSトランジスタ952に付随して生じる寄生ダイオードを示す。符号955は、NMOSトランジスタ953に付随して生じる寄生ダイオードを示す。
PMOSトランジスタ952のソース端子は、電源VDD3に接続され、典型例ではその電位は3.3Vである。PMOSトランジスタ952のドレーン端子は、NMOSトランジスタ953のドレーン端子と接続され、NMOSトランジスタ953のソース端子は、グランドと接続されている。
PMOSトランジスタ952及びNMOSトランジスタ953のゲート端子は、図示しない制御回路により発生される内部信号と接続されている。
そして、PMOSトランジスタ952及びNMOSトランジスタ953で、CMOSインバータ回路が構成されている。
寄生ダイオード954のカソードは、電源VDD3と接続され、そのアノード端子はSTB端子と接続される。
同様に、寄生ダイオード955のアノードは、グランドと接続され、カソード端子はSTB端子と接続される。
図8を用いて説明したように、ドライバICのSTB端子における開放電圧はVDD電位(5V)である。このとき、電源VDD3の電位は、3.3Vに設定され、寄生ダイオード954の順電圧の典型例は略0.6Vである。このため、ドライバIC921のSTB端子から流出して、寄生ダイオード954を通って電源VDD3に至る経路で電流が生じることになる。このときの電流は、電流I1として図10に示されている。
同様にドライバIC922〜946においても、同様に電流I2〜I26が生じる。
ドライバIC921〜946は、同様の回路構成となっているため、電流I1〜I26の電流値はそれぞれ等しくなる。このため、電流I1〜I26の各々の電流値をI0とすると、寄生ダイオード954に順方向に流れる電流は26×I0となり、無視できない値となる。
公知のように、CMOSインバータのラッチアップ破損は、その寄生ダイオード954、955に順方向に電流が流れることで発生する。前記したように、図10に示されている構成においては、寄生ダイオード954に順電流が生じ、PMOSトランジスタ952及びNMOSトランジスタ953で構成されるCMOSインバータ回路には、ラッチアップトリガ電流が生じることになり、破損懸念が生じる。
このような破損懸念をなくすために、ASIC LSIのストローブ信号出力と、LEDヘッドのストローブ信号入力との間に、3.3V信号と5V信号をレベル変換するためのバッファ素子を外付けすることが行われている。
図11(A)〜(C)は、従来構成のドライバICを用いたLEDヘッド920と印刷制御部950の第2の課題を説明するための概略図である。
図11(A)に示されている符号960は、バッファ回路である。バッファ回路960は、例えば、テキサスインスツルメンツ社製の型番SN74HCT125等を用いることができる。
印刷制御部950のASIC LSIの電源は、符号VDD3で示されており、その電圧は、3.3Vであり、グランド電位は0Vである。
印刷制御部950のASIC LSIのSTB端子出力からは、STB−N信号が出力される。このSTB−N信号は、バッファ回路960の入力端子Iに入力される。バッファ回路960の電源端子は、5Vに接続され、図示しないグランド端子は、0Vに接続される。バッファ回路960の端子Cは、出力イネーブル制御端子であり、グランドと接続されている。
バッファ回路960の出力端子Oは、LEDヘッド920のストローブ端子STBに接続されている。バッファ回路960から出力される信号の波形が、HD−STB−Nとして図11(C)に示されている。
なお、LEDヘッド920は、LED素子を駆動する駆動回路を備え、駆動回路の電源電圧は、LED素子の順電圧よりも大きな値とする必要がある。このため、駆動回路の電源電圧は、ASIC LSIの3.3Vよりも大きな5Vが選ばれる。
図11(B)及び(C)は、図11(A)に示されている従来構成における信号波形を示す概略図である。
図11(B)に示されているように、ASIC LSIからの出力信号STB−Nは、そのHighレベルが略3.3V、そのLowレベルが略0Vである。
図11(C)に示されているように、バッファ回路960の出力信号HD−STB−Nは、そのHighレベルが略5V、そのLowレベルが略0Vである。
この結果、図11(A)に示されている構成においては、図10において説明したようなラッチアップトリガ電流が生じないため、破損懸念は解消している。しかしながら、図11(A)に示されているように、バッファ回路960を外付けする必要があるため、部品点数が増加して、製造コストがアップする。また、バッファ回路960が新たに搭載されるため、プリント基板上の占有面積が増加して、回路の小型化に大きな制約を生ずる。
図12は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の構成を示す回路図である。
プルアップ回路100は、PMOSトランジスタ101と、スイッチング部としてのPMOSトランジスタ102とを備える。
PMOSトランジスタ101のソース端子は、電源VDDに接続されている。電源VDDは、例えば、5Vである。PMOSトランジスタ101のゲート端子は、グランドに接続され、そのドレーン端子は、PMOSトランジスタ102のソース端子に接続されている。
PMOSトランジスタ102のゲート端子は、自身のドレーン端子に接続されるとともに、端子Xに接続されている。端子Xは、ドライバICのSTB端子に接続されている。
図13は、LEDヘッド14の構成を概略的に示す断面図である。
LEDヘッド14は、ベース部材90と、ベース部材90にて固定されたプリント配線板91と、柱状の光学素子を多数配列することで構成されているロッドレンズアレイ92と、ロッドレンズアレイ92を保持するホルダ93と、ベース部材90、プリント配線板91及びホルダ93を固定するクランプ部材94、95とを備える。
なお、符号96は、前述した駆動回路等が集積されたICチップを示す。
符号97は、ICチップ96と対向して配置されたLEDアレイを示す。図13では、ICチップ96と、LEDアレイ97とを接続するボンディングワイヤ等は省略されている。
(動作の説明)
図14(A)〜(L)は、電子写真プリンタの電源投入後に、LEDヘッド14に対して行われる補正データの転送処理と、その後に行われる印刷データの転送処理を示すタイムチャートである。
図14(A)のA部に示されているように、補正データの転送開始に先立ち、データ転送が補正データであることを示すため、LEDヘッド14に入力されるHD−LOAD信号はHighにされる。
図14(B)に示されているように、LEDヘッド14には、1ドット当たりbit3〜bit0の4ビットからなる補正データのうち、bit3のものを示すHD−DATA3〜0信号が、図14(C)に示されているクロックHD−CLKに同期させて入力される。これらの信号は、図3に示されているフリップフロップ回路(FFA1〜FFD48)で構成されるシフトレジスタにシフト入力させる。
シフト入力が完了すると、図14(D)のB部に示されているように、LEDヘッド14には、HD−STB−N信号が3パルス入力され、図6に示されている回路の動作が行われる。
図14(E)又は(F)に示されている符号Q1及び符号Q2は、それぞれ図6に示されているフリップフロップ回路60a及びフリップフロップ回路60bのQ出力信号を示す。また、図14(G)に示されている符号Q3は、フリップフロップ回路60dのQ出力信号を示し、符号Q4は、フリップフロップ回路60cのQ出力信号を示す。
図14(I)〜(L)の符号W3〜W0で示される各信号は、AND回路62a〜62dの各出力信号である。
図14(D)に示されているB部において、HD−STB−N信号の1パルス目が入力されると、図14(E)のF部で示されているようにQ1信号が発生し、HD−STB−N信号の2パルス目で、図14(F)のG部に示すようにQ2信号が発生する。
また、Q1信号が立ち上がると、図14(G)に示されているQ3信号は、状態反転し、例えば、O部のようにQ3信号は、Highレベルに遷移している。
また、図14(A)のA部にて示したように、HD−LOAD信号がLowレベルの場合には、図6に示されているフリップフロップ回路60a〜60dのリセット端子(R)はアクティブであり、各フリップフロップ回路60a〜60dのQ出力はLowレベルとなっている。
図14(I)〜(L)に示されているように、W3〜W0信号はQ2信号に引き続いて発生するが、図14(I)に示されているS部のように、W3信号が出力され、ついでW2信号、W1信号及びW0信号の各信号がそれぞれ順に発生する。
信号W3〜W0の各パルス信号が発生するごとに、図4に示されているメモリ回路30としてのMEMブロックにデータの書き込みが行われ、信号W3〜W0のパルス信号によりメモリ素子へのデータ書き込みが行われる。
上述した過程をへて、補正データのbit3〜bit0の全てのデータ書き込みが完了すると、図14(A)に示されているW部のように、HD−LOAD信号がLowとなり、印刷データの転送が可能な状態に遷移する。
HD−LOAD信号がLowレベルになると、図6に示されているフリップフロップ回路60a〜60dは、リセットされ、そのQ出力は再びLowレベルになる。
また、図14(B)に示されているX部で印刷データが転送され、図14(A)に示されているY部のHD−LOAD信号のパルスにより、シフトレジスタ(FFA1〜FFD1、・・・、FFA48〜FFD48)にシフト入力されたデータがラッチ素子(LTA1〜LTD1、・・・、LTA48〜LTD48)にラッチされる。
さらに、図14(D)に示されているZ部のように、HD−STB−N信号がLowに遷移して、LED素子の発光駆動が行われ、該信号のLowレベルとなっている期間にLEDは点灯状態となり、HD−STB−N信号がHighレベルに戻ると消灯される。
図15(A)及び(B)は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の動作を説明するための概略図である。
図15(A)に示されているように、PMOSトランジスタ101のソース端子は、電源VDDに接続されている。電源VDDは、典型例では、5Vの電位である。また、PMOSトランジスタ101のゲート端子は、グランドに接続されており、そのゲート・ソース間電圧Vgs1は5Vになる。この結果、PMOSトランジスタ101は、オン状態となり、図中E点の電位は、電源VDDの電位と略等しい5Vとなる。
また、PMOSトランジスタ102のゲート端子は、自身のドレーン端子と接続されている。PMOSトランジスタ102のゲート端子及びドレーン端子は、端子Xに接続されている。PMOSトランジスタ102のゲート・ソース間電圧Vgs2が閾値電圧Vt以上となるとPMOSトランジスタ102はオン状態となり、そのドレーン端子に電流を流し出すことができる。
図15(B)は、プルアップ回路100の特性を示すグラフである。
グラフの横軸は、端子Xの電位Vi[V]、縦軸は、端子Xから流出する電流Ii[A]を示し、その値が負値をとるのは電流の方向が流れ出しであることを示している。
グラフの特性線Aにおいて、点Bは端子Xの電位が5Vの場合であり、このときの端子Xの電流はゼロである。
点Cは、端子Xの電位が5Vから閾値電圧Vtの分だけ降下したポイントを示す。点Cにおける電流も略ゼロとなる。
端子Xの電位が更に降下するに従いIi電流(絶対値)が増加し、点Dに示すように電位0Vとなると図中に示す典型例のように25μAの電流値となる。
典型例では、閾値電圧Vtは略1.5Vであるため、点CにおけるVi電圧は、点Bでの電圧5Vから1.5Vを減じた3.5Vとなる。
即ち、PMOSトランジスタ102は、電源VDDと端子Xとの電位差が閾値電圧Vtよりも大きくなった場合に、オン状態となるスイッチング部として機能する。
この閾値電圧Vtは、例えば、点Cにおける電位が電源VDDの5Vよりも低く、印刷制御部2のASIC LSIの電源の電位である3.3V以上となるように、下記の(4)式を満たすことが望ましい。
0V<Vt≦1.7V (4)
図16は、実施の形態1におけるドライバICを用いたLEDヘッド14と印刷制御部2の動作を説明するための概略図である。
符号80は、印刷制御部2内に備えられたASIC LSIの信号出力部の要部を示す。
符号81は、PMOSトランジスタを示す。符号82は、NMOSトランジスタを示す。符号83は、PMOSトランジスタ81に付随して生じる寄生ダイオードを示す。符号84は、NMOSトランジスタ82に付随して生じる寄生ダイオードを示す。
PMOSトランジスタ81のソース端子は、電源VDD3に接続されている。電源VDD3の典型例では、その電位は3.3Vである。
PMOSトランジスタ81のドレーン端子は、NMOSトランジスタ82のドレーン端子と接続されている。NMOSトランジスタ82のソース端子は、グランドと接続されている。PMOSトランジスタ81及びNMOSトランジスタ82のゲート端子は、接続されており、図示しない制御回路により発生される内部信号が入力される。
なお、PMOSトランジスタ81及びNMOSトランジスタ82で、CMOSインバータ回路が構成されている。
寄生ダイオード83のカソード端子は、電源VDD3と接続され、そのアノード端子は、ドライバICのSTB端子に接続されている。
寄生ダイオード84のアノード端子は、グランドと接続され、そのカソード端子は、ドライバICのSTB端子に接続されている。
LEDヘッド14は、その内部にドライバIC(IC1〜IC26)を備えている。
符号100は、プルアップ回路であって、ドライバICのSTB端子にそれぞれ備えられている。
符号35は、インバータ回路であり、図示を省略したドライバICの内部回路に接続されている。
図15(B)を用いて説明したように、ドライバICのSTB端子の電位が5V(VDD電位)から略3.5V(VDD電位−Vt電位)の範囲では、STB端子を介してプルアップ回路100から流出する電流は無視できるほど小さい。
このとき、電源VDD3の電位は3.3Vに設定され、寄生ダイオード83の順電圧の典型例は略0.6Vである。このような状態で、ドライバICのSTB端子から流出して、寄生ダイオード83を通って電源VDD3に至る経路で電流を生じさせるためには、VDD3の電位3.3Vに、寄生ダイオード83の順電圧0.6Vを加えた3.9V以上の電位をHD−STB−N信号に印加する必要がある。
ところが、プルアップ回路100の開放電圧は、略3.5Vにとどまるため、寄生ダイオード83には順電流が生じない。
公知のように、CMOSインバータのラッチアップ破損は、その寄生ダイオード83、84に順方向に電流を流すことで発生する。図16に示されている構成においては、寄生ダイオード83には順電流を生じないので、PMOSトランジスタ81及びNMOSトランジスタ82からなるCMOSインバータ回路にはラッチアップは、生じない。
以上のように、実施の形態1に係るプルアップ回路100によれば、印刷制御部2の電源電圧が3.3Vとなる場合であっても、その内部に設けられたASIC LSIにラッチアップ破損を生じるおそれはなくなり、信頼性に優れた装置を実現することができる。
図17は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の第1の変形例を示す回路図である。
第1の変形例に係るプルアップ回路100#1は、PMOSトランジスタ101#1と、スイッチング部としてのPMOSトランジスタ102#1とを備える。第1の変形例に係るプルアップ回路100#1は、実施の形態1に係るプルアップ回路100のPMOSトランジスタ101及びPMOSトランジスタ102の位置が逆の構成になっている。
PMOSトランジスタ102#1のソース端子は、電源VDDに接続され、そのゲート端子は、自身のドレーン端子に接続されている。
PMOSトランジスタ101#1のゲート端子はグランドに接続され、そのソース端子はPMOSトランジスタ102#1のドレーン端子に接続されている。PMOSトランジスタ101#1のドレーン端子は端子Xと接続されている。
図18は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の第2の変形例を示す回路図である。
第2の変形例に係るプルアップ回路100#2は、スイッチング部としてのPMOSトランジスタ102#2を備える。第2の変形例に係るプルアップ回路100#2は、実施の形態1に係るプルアップ回路100からPMOSトランジスタ101を取り除いた構成を有する。
PMOSトランジスタ102#2のソース端子は電源VDDに接続され、そのゲート端子は自身のドレーン端子に接続されているとともに、端子Xと接続されている。
以上に記載した実施の形態1では、プルアップ抵抗として、PMOSトランジスタ101のオン抵抗が用いられているが、このような例に限定されず、例えば、不純物拡散又はポリシリコン材料からなる抵抗が用いられてもよい。
実施の形態2.
(構成の説明)
次に、実施の形態2について説明する。
図3に示されているように、実施の形態2は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の代わりに、プルアップ回路200を備えている。その他の構成については、実施の形態2は、実施の形態1と同様である。
図19は、実施の形態2におけるプルアップ回路200の構成を示す回路図である。
プルアップ回路200は、PMOSトランジスタ101と、スイッチング部としてのNMOSトランジスタ202とを備える。PMOSトランジスタ101については、実施の形態1におけるプルアップ回路100のPMOSトランジスタ101と同様である。
PMOSトランジスタ101のソース端子は、電源VDDに接続されている。電源VDDは、例えば、5Vである。PMOSトランジスタ101のゲート端子は、グランドに接続され、そのドレーン端子は、NMOSトランジスタ202のドレーン端子に接続されている。
NMOSトランジスタ202のゲート端子は、自身のドレーン端子に接続されるとともに、PMOSトランジスタ101のドレーン端子に接続されている。NMOSトランジスタ202のソース端子は、端子Xに接続され、ドライバICのSTB端子に接続されている。
(動作の説明)
図20(A)及び(B)は、実施の形態2におけるプルアップ回路200の動作を説明するための概略図である。
図20(A)に示されているように、PMOSトランジスタ101のソース端子は、電源VDDに接続されている。電源VDDは、典型例では、5Vの電位である。また、PMOSトランジスタ101のゲート端子は、グランドに接続されており、そのゲート・ソース間電圧Vgs1は5Vになる。この結果、PMOSトランジスタ101は、オン状態となり、図中E点の電位は、VDD電位と略等しい5Vとなる。
また、NMOSトランジスタ202のゲート端子は、自身のドレーン端子と接続されている。NMOSトランジスタ202のゲート・ソース間電圧Vgs2が閾値電圧Vt以上となると、NMOSトランジスタ202はオン状態となり、そのソース端子に電流を流し出すことができる。
図20(B)は、実施の形態2におけるプルアップ回路200の特性を示すグラフである。
グラフ横軸は、端子Xの電位Vi[V]、縦軸は、端子Xから流出する電流Ii[A]を示し、その値が負値をとるのは電流の方向が流れ出しであることを示している。
グラフの特性線Aにおいて、点Bは端子Xの電位が5Vの場合であり、このときの端子Xの電流はゼロである。
点Cは、端子Xの電位が5Vから閾値電圧Vtの分だけ降下したポイントを示す。点Cにおける電流も略ゼロとなる。
端子Xの電位が更に降下するに従いIi電流(絶対値)が増加し、点Dに示すように電位0Vとなると図中に示す典型例のように−25μAの電流値となる。
典型例では、閾値電圧Vtは略1.5Vであるため、点CにおけるVi電圧は、点Bでの電圧5Vから1.5Vを減じた3.5Vとなる。
この閾値電圧Vtについても、実施の形態1同様であることが望ましい。
以上のように、実施の形態2に係るプルアップ回路200によれば、印刷制御部2の電源電圧が3.3Vとなる場合であっても、その内部に設けられたASIC LSIにラッチアップ破損を生じる恐れはなくなり、信頼性に優れた装置を実現することができる。
図21は、実施の形態2におけるプルアップ回路200の第1の変形例を示す回路図である。
第1の変形例に係るプルアップ回路200#1は、PMOSトランジスタ101#1と、スイッチング部としてのNMOSトランジスタ202#1とを備える。第1の変形例に係るプルアップ回路200#1は、実施の形態2に係るプルアップ回路200のPMOSトランジスタ101及びNMOSトランジスタ202の位置が逆の構成となっている。
NMOSトランジスタ202#1のドレーン端子は、電源VDDに接続され、そのゲート端子は、自身のドレーン端子に接続される。NMOSトランジスタ202#1のソース端子は、PMOSトランジスタ101#1のソース端子に接続されている。
PMOSトランジスタ101#1のゲート端子は、グランドに接続されている。PMOSトランジスタ101#1のドレーン端子は、端子Xと接続されている。
図22は、実施の形態2におけるプルアップ回路200の第2の変形例を示す回路図である。
第2の変形例に係るプルアップ回路200#2は、スイッチング部としてのNMOSトランジスタ202#2を備える。第2の変形例に係るプルアップ回路200#2は、実施の形態2に係るプルアップ回路200からPMOSトランジスタ101を取り除いた構成を有する。
NMOSトランジスタ202#2のドレーン端子は、電源VDDに接続され、そのゲート端子は、自身のドレーン端子に接続されている。NMOSトランジスタ202#2のソース端子は、端子Xと接続されている。
実施の形態3.
(構成の説明)
次に、実施の形態3について説明する。
図3に示されているように、実施の形態3は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の代わりに、プルアップ回路300を備えている。その他の構成については、実施の形態3は、実施の形態1と同様である。
図23は、実施の形態3におけるプルアップ回路300の構成を示す回路図である。
プルアップ回路300は、PMOSトランジスタ301と、インバータ回路302と、インバータ回路303とを備える。本実施の形態においては、PMOSトランジスタ301、インバータ回路302及びインバータ回路303でスイッチング部が構成される。
PMOSトランジスタ301のソース端子は、電源VDDに接続されており、そのドレーン端子は、端子Xに接続されている。電源VDDの電位は、典型例では5Vである。
インバータ回路302の入力端子は、端子Xに接続されており、その出力端子は、インバータ回路303の入力端子に接続されている。
インバータ回路303の出力端子は、PMOSトランジスタ301のゲート端子に接続されている。
また、端子Xは、図3に示されているようにドライバICのSTB端子に接続されている。
(動作の説明)
図24(A)〜(C)は、実施の形態3におけるプルアップ回路300の動作を説明するための概略図である。
図24(A)は、端子XのレベルがHighレベルの場合の動作を説明する概略図である。図中には、各ノードの電位レベルが、Highレベルを(H)、Lowレベルを(L)として記載されている。
図24(A)に示されているように、端子XのレベルがHighのときPMOSトランジスタ301はオフとなって、端子Xから外部に流出する電流は発生しない。
図24(B)は、端子XのレベルがLowレベルの場合の動作を説明する概略図である。図中には、各ノードの電位レベルが、Highレベルを(H)、Lowレベルを(L)として記載されている。
図24(B)に示されているように、端子XのレベルがLowのときPMOSトランジスタ301はオンとなり、端子Xの電位をHigh側に向かって上昇させ、これによってその端子レベルをHighとすることができる。
図24(C)は、プルアップ回路300の特性を示すグラフである。
グラフ横軸は、端子Xの電位Vi[V]、縦軸は、端子Xから流出する電流Ii[A]を示し、その値が負値をとるのは電流の方向が流れ出しであることを示している。
グラフの特性線Aにおいて、点Bは端子Xの電位が5Vの場合であり、
このときの端子Xの電流はゼロである。
点Cは、端子Xの電位が典型例として3Vのポイントを示す。点Cにおける電流も略ゼロとなり、点Cの電位がプルアップ回路100の端子開放電圧となる。
端子Xの電位が更に降下するに従い、Ii電流(絶対値)が増加し、点Dに示すように電位0Vとなると図中に示す典型例のように−25μAの電流値となる。
典型例では、点CにおけるVi電圧は、インバータ回路302の入力閾値電圧に対応しており、典型例では3Vとなる。この入力閾値値電圧は、インバータ回路302を構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのサイズ比により調整することができる。ここでは、入力閾値電圧は、2V〜3Vの範囲で設定するのが好適である。
図25は、実施の形態3におけるドライバICを用いて構成されるLEDヘッド14及び印刷制御部2の動作を説明する概略図である。
印刷制御部2については、実施の形態1と同様に構成されている(図16)。
LEDヘッド14は、その内部にはドライバIC(IC1〜IC26)を備えている。
符号300は、プルアップ回路であって、ドライバICのSTB端子にそれぞれ備えられている。
符号35は、インバータ回路であり、図示を省略したドライバICの内部回路に接続されている。
図24を用いて説明したように、ドライバICのSTB端子電位がVDD電位(5V)からVcontrol電位(略3V)の範囲ではSTB端子を介してプルアップ回路100により流出する電流は無視できるほど小さい。このとき、電源VDD3の電位は、3.3Vと設定され、寄生ダイオード83の順電圧の典型例は略0.6Vである。従って、ドライバICのSTB端子から流出して、寄生ダイオード83を通って電源VDD3に至る経路で電流を生じさせるためには、電源VDD3の電位3.3Vに寄生ダイオード83の順電圧0.6Vを加えた3.9V以上の電位をHD−STB−N信号に印加する必要がある。
しかしながら、プルアップ回路300の開放電圧は略3Vにとどまるため、寄生ダイオード83には順電流は生じない。
公知のように、CMOSインバータのラッチアップ破損は、その寄生ダイオード83、84に順方向に電流を流すことで発生する。図25に示されている構成においては寄生ダイオード83には順電流が生じないので、PMOSトランジスタ81及びNMOSトランジスタ82からなるCMOSインバータ回路にはラッチアップを生じることはない。
実施の形態4.
(構成の説明)
次に、実施の形態4について説明する。
図3に示されているように、実施の形態4は、実施の形態1におけるプルアップ回路100の代わりに、プルアップ回路400を備えている。その他の構成については、実施の形態4は、実施の形態1と同様である。
図26は、実施の形態4におけるプルアップ回路400の構成を示す回路図である。
プルアップ回路400は、NMOSトランジスタ401と、インバータ回路402とを備える。本実施の形態においては、NMOSトランジスタ401及びインバータ回路402でスイッチング部が構成される。
NMOSトランジスタ401のドレーン端子は、電源VDDに接続されており、そのソース端子は、端子Xに接続されている。電源VDDの電位は、典型例では5Vである。
インバータ回路402の入力端子は、端子Xに接続されており、その出力端子は、NMOSトランジスタ401のゲート端子に接続されている。
また、端子Xは、図3に示されているようにドライバICのSTB端子に接続されている。
(動作の説明)
図27(A)〜(C)は、実施の形態4におけるプルアップ回路400の動作を説明する概略図である。
図27(A)は、端子XのレベルがHighレベルの場合を説明する概略図である。図中には各ノードの電位レベルが、Highレベルを(H)、Lowレベルを(L)として記載されている。
図27(A)に示されているように、端子XのレベルがHighのときNMOSトランジスタ401はオフとなって、端子Xから外部に流出する電流は発生しない。
図27(B)は、端子XのレベルがLowレベルの場合を説明する概略図である。図中には各ノードの電位レベルが、Highレベルを(H)、Lowレベルを(L)として記載されている。
図27(B)に示されているように、端子XのレベルがLowのときNMOSトランジスタ401はオンとなって、端子Xの電位をHigh側に向かって上昇させ、これによってその端子レベルをHighとすることができる。
図27(C)は、プルアップ回路400の特性を示すグラフである。
グラフの横軸は、端子Xの電位Vi[V]、縦軸は、端子Xから流出する電流Ii[A]を示し、その値が負値をとるのは電流の方向が流れ出しであることを示している。
グラフの特性線Aにおいて、点Bは、端子Xの電位が5Vの場合であり、このときの端子Xの電流はゼロである。
点Cは、端子Xの電位が典型例として3Vのポイントを示す。点Cにおける電流も略ゼロとなり、点Cの電位がプルアップ回路100の端子開放電圧となる。
端子Xの電位が更に降下するに従いIi電流(絶対値)が増加し、点Dに示すように電位0Vとなると図中に示す典型例のように−25μAの電流値となる。
典型例では、点CにおけるVi電圧は、インバータ回路402の入力閾値電圧に対応しており、典型例では3Vとなる。
入力閾値電圧は、インバータ回路402を構成するPMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタのサイズ比により調整することができ、典型例では2V〜3Vの範囲で設定するのが好適である。
以上のように、実施の形態4によれば、印刷制御部2の電源電圧が3.3Vとなる場合であっても、その内部に設けられたASIC LSIにラッチアップ破損を生じるおそれがなくなり、信頼性に優れた装置を実現することができる。
実施の形態1〜4において説明した発光素子アレイは、電子写真プリンタの露光工程で光源として利用することができる。以下、その一例としてタンデムカラープリンタを取り上げ、図28を用いて説明する。
図28は、実施の形態1〜4に係る半導体複合装置を搭載したLEDヘッド14を用いた画像形成装置600を説明する概略断面図である。
画像形成装置600は、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つのプロセスユニット601〜604を有し、これらが記録媒体605の搬送経路の上流側から順に配置されている。これらプロセスユニット601〜604の内部構成は共通であるため、例えば、マゼンタのプロセスユニット603を例にして、内部構成を説明する。
プロセスユニット603には、像担持体としての感光体ドラム603aが矢印方向に回転可能に配置されている。
この感光体ドラム603aの周囲には、その回転方向上流側から順に、感光体ドラム603aの表面に電荷を供給して帯電させる帯電装置603bと、帯電された感光体ドラム603aの表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置603cとが配設されている。露光装置603cとしては、前述のLEDヘッド14が用いられる。
さらに、静電潜像が形成された感光体ドラム603aの表面に、マゼンタ(所定色)のトナーを付着させて顕像を発生させる現像装置603dと、感光体ドラム603a上のトナーの顕像を転写した際に残留したトナーを除去するクリーニング装置603eとが、配設される。なお、これら各装置に用いられているドラム又はローラは、図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転する。
画像形成装置600は、その下部に、紙などの記録媒体605を堆積した状態で収納する用紙カセット606を備え、その上方には記録媒体605を1枚ずつ分離させて搬送するためのホッピングローラ607が配設されている。更に、記録媒体605の搬送方向における、ホッピングローラ607の下流側には、ピンチローラ608、609と共に記録媒体605を挟持することによって、記録媒体を搬送する搬送ローラ610、及び、記録媒体605の斜行を修正し、プロセスユニット601に搬送するレジストローラ611とが配設されている。これらのホッピングローラ607、搬送ローラ610及びレジストローラ611は、図示されない駆動源からギア等を経由して動力が伝達され回転する。
プロセスユニット601〜604の各感光体ドラムに対向する位置には、それぞれ半導電性のゴム等によって形成された転写ローラ612〜615が配設されている。これら転写ローラ612〜615には、感光ドラム上に付着されたトナーによる顕像を記録媒体605に転写する転写時に、感光体ドラムの表面電位とこれら各転写ローラ612〜615の表面電位に電位差を持たせるための電位が印加されている。
定着装置616は、加熱ローラとバックアップローラとを有し、記録媒体605上に転写されたトナーを加圧及び加熱することによって定着する。この下流の排出ローラ617、618は、定着装置616から排出された記録媒体605を、排出部のピンチローラ619、620と共に挟持し、記録媒体スタッカ部621に搬送する。これら定着装置616、排出ローラ617等は図示しない駆動源からギアなどを経由して動力が伝達され回転される。
つぎに上記構成の画像形成装置600の動作を説明する。
まず、用紙カセット606に堆積した状態で収納されている記録媒体605がホッピングローラ607によって、上から1枚ずつ分離されて搬送される。続いて、この記録媒体605は、搬送ローラ610、レジストローラ611及びピンチローラ608、609に挟持されて、プロセスユニット601の感光体ドラムと転写ローラ612〜615との間に搬送される。その後、記録媒体605は、感光体ドラム及び転写ローラ612〜615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の回転によって搬送される。
同様にして、記録媒体605は、順次プロセスユニット602〜604を通過し、その通過過程で、各露光装置により形成された静電潜像を、現像装置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、重ね合わせられる。
そして、その記録面上に各色のトナー像が重ね合わせられた後、定着装置616によってトナー像が定着された記録媒体605は、排出ローラ617、618及びピンチローラ619、620に挟持されて、画像形成装置600の外部の記録媒体スタッカ部621に排出される。以上の過程を経て、カラー画像が記録媒体605上に形成される。
以上のように、実施の形態1〜4によれば、LEDヘッド14を採用するためスペース効率及び光取り出し効率に優れた高品質の画像形成装置600(プリンタ、コピー機など)を提供することができる。なお、実施の形態1〜4のLEDヘッド14を用いることにより、上記説明したフルカラーの画像形成装置600に限らず、モノクロ、マルチカラーの画像形成装置においても効果が得られるが、特に露光装置を数多く必要とするフルカラーの画像形成装置において一層大きな効果が得られる。
以上の実施の形態1〜4では、LEDを光源として用いる発光素子に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず他の被駆動素子、例えば、有機EL素子又は発熱抵抗体への電圧印加制御を行う場合にも適用可能である。例えば、有機EL素子のアレイで構成される有機ELヘッドを供えたプリンタ又は発熱抵抗体の列で構成されるサーマルプリンタにおいても本発明を適用することができる。
さらに表示素子、例えば、列状又はマトリクス状に配列された表示素子の駆動にも、本発明を適用することができる。本発明は、また、2端子構造を備えたLED等の被駆動素子に限らず、3端子構造を備えた発光サイリスタのほか、第1と第2の2つのゲート端子を備えた4端子サイリスタSCS(Silicon Semiconductor Controlled Switch)を駆動する場合にも適用可能である。
またさらに、本発明の趣旨及び技術思想を考察して明らかなように、本発明は同一構成要素の連続的配置からなる被駆動素子列の駆動回路に限定されるものではなく、複数もしくは単数の駆動端子出力を備えた任意形状のICチップに広く応用することが可能なことは勿論である。
1 プリンタ制御回路、 2 印刷制御部、 IC1〜IC26 ドライバIC、 30 メモリ回路、 31 駆動回路、 33 制御回路、 34 制御電圧発生回路、 100,200,300,400 プルアップ回路、 101,102,301 PMOSトランジスタ、 202,401 NMOSトランジスタ、 302,303,402 インバータ回路、 600 画像形成装置。

Claims (5)

  1. 制御部からの制御信号に応じて、発光部を駆動する発光駆動回路であって、
    前記制御部で使用されている電圧よりも高い電圧を発生する電源と、
    前記電源と、前記発光駆動回路の入力端子との間に設けられたプルアップ回路と、を備え、
    前記プルアップ回路は、
    ソース端子が前記電源に接続され、ゲート端子がグランドに接続された第1のPMOSトランジスタと、
    前記入力端子の電圧が、前記電源の電圧よりも低い予め定められた電圧よりも小さくなった場合にオン状態となるスイッチング部と、を備え
    前記スイッチング部は、ソース端子が前記第1のPMOSトランジスタのドレーン端子に接続され、ゲート端子が自身のドレーン端子に接続され、ドレーン端子が前記入力端子に接続された第2のPMOSトランジスタであること、
    を特徴とする発光駆動回路。
  2. 制御部からの制御信号に応じて、発光部を駆動する発光駆動回路であって、
    前記制御部で使用されている電圧よりも高い電圧を発生する電源と、
    前記電源と、前記発光駆動回路の入力端子との間に設けられたプルアップ回路と、を備え、
    前記プルアップ回路は、
    前記入力端子の電圧が、前記電源の電圧よりも低い予め定められた電圧よりも小さくなった場合にオン状態となり、ソース端子が前記電源に接続され、ゲート端子が自身のドレーン端子に接続された第1のPMOSトランジスタであるスイッチング部と、
    ソース端子が前記第1のPMOSトランジスタのドレーン端子に接続され、ゲート端子がグランドに接続され、ドレーン端子が前記入力端子に接続されている第2のPMOSトランジスタと、を備えること
    を特徴とする発光駆動回路。
  3. 制御部からの制御信号に応じて、発光部を駆動する発光駆動回路であって、
    前記制御部で使用されている電圧よりも高い電圧を発生する電源と、
    前記電源と、前記発光駆動回路の入力端子との間に設けられたプルアップ回路と、を備え、
    前記プルアップ回路は、
    前記入力端子の電圧が、前記電源の電圧よりも低い予め定められた電圧よりも小さくなった場合にオン状態となり、ドレーン端子が前記電源に接続され、ゲート端子が自身のドレーン端子に接続されているNMOSトランジスタであるスイッチング部と、
    ソース端子が前記NMOSトランジスタのソース端子に接続され、ゲート端子がグランドに接続され、ドレーン端子が前記入力端子に接続されているPMOSトランジスタと、を備えること
    を特徴とする発光駆動回路。
  4. 前記予め定められた電圧は、前記制御部の電圧以上で、前記電源の電圧よりも小さい値となっていること
    を特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の発光駆動回路。
  5. 請求項1からの何れか一項に記載された発光駆動回路を有する画像形成装置。
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