JP7154079B2 - 記録装置および発光素子駆動用基板 - Google Patents

Description

本発明は、記録装置および発光素子駆動用基板に関する。

電子写真方式の記録装置（レーザプリンタなど）は、感光ドラムにレーザ光を照射するための発光素子を備える。記録装置の中には、レーザ光が適切な光量（目標値）に維持されるように、発光素子の駆動を制御する自動光量制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を有する記録装置がある。特許文献１には、発光素子と、発光素子の発光量に応じたモニタ電流を出力する受光素子と、モニタ電流と参照電流とを比較する判定部と、判定部による比較結果に基づいて発光素子を駆動する駆動部と、を含むＡＰＣ機能を有する記録装置が示されている。

特開２０１７－６３１１０号公報

特許文献１の構成において、判定部に用いられる比較器の反転入力端子にはモニタ電流および参照電流、非反転入力端子には参照電圧がそれぞれ入力され、ＡＰＣを行う際、反転入力端子の電圧は、参照電圧と等しくなるように比較器は動作する。したがって、ＡＰＣ動作時に、受光素子に印加される逆バイアス電圧は、それぞれ定電圧である電源電圧と参照電圧との差分によって決まる。受光素子に印加される逆バイアス電圧は、受光素子の応答速度や暗電流量などの特性に影響を与えるため、逆バイアス電圧を制御することによって、ＡＰＣの制御性が向上しうる。

本発明は、ＡＰＣの制御性を向上するのに有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、記録装置に係り、前記記録装置は、発光素子と、第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間に与えられる逆バイアス電圧によって駆動され、前記発光素子の発光量を検出する受光素子と、参照電流を前記第２端子が接続されたノードに供給する参照電流生成部と、前記第２端子に接続された第１入力端子と、第２入力端子と、を有し、前記発光量に応じて前記受光素子が前記第２端子に流すモニタ電流と、前記参照電流と、を比較する比較部と、前記第１入力端子と前記第２入力端子とを接続するためのスイッチ素子と、前記比較部の出力に基づいて前記発光素子を駆動する駆動部と、前記第２端子の電圧を制御するための参照電圧制御部と、を含み、前記参照電圧制御部は、少なくとも２つの電圧値から選択される参照電圧を前記第２入力端子に供給することによって、前記第２端子の電圧を前記参照電圧に応じた電圧に制御し、前記スイッチ素子は、前記モニタ電流と前記参照電流とを比較する前に、前記第１入力端子と前記第２入力端子とを接続し、前記モニタ電流と前記参照電流とを比較する期間中、前記第１入力端子と前記第２入力端子との接続を解除する。

本発明によれば、ＡＰＣの制御性を向上するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の実施形態に係る記録装置の構成例を示す図。 図１の記録装置の動作例を示すタイミング図。 図１の記録装置の変形例を示す図。 図１の記録装置の変形例を示す図。

以下、本発明に係る記録装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

第１の実施形態
図１、２（ａ）、２（ｂ）を参照して、本発明の実施形態による記録装置および記録装置に含まれる発光素子駆動用基板の構造および動作について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における記録装置１００の構成例を示す回路図である。記録装置１００は、発光素子１１０、受光素子１２０、発光素子駆動用基板３００（以下、基板３００と称する場合がある）および感光ドラム４００を含む。基板３００は、比較部１３０、駆動部１４０、電流生成部１５０、参照電流生成部１６０、制御部１７０、参照電圧制御部１８０およびスイッチ素子ＳＷ１を含む。また、基板３００は、発光素子１１０を駆動するための駆動信号を出力するための端子Ｔ１（電極パッド）と、発光素子１１０の発光量を検出する受光素子１２０から出力される電流を入力するための端子Ｔ２（電極パッド）とを備える。

発光素子１１０は、アノードが電源電圧ＶＣＣに接続され、カソードが端子Ｔ１に接続されている。発光素子１１０は、例えば、レーザーダイオードなどであってもよい。発光素子１１０は、駆動部１４０から端子Ｔ１を介して供給される駆動信号によって駆動されることにより発光し、その発光（例えば、レーザー光）が感光ドラム４００に照射される。

受光素子１２０は、カソード端子（第１端子）が電源電圧ＶＣＣに接続され、アノード端子（第２端子）が端子Ｔ２に接続されている。受光素子１２０は、例えば、フォトダイオードなどの光電変換素子であってもよい。受光素子１２０は、カソード端子とアノード端子との間に与えられる逆バイアス電圧によって駆動され、発光素子１１０からの光を受光することによって、発光素子１１０の発光量を検出する。受光素子１２０は、アノード端子を介して発光素子１１０の発光量に応じたモニタ電流Ｉｍを端子Ｔ２に出力する。

次いで、基板３００に含まれる各構成要素について説明する。制御部１７０は、例えば、記録動作を制御するためのＣＰＵやプロセッサなどであってもよい。制御部１７０は、電流生成部１５０、参照電圧制御部１８０、比較部１３０およびスイッチ素子ＳＷ１を、制御信号ｓｉｇ１、ｓｉｇ２およびｓｉｇ３を用いてそれぞれ制御する。

電流生成部１５０は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ１にしたがって、発光素子１１０の発光量の目標値に応じた定電流である基準電流Ｉ１を生成する。電流生成部１５０は、基準電流Ｉ１を参照電流生成部１６０に供給する。

参照電流生成部１６０は、電流生成部１５０と、端子Ｔ２に接続する電流経路ＣＰと、に接続している。参照電流生成部１６０は、電流生成部１５０から基準電流Ｉ１を受け、予め決められた比率を基準電流Ｉ１の値に乗じて得られた値の参照電流Ｉ２を電流経路ＣＰに供給する。換言すると、参照電流生成部１６０は、参照電流Ｉ２を受光素子１２０のアノード端子が接続されたノードに供給する。参照電流Ｉ２は、発光素子１１０の発光量の目標値に対応し、「ターゲット電流」と称されてもよい。換言すると、参照電流生成部１６０は、発光素子１１０の発光量を目標値に制御するための参照電流Ｉ２を電流経路ＣＰに供給する。また、上述の電流生成部１５０は、参照電流生成部１６０に参照電流Ｉ２に応じた基準電流Ｉ１を供給する。参照電流生成部１６０は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタによって構成さてもよい。本実施形態において、参照電流生成部１６０は、ＮＭＯＳトランジスタのトランジスタＭ１、Ｍ２により構成されるカレントミラー回路を有する。

ここで、電流生成部１５０からの基準電流Ｉ１が流れ、参照電流生成部１６０のカレントミラー回路の入力端子に対応するノードをノードｎ１とする。また、参照電流生成部１６０のカレントミラー回路の接地ノードをノードｎ２とする。さらに、参照電流Ｉ２が流れ、参照電流生成部１６０のカレントミラー回路の出力端子に対応するノードをノードｎ３とする。つまり、ノードｎ３は、電流経路ＣＰに接続され、受光素子１２０のアノード端子と接続される。

参照電流生成部１６０のカレントミラー回路を構成するトランジスタＭ１は、ドレインおよびゲートがノードｎ１に接続され、ソースがノードｎ２に接続されるように配される。また、参照電流生成部１６０のカレントミラー回路を構成するトランジスタＭ２は、ゲートがノードｎ１に接続され、ソースがノードｎ２に接続され、ドレインがノードｎ３に接続されるように配される。トランジスタＭ２は、トランジスタＭ１に流れる基準電流Ｉ１の値に、トランジスタＭ１とトランジスタＭ２とのサイズ比を乗じた値の参照電流Ｉ２を電流経路ＣＰに供給する。トランジスタＭ１１とトランジスタＭ１２とのサイズ比は、参照電流生成部１６０の電流変換率に対応し、カレントミラー回路のミラー比とも表現されうる。

本実施形態において、参照電流生成部１６０は、ゲインが１倍の単純なカレントミラー回路によって基準電流Ｉ１と参照電流Ｉ２との間で電流－電流変換する構成を例示した。しかしこれに限られることはない。例えば、参照電流生成部１６０が、互いに異なるミラー比を有する複数のカレントミラー回路を備えることによって、複数の電流変換率（ゲイン）で基準電流Ｉ１を変換可能な回路構成を有していてもよい。この場合、参照電流生成部１６０は、例えば、制御部１７０から出力される制御信号に応じて複数のゲインから何れかのゲインの設定を選択し、発光素子１１０の発光量の目標値に応じた参照電流Ｉ２を出力する。また、参照電流生成部１６０は、出力する参照電流Ｉ２の精度を向上させるために、例えば、カスコードカレントミラー回路の構成を用いてもよい。

参照電圧制御部１８０は、詳細は後述するが、端子Ｔ２を介して受光素子１２０のアノード端子の電圧を制御する。参照電圧制御部１８０は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、スイッチ素子ＳＷ２、ＳＷ３、差動入力アンプ１９０、インバータＩＮＶ１を含む。

抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、電源電圧ＶＣＣと接地電圧ＶＳＳとの間に直列に接続されている。スイッチ素子ＳＷ２は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点であるノードｎ４とに接続され、もう一方は差動入力アンプ１９０の非反転入力端子に接続されている。スイッチ素子ＳＷ３は、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点であるノードｎ５に接続され、もう一方は差動入力アンプ１９０の非反転入力端子に接続されている。差動入力アンプ１９０は、反転入力端子と出力端子であるノードｎ６とが接続されたボルテージフォロワ回路の構成となっており、差動入力アンプ１９０の非反転入力端子に入力される電圧を参照電圧ＶＲとしてノードｎ６に出力する。スイッチ素子ＳＷ３およびインバータＩＮＶ１には、制御信号ｓｉｇ２が入力され、インバータＩＮＶ１により論理反転された信号がスイッチ素子ＳＷ２に入力される。

参照電圧制御部１８０は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ２がＬ（ローレベル）であるとき、スイッチ素子ＳＷ２がオンし、スイッチ素子ＳＷ３がオフする。これによって、ノードｎ４の電圧を差動入力アンプ１９０でバッファした電圧を参照電圧ＶＲとして出力する。以下、この場合の参照電圧ＶＲを参照電圧ＶＲＨと称する場合がある。また、参照電圧制御部１８０は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ２がＨ（ハイレベル）であるとき、スイッチ素子ＳＷ２がオフし、スイッチ素子ＳＷ３がオンする。これによって、ノードｎ５の電圧を差動入力アンプ１９０でバッファした電圧を参照電圧ＶＲとして出力する。以下、この場合の参照電圧ＶＲを参照電圧ＶＲＬと称する場合がある。

このように、参照電圧制御部１８０は、少なくとも２つの電圧値が異なる電圧を生成する電圧生成部と、電圧生成部の出力を受けるボルテージフォロア回路とを含む。参照電圧制御部１８０は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ２に応答し、スイッチ素子ＳＷ２およびスイッチ素子ＳＷ３の一方を選択的にオンさせて、参照電圧ＶＲＨおよびＶＲＬの何れか一方を出力する。この参照電圧ＶＲＨおよびＶＲＬの何れか一方が、後述する比較部１３０の非反転入力端子（第２入力端子）に供給される。換言すると、参照電圧制御部１８０は、少なくとも２つ（２種類）の電圧値から選択される参照電圧ＶＲを比較部１３０の非反転入力端子に供給する。

本実施形態において、参照電圧制御部１８０の電圧生成部として、電源電圧ＶＣＣが３つの抵抗Ｒ１～Ｒ３によって分圧され、２つの電圧値が互いに異なる電圧を生成する分圧回路を含む例を示した。しかしながら、参照電圧制御部１８０の構成は、これに限るものではなく、複数の電圧値が異なる電圧を供給あるいは内部生成し、制御部１７０が出力する制御信号ｓｉｇ２に応じて何れかの電圧を出力する構成であればよい。

比較部１３０は、発光素子１１０の発光量に応じて受光素子１２０がアノード端子に流すモニタ電流Ｉｍと、参照電流Ｉ２と、を比較する。比較部１３０は、電流経路ＣＰに接続された反転入力端子ＩＮＮ（第１入力端子）と、参照電圧ＶＲが供給される非反転入力端子ＩＮＰと、を含む。より具体的には、反転入力端子ＩＮＮに、端子Ｔ２および電流経路ＣＰを介して受光素子１２０のアノード端子および電流経路ＣＰを介して参照電流生成部１６０のカレントミラー回路の出力端子に対応するノードｎ３が接続される。これによって、比較部１３０の反転入力端子ＩＮＮには、受光素子１２０から流れるモニタ電流Ｉｍと参照電流生成部１６０から流れる参照電流Ｉ２とが、それぞれ入力される。また、非反転入力端子ＩＮＰには、参照電圧制御部１８０のボルテージフォロア回路の出力端子に対応するノードｎ６が接続され、参照電圧制御部１８０から参照電圧ＶＲが供給される。

モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２との電流量の差が、比較部１３０の反転入力端子ＩＮＮで電流－電圧変換される。モニタ電流Ｉｍが参照電流Ｉ２よりも大きい場合、反転入力端子ＩＮＮの電位（電圧）は、上昇する。このことは、モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２（＜Ｉｍ）との差分（Ｉｍ－Ｉ２）によって、反転入力端子ＩＮＮの入力容量が充電されると考えればよい。他の観点では、受光素子１２０で生じる単位時間あたりの電荷量が参照電流Ｉ２よりも大きいことによって受光素子１２０では電荷が増加し、増加した電荷が反転入力端子ＩＮＮの電位を上げる、と考えてもよい。

また、モニタ電流Ｉｍが参照電流Ｉ２より小さい場合、反転入力端子ＩＮＮの電位（電圧）は、接地電圧方向に降下する。このことは、モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２（＞Ｉｍ）との差分（Ｉ２－Ｉｍ）によって、反転入力端子ＩＮＮの入力容量からの放電が生じると考えればよい。他の観点では、受光素子１２０で生じる単位時間あたりの電荷量が参照電流Ｉ２よりも小さいことによって受光素子１２０では電荷が減少し、減少した電荷が反転入力端子ＩＮＮの電位を下げる、と考えてもよい。

本実施形態において、比較部１３０は、上述のような構成によってモニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２との比較を行う。比較部１３０におけるモニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２との比較に応じた出力に基づいて、駆動部１４０は発光素子１１０を駆動し、発光素子１１０の発光量を目標値にするためのフィードバック制御がなされる。このため、モニタ電流Ｉｍの電流値と参照電流Ｉ２の電流値とが互いに等しくなったとき、反転入力端子ＩＮＮの電位は、参照電圧ＶＲと同電位になりうる。このような状態になったときに、発光素子１１０の発光量が目標値になったと判断するように基板３００の各構成が動作してもよい。ここで、フィードバック制御においては、必ずしも反転入力端子ＩＮＮの電位と参照電圧ＶＲとを同電位にする必要はなく、モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２との比較結果に応じて発光素子１１０の発光量を変化させればよい。

また、本実施形態において、記録装置１００の基板３００は、図１に示されるように、比較部１３０の反転入力端子ＩＮＮと非反転入力端子ＩＮＰとを接続するためのスイッチ素子ＳＷ１を含む。スイッチ素子ＳＷ１には、制御部１７０が出力する制御信号ｓｉｇ３がインバータＩＮＶ２によって論理反転された反転信号が入力される。詳細は後述するが、制御信号ｓｉｇ３は、ＡＰＣの動作を制御するための信号であり、インバータＩＮＶ２、比較部１３０および駆動部１４０に供給される。

駆動部１４０は、比較部１３０の出力に基づいて、端子Ｔ１を介して発光素子１１０を駆動するための駆動信号を生成する。具体的には、駆動部１４０は、例えば、情報保持部（例えばサンプリング回路）およびドライバ部を含む。駆動部１４０は、ＡＰＣが完了したときの比較部１３０からの出力を、発光素子１１０の発光量を目標値にするための情報として情報保持部に保持する。ドライバ部は、その後の記録において、情報保持部に保持された情報に応じた駆動信号を用いて発光素子１１０を駆動し、発光素子１１０は、駆動信号に応じた発光量で感光ドラム４００に光を照射する。

このように、発光素子１１０、受光素子１２０、比較部１３０、駆動部１４０、電流生成部１５０、参照電流生成部１６０、参照電圧制御部１８０およびスイッチ素子ＳＷ１は、発光素子１１０の発光量を目標値に近付けるためのフィードバック系を構成している。このフィードバック系を用いたフィードバック制御によって、自動光量制御（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が実現される。本実施形態において、アノード駆動型の発光素子１１０を用いる構成例を示したが、カソード駆動型の発光素子を用いる構成にしてもよい。

次いて、図２（ａ）、２（ｂ）を用いて、本実施形態におけるＡＰＣの動作について説明する。図２（ａ）、２（ｂ）は、発光素子１１０を所望の光量とするために、すでに１回以上のＡＰＣ動作を終えている状態から、さらにＡＰＣ動作をさせた場合のＡＰＣ動作のタイミング図を示している。例えば、レーザプリンタが印字を行う際、行間毎にＡＰＣ動作が行われるような場合があり、この場合、一定の時間内に正確にＡＰＣ動作を行う必要がある。

図２（ａ）、２（ｂ）において、縦軸は、制御信号ｓｉｇ２、ｓｉｇ３および端子Ｔ２のそれぞれ電圧値を示し、横軸は、時間を示している。また、図２（ａ）は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ２がＬ（ローレベル）であり、これに応じて、参照電圧制御部１８０が参照電圧ＶＲＨを出力するときのＡＰＣ動作を示している。また、図２（ｂ）は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ２がＨ（ハイレベル）であり、これに応じて、参照電圧制御部１８０が参照電圧ＶＲＬを出力するときのＡＰＣ動作を示している。

図２（ａ）において、まず、モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２とを比較する前の制御信号ｓｉｇ３がＬであるとき、比較部１３０および駆動部１４０は、ノンアクティブとなりＡＰＣ動作は行われず、発光素子１１０は駆動されない。また、このとき、制御信号ｓｉｇ３の反転信号が入力されるスイッチ素子ＳＷ１はオン動作し、比較部１３０の反転入力端子ＩＮＮと非反転入力端子ＩＮＰとは電気的に接続される。したがって、端子Ｔ２は、スイッチ素子ＳＷ１を介して参照電圧制御部１８０の出力端子であるノードｎ６と電気的に接続される。つまり、端子Ｔ２と接続される受光素子１２０のアノード端子の電圧は、参照電圧ＶＲＨとなる（ここでは、電流経路ＣＰなどでの微小な電圧降下は無視する）。したがって、受光素子１２０には、カソード端子とアノード端子との間に与えられる電源電圧ＶＣＣから参照電圧ＶＲＨを差し引いた値の電圧（ＶＣＣ－ＶＲＨ）が、逆バイアス電圧ＶＰＤＲＨとして印可されることになる。

次に、制御信号ｓｉｇ３がＨとなりＡＰＣ動作を行うモニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２とを比較するＡＰＣ動作を行う期間Ｐ１１になると、比較部１３０および駆動部１４０はアクティブとなる。駆動部１４０は、比較部１３０の出力に応じて発光素子１１０を駆動する。また、ＡＰＣ動作を行う期間Ｐ１１の期間中、制御信号ｓｉｇ３の反転信号が入力されるスイッチ素子ＳＷ１はオフ動作し、比較部１３０の反転入力端子ＩＮＮと非反転入力端子ＩＮＰとの電気的な接続は解除される。

発光素子１１０は、駆動部１４０によって駆動され、受光素子１２０は、発光素子１１０の発光量に応じたモニタ電流Ｉｍを出力し、比較部１３０は、モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２との比較を行った結果を駆動部１４０に出力する。これによって、フィードバックループが形成され、ＡＰＣ動作が行われる。

このとき、受光素子１２０のアノード端子が接続される端子Ｔ２の端子電圧ＶＴ２について注目する。期間Ｐ１１の開始直後、受光素子１２０の応答遅延などに起因してモニタ電流Ｉｍが出力されず、かつ、スイッチ素子ＳＷ１がオフするため、端子電圧ＶＴ２は、参照電流生成部１６０のトランジスタＭ２を介して参照電圧ＶＲＨから接地電圧方向に下降する。

その後、受光素子１２０からのモニタ電流Ｉｍが出力されるようになると、端子電圧ＶＴ２は目標電圧（参照電圧ＶＲＨ）に向かって上昇する。次いで、モニタ電流Ｉｍと参照電流Ｉ２とが釣り合い、フィードバック制御によって端子電圧ＶＴ２が参照電圧ＶＲＨに収束したところでＡＰＣ動作が完了する。

このとき、受光素子１２０の応答速度が遅く、モニタ電流Ｉｍとして発光素子１１０の発光量に応じた値を出力するまでの時間が長くかかる場合、端子電圧ＶＴ２が目標電圧に収束するまでの期間Ｐ１２が長くなってしまう。一般的に、受光素子１２０の応答速度は、受光素子１２０が駆動する際に受光素子１２０に印加される逆バイアス電圧の電圧値によって変化し、逆バイアス電圧値が小さいほど応答速度は遅くなり、逆バイアス電圧値が大きいほど応答速度は速くなる。一方、受光素子１２０を駆動する際の逆バイアス電圧が大きいと、受光素子１２０の暗電流量が大きくなる。このため、ＡＰＣ動作において、所望の応答速度や暗電流量を得るための適切な逆バイアス電圧は、受光素子１２０や発光素子１１０の発光量の目標値によって異なってくるといえる。

図２（ｂ）に示す動作において、制御信号ｓｉｇ２がＨであり、参照電圧制御部１８０は参照電圧ＶＲＬを出力する。このため、制御信号ｓｉｇ３がＬのとき、受光素子１２０のアノード端子が接続される端子Ｔ２の端子電圧ＶＴ２は、スイッチ素子ＳＷ１を介して参照電圧ＶＲＬとなる。したがって、受光素子１２０には、カソード端子とアノード端子との間に与えられる電源電圧ＶＣＣから参照電圧ＶＲＬを差し引いた値の電圧（ＶＣＣ－ＶＲＬ）が逆バイアス電圧ＶＰＤＲＬとして印可される。参照電圧ＶＲＬは、図２（ｂ）に示すように、上述した参照電圧ＶＲＨよりも小さいため、受光素子１２０に印可される逆バイアス電圧ＶＰＤＲＬは、上述した逆バイアス電圧ＶＰＤＲＨよりも大きくなる。

このため、制御信号ｓｉｇ３がＨとなるＡＰＣ動作を行う期間Ｐ２１（本実施形態において、期間Ｐ１１と期間Ｐ１２とは同じ長さ。）となったとき、図２（ａ）に示される動作と同様にＡＰＣ動作が開始されるが、受光素子１２０を駆動するための逆バイアス電圧ＶＰＤＲＬの値が、図２（ａ）に示される場合の逆バイアス電圧ＶＰＤＲＨの値よりも大きい。結果として、受光素子１２０の応答速度が高くなり、モニタ電流Ｉｍが出力されるまでの時間や、その後に端子電圧ＶＴ２が目標電圧（参照電圧ＶＲＬ）に収束するまでの期間Ｐ２２が短くなる。

ここで、制御信号ｓｉｇ２を切替えるタイミングは、ＡＰＣ動作に影響を与えないようにするため、上述のフィードバックループが形成されていない期間（ＡＰＣ非動作期間）であってもよい。つまり、制御信号ｓｉｇ３がＬの期間に、制御部１７０は、必要に応じて制御信号ｓｉｇ２の切り替えを行う。

ここで、再び図１を参照すると、ＡＰＣ収束後の受光素子１２０のアノード端子が接続される端子Ｔ２の端子電圧ＶＴ２は、フィードバックループが形成されているため、参照電圧制御部１８０が出力する参照電圧に収束しうる。つまり、ＡＰＣ収束後の受光素子１２０のアノード端子の電圧は、制御信号ｓｉｇ２によって制御されるともいえる。また、参照電流生成部１６０のトランジスタＭ２のドレイン－ソース間の電圧である電圧ＶＤＳ２は、端子電圧ＶＴ２と同値である。このため、ＡＰＣ収束後の電圧ＶＤＳ２は、制御信号ｓｉｇ２がＬのときに参照電圧ＶＲＨと同値となり、制御信号ｓｉｇ２がＨのときに参照電圧ＶＲＬと同値となりうる。

したがって、制御信号ｓｉｇ２がＬの場合、制御信号ｓｉｇ２がＨである場合に比べ、電圧ＶＤＳ２が大きくなる（ＶＲＨ＞ＶＲＬ）。このため、参照電流生成部１６０の変換精度が高くなる可能性がある。具体的には、例えば、電圧ＶＤＳ２が参照電圧ＶＲＬである場合、トランジスタＭ２のドレイン－ソース間の電圧ＶＤＳ２の値が低く、トランジスタＭ２が線形領域での動作となり、所望の電流比が得られない場合がある。一方、電圧ＶＤＳ２が、参照電圧ＶＲＬよりも大きい参照電圧ＶＲＨである場合、トランジスタＭ２が飽和領域での動作となり、電圧ＶＤＳ２が参照電圧ＶＲＬの場合よりも所望の電流比を得られるようになる可能性がある。このため、制御信号ｓｉｇ２がＬの場合、参照電流生成部１６０の変換精度が高くなりうる。

このように、本実施形態において、制御部１７０が出力する制御信号ｓｉｇ２に応じて、受光素子１２０に印加される逆バイアス電圧を制御することが可能となる。これによって、受光素子１２０の応答速度や暗電流の制御が可能となる上、参照電流生成部１６０の変換精度についての制御が可能となる。

このことは、発光素子１１０の発光量の目標値によって異なる受光素子１２０を駆動するための逆バイアス電圧を、制御信号ｓｉｇ２によって調整することが可能であることを示す。つまり、ＡＰＣの制御性が向上しうる。また、受光素子１２０の特性などにばらつきがある場合であっても、適切な逆バイアス電圧を受光素子１２０に印加することができる。つまり、ＡＰＣ回路の設計自由度を向上させることができる。

例えば、発光素子１１０の発光量の目標値が大きい場合、モニタ電流Ｉｍが大きくなることによって相対的に受光素子１２０の応答速度が遅くなり、結果的にＡＰＣ収束時間が長くなりうる。この場合、参照電圧制御部１８０から出力される参照電圧ＶＲに低い電圧を選択し、受光素子の逆バイアス電圧が大きくなるように制御してもよい。参照電圧ＶＲに低い電圧を選択することによって、受光素子１２０の応答速度が速くなる。また、発光素子１１０の発光量の目標値が小さい場合、参照電圧ＶＲに高い電圧を選択し、参照電流生成部１６０のトランジスタＭ２のドレイン－ソース間の電圧ＶＤＳ２を大きくなるように制御してもよい。これによって、受光素子１２０で発生する暗電流が抑制され、参照電流生成部１６０の変換精度が高くなり、発光素子１１０の適度の発光においても、発光量の調整精度を高めることが可能となりうる。

例えば、発光素子１１０を第１光量で発光させる場合、参照電圧制御部１８０が第１電圧を参照電圧ＶＲとして供給するように、制御部１７０は制御信号ｓｉｇ２を参照電圧制御部１８０に出力する。これに対して、発光素子１１０を第１光量よりも大きい第２光量で発光させる場合、参照電圧制御部１８０が第１電圧よりも絶対値が小さく、かつ、同じ極性の第２電圧を参照電圧ＶＲとして供給するように、制御部１７０は制御信号ｓｉｇ２を参照電圧制御部１８０に出力してもよい。

図２（ａ）、２（ｂ）は、上述のように、すでに１回以上のＡＰＣ動作を終えている状態から、さらにＡＰＣ動作をさせた場合のＡＰＣ動作のタイミング図を示しているが、本実施形態はこの場合に適用されることに限られることはない。例えば、記録装置に電源を投入した後、最初のキャリブレーション工程などにおいてＡＰＣ動作を行う際にも適用できる。

第２の実施形態
図３を参照して、本発明の実施形態による記録装置１００の構造および動作について説明する。図３は、本発明の第２の実施形態における記録装置１００に含まれる発光素子１１０、受光素子１２０、発光素子駆動用基板３０１（以下、基板３０１と称する場合がある）の構成例を示す回路図である。

本実施形態において、上述の第１の実施形態に示す記録装置１００と異なり、発光素子１１０のカソード及び受光素子１２０のアノード端子が、互いに共通の接地電圧ＶＳＳに接続されている。つまり、発光素子１１０が、カソード駆動型の発光素子１１０となっている。このため、受光素子１２０から端子Ｔ２に出力されるモニタ電流Ｉｍの電流が、上述の第１の実施形態とは極性が反転するため、参照電流生成部１６０は、ＰＭＯＳトランジスタを用いたトランジスタＭ１及びＭ２により構成されている。また、発光素子１１０、比較部１３０、駆動部１４０、インバータＩＮＶ２、スイッチ素子ＳＷ１、および、発光素子１１０を駆動するための駆動信号を出力する端子Ｔ１が、１つの単位グループＧを構成している。基板３０１は、複数のグループＧを含む。また、基板３０１は、グループ間スイッチ素子ＳＷ４を含む。これ以外の構成において、記録装置１００は、上述の第１の実施形態に示される各構成と同様であってもよい。このため、ここでは、第１の実施形態とは異なる基板３０１を中心に説明する。また、説明を容易にするため、図３に示されるように、基板３０１に配されるグループＧの数を２つとし、それぞれグループＧａ、グループＧｂと呼ぶ。

図３に示されるように、比較部１３０、駆動部１４０、電流生成部１５０および参照電流生成部１６０は、グループＧａ、Ｇｂのそれぞれに対応して配されている。また、参照電圧制御部１８０は、比較部１３０や駆動部１４０などと同様に、グループＧａ、Ｇｂのそれぞれに対応して配されてもよい。一方、受光素子１２０が１つであるため、参照電圧ＶＲは、グループＧａ、Ｇｂのそれぞれで共通としてもＡＰＣ回路の設計自由度を大きく下げることはなく、回路規模を抑えるために参照電圧制御部１８０は、図３に示されるように１つとしてもよい。

図３に示される構成おいて、発光素子１１０などの各構成要素がグループＧａとグループＧｂとの何れのものであるかを区別するため、各構成要素において何れのグループＧに属するか区別が必要な場合、符号の末尾に「ａ」または「ｂ」を付して示す。例えば、グループＧａの発光素子１１０を「発光素子１１０ａ」と示す（他の構成要素についても同様である）。

図３に示されるように、比較部１３０ａの反転入力端子ＩＮＮａまたは比較部１３０ｂの反転入力端子ＩＮＮｂと、端子Ｔ２とを接続するように、グループ間スイッチ素子ＳＷ４が配される。グループ間スイッチ素子ＳＷ４は、制御部１７０から出力される制御信号ｓｉｇ４にしたがって、受光素子１２０のカソード端子に接続される端子Ｔ２と複数のグループＧのうち１つのグループに含まれる比較部１３０とを選択的に接続する。基板３０１が、このような構成を備えることによって、グループＧａについてのＡＰＣ動作と、グループＧｂについてのＡＰＣ動作とを順に行うことができる。

具体的には、グループ間スイッチ素子ＳＷ４は、端子Ｔ２と反転入力端子ＩＮＮａとを電気的に接続し、グループＧａのＡＰＣ動作を行い発光素子１１０ａの光量制御を行なう。次いで、端子Ｔ２と反転入力端子ＩＮＮｂとを電気的に接続し、グループＧｂのＡＰＣ動作を行い、発光素子１１０ｂの光量制御を行う。

本実施形態によると、例えば、カソード駆動型の発光素子１１０を用いた場合おいても、上述の第１の実施形態と、同様の効果を得ることができる。また、発光素子１１０、比較部１３０、駆動部１４０をそれぞれ含む複数のグループＧが配された記録装置１００（例えば、マルチビームレーザー対応の記録装置１００。）においても、それぞれの発光素子１１０に対して、上述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、図３に示される構成において、基板３０１には、グループＧａとグループＧｂとの２つのグループＧが配される例を示したが、３つ以上のグループＧが配されていてもよい。

第３の実施形態
図４を参照して、本発明の実施形態による記録装置１００の構造および動作について説明する。図４は、本発明の第３の実施形態における記録装置１００に含まれる発光素子１１０、受光素子１２０、発光素子駆動用基板３０２（以下、基板３０２と称する場合がある）の構成例を示す回路図である。

本実施形態において、基板３０２の受光素子１２０のアノード端子が接続される端子Ｔ２と比較部１３０との間に逆バイアス電圧制御部２００が配されている。逆バイアス電圧制御部２００は、参照電圧制御部１８０から参照電圧ＶＲを受け、端子Ｔ２を介して参照電圧に応じた電圧に受光素子１２０のアノード端子を制御する。また、比較部１３０の非反転入力端子ＩＮＰに比較電圧ＶＣが供給される。さらに、発光量を目標値に制御するための参照電流Ｉ２を参照電流生成部１６０から流す電流経路ＣＰに、逆バイアス電圧制御部２００から出力されるモニタ電流Ｉｍが供給される点が上述の第１の実施形態の基板３００とは異なる。これ以外の基板３０２の各構成は、上述の基板３００の各構成と同じであってもよいため、ここでは説明を省略する。

まず、逆バイアス電圧制御部２００について説明する。逆バイアス電圧制御部２００は、ＰＭＯＳトランジスタを用いたトランジスタＭ１１、ＮＭＯＳトランジスタを用いたトランジスタＭ１２、Ｍ１３を含む。トランジスタＭ１２とＭ１３とはカレントミラー回路を構成している。つまり、逆バイアス電圧制御部２００は、トランジスタＭ１２、Ｍ１３によって構成されるカレントミラー回路と、受光素子１２０のアノード端子に接続される端子Ｔ２とカレントミラー回路との間に配されたトランジスタＭ１１と、を含む。トランジスタＭ１１の主端子のうち一方（ソース）が端子Ｔ２を介して受光素子１２０のアノード端子に接続され、他方（ドレイン）がカレントミラー回路に接続される。また、トランジスタＭ１１の制御端子（ゲート）が、参照電圧制御部１８０が参照電圧ＶＲを出力する端子に接続される。

発光素子１１０の発光量に応じて受光素子１２０が流す電流Ｉｐが流れる端子Ｔ２に接続される、逆バイアス電圧制御部２００の入力端子に対応するノードをノードｎ１１とする。つまり、ノード１１は、受光素子１２０のアノード端子と接続される。さらに、接地ノードをノードｎ１２とする。また、逆バイアス電圧制御部２００が、受光素子１２０のアノード端子に接続される端子Ｔ２を流れる電流Ｉｐに応じた電流をモニタ電流Ｉｍとして電流経路ＣＰに供給する、逆バイアス電圧制御部２００の出力端子に対応するノードをノードｎ１３とする。ノードｎ１３は、電流経路ＣＰを介して参照電流生成部１６０および比較部１３０の反転入力端子ＩＮＮに接続される。トランジスタＭ１１は、ソースがノードｎ１１に接続され、ゲートには参照電圧ＶＲが供給され、ドレインにはトランジスタＭ１２のドレインおよびゲート、トランジスタＭ１３のゲートが接続される。トランジスタＭ１２のソースは、ノードｎ１２に接続され、トランジスタＭ１３は、ソースがノードｎ１２に接続され、ドレインがノードｎ１３に接続される。

トランジスタＭ１３は、受光素子１２０からトランジスタＭ１２に流れる電流Ｉｐの値に、トランジスタＭ１２とトランジスタＭ１３とのサイズ比（ミラー比）を乗じた値のモニタ電流Ｉｍを電流経路ＣＰに供給する。このため、モニタ電流Ｉｍは、発光素子１１０の発光量に応じた受光素子１２０の検出量に基づいて電流経路ＣＰに供給される電流ともいえる。

また、トランジスタＭ１１に受光素子１２０から電流Ｉｐが流れているとき、トランジスタＭ１１はソースフォロア動作する。このため、受光素子１２０のアノード端子が接続される端子Ｔ２の端子電圧ＶＴ２は、参照電圧ＶＲとトランジスタＭ１１のゲート－ソース間電圧ＶＧＳとを用いて電圧（ＶＲ＋ＶＧＳ）と表される。つまり、端子電圧ＶＴ２を介して、受光素子１２０のアノード端子に掛かる電圧は、参照電圧ＶＲによって制御でき、結果として、受光素子１２０を駆動する際に印加する逆バイアス電圧が制御可能となる。

比較部１３０の非反転入力端子ＩＮＰに入力される比較電圧ＶＣは、ＡＰＣ動作を行う際、参照電流生成部１６０および逆バイアス電圧制御部２００の双方に含まれるカレントミラー回路が精度よく動作するように予め設定された電圧であってもよい。また、比較電圧ＶＣは、参照電圧制御部１８０と同様な構成によって出力が制御されるような電圧であってもよい。例えば、逆バイアス電圧制御部２００が、ゲインが１倍のカレントミラー回路によって電流Ｉｐとモニタ電流Ｉｍとの間で電流－電流変換する場合、受光素子のカソード端子の電圧（例えば、電源電圧ＶＣＣ。）と接地電圧との間の値を有する電圧が、比較部１３０の非反転入力端子ＩＮＰに供給されてもよい。また、同様にゲインが１倍のカレントミラー回路によって電流Ｉｐとモニタ電流Ｉｍとの間で電流－電流変換する場合、非反転入力端子ＩＮＰに、参照電圧ＶＲに応じた電圧が供給されてもよい。この場合、参照電圧制御部１８０が参照電圧ＶＲを出力する端子が、トランジスタＭ１１のゲートとともに、非反転入力端子ＩＮＰに接続され、非反転入力端子ＩＮＰに参照電圧ＶＲが供給されてもよい。

本実施形態において、モニタ電流Ｉｍおよび参照電流Ｉ２を高精度に調節可能とした状態を保ちながら、受光素子１２０の逆バイアス電圧を制御可能となり、ＡＰＣ回路の設計自由度を向上させることができる。具体的には、レーザーダイオードなどを用いた発光素子１１０の発光量の目標値が小さく、受光素子１２０が出力する電流Ｉｐが小さい場合、受光素子１２０の暗電流の影響が大きくならないように参照電圧ＶＲの電圧値が大きく設定されてもよい。これによって、受光素子１２０を駆動する際の逆バイアス電圧が小さくなり、受光素子１２０の暗電流の生成が抑制される。一方、発光素子１１０の発光量の目標値が大きく、受光素子が出力する電流Ｉｐが大きい場合、受光素子１２０の応答速度が速くなるように、参照電圧ＶＲの電圧値が小さく設定されてもよい。これによって、受光素子１２０を駆動する際の逆バイアス電圧が大きくなり、受光素子１２０の応答速度が速くなり、図２（ｂ）に示される期間Ｐ２２が短くなる。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

１００：記録装置、１１０：発光素子、１２０：受光素子、１３０：比較部、１４０：駆動部、１６０：参照電流生成部、１８０：参照電圧制御部

Claims (15)

1. 発光素子と、
   第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間に与えられる逆バイアス電圧によって駆動され、前記発光素子の発光量を検出する受光素子と、
   参照電流を前記第２端子が接続されたノードに供給する参照電流生成部と、
   前記第２端子に接続された第１入力端子と、第２入力端子と、を有し、前記発光量に応じて前記受光素子が前記第２端子に流すモニタ電流と、前記参照電流と、を比較する比較部と、
   前記第１入力端子と前記第２入力端子とを接続するためのスイッチ素子と、
   前記比較部の出力に基づいて前記発光素子を駆動する駆動部と、
   前記第２端子の電圧を制御するための参照電圧制御部と、を含み、
   前記参照電圧制御部は、少なくとも２つの電圧値から選択される参照電圧を前記第２入力端子に供給することによって、前記第２端子の電圧を前記参照電圧に応じた電圧に制御し、
   前記スイッチ素子は、
   前記モニタ電流と前記参照電流とを比較する前に、前記第１入力端子と前記第２入力端子とを接続し、
   前記モニタ電流と前記参照電流とを比較する期間中、前記第１入力端子と前記第２入力端子との接続を解除することを特徴とする記録装置。
2. 前記参照電圧制御部が、少なくとも２つの電圧値が異なる電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部の出力を受けるボルテージフォロア回路とを含み、
   前記ボルテージフォロア回路の出力が、前記第２入力端子に供給されることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記記録装置は、前記参照電流生成部に前記参照電流に応じた電流を供給するための電流生成部をさらに含み、
   前記参照電流生成部が、カレントミラー回路を有し、
   前記参照電流生成部のカレントミラー回路の入力端子が、前記電流生成部が前記参照電流に応じた電流を出力する端子に接続され、
   前記参照電流生成部のカレントミラー回路の出力端子が、前記第２端子が接続されたノードに接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
4. 発光素子と、
   第１端子および第２端子を有し、前記第１端子と前記第２端子との間に与えられる逆バイアス電圧によって駆動され、前記発光素子の発光量を検出する受光素子と、
   参照電流を電流経路に供給する参照電流生成部と、
   前記発光量に応じた前記受光素子の検出量に基づいて前記電流経路に供給されるモニタ電流と、前記参照電流と、を比較する比較部と、
   前記比較部の出力に基づいて前記発光素子を駆動する駆動部と、
   前記第２端子の電圧を制御するために、少なくとも２つの電圧値から選択される参照電圧を生成する参照電圧制御部と、
   前記第２端子と前記比較部との間に配され、前記参照電圧制御部から前記参照電圧を受け、前記参照電圧に応じた電圧に前記第２端子を制御する逆バイアス電圧制御部と、を含み、
   前記比較部は、前記電流経路に接続された第１入力端子を含み、
   前記逆バイアス電圧制御部は、カレントミラー回路と、前記第２端子と前記カレントミラー回路との間に配されたトランジスタと、を含み、
   前記トランジスタの主端子のうち一方は前記第２端子に接続され、他方は前記カレントミラー回路に接続され、
   前記トランジスタの制御端子は、前記参照電圧制御部が前記参照電圧を出力する端子に接続されることを特徴とする記録装置。
5. 前記逆バイアス電圧制御部が、前記第２端子を流れる電流に応じた電流を前記モニタ電流として前記電流経路に供給することを特徴とする請求項４に記載の記録装置。
6. 前記比較部が、前記第１端子の電圧と接地電圧との間の値を有する電圧が供給される第２入力端子をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の記録装置。
7. 前記第２入力端子に、前記参照電圧に応じた電圧が供給されることを特徴とする請求項６に記載の記録装置。
8. 前記記録装置は、前記参照電流生成部に前記参照電流に応じた電流を供給するための電流生成部をさらに含み、
   前記参照電流生成部が、第２カレントミラー回路を有し、
   前記参照電流生成部の前記第２カレントミラー回路の入力端子が、前記電流生成部が前記参照電流に応じた電流を出力する端子に接続され、
   前記参照電流生成部の前記第２カレントミラー回路の出力端子が、前記電流経路に接続されることを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の記録装置。
9. 前記参照電圧制御部が、少なくとも２つの電圧値が異なる電圧を生成する電圧生成部と、前記電圧生成部の出力を受けるボルテージフォロア回路とを含み、
   前記ボルテージフォロア回路の出力が、前記トランジスタの制御端子に供給されることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の記録装置。
10. 前記電圧生成部が、分圧回路を含むことを特徴とする請求項２または９に記載の記録装置。
11. 前記参照電圧制御部は、
    前記発光素子を第１光量で発光させる場合、第１電圧を前記参照電圧として供給し、
    前記発光素子を前記第１光量よりも大きい第２光量で発光させる場合、前記第１電圧よりも絶対値が小さく、かつ、同じ極性の第２電圧を前記参照電圧として供給することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の記録装置。
12. 前記発光素子、前記比較部および前記駆動部は、１つのグループを構成し、
    前記記録装置は、
    複数の前記グループを含み、
    前記第２端子と複数の前記グループのうち１つのグループに含まれる前記比較部とを選択的に接続するためのグループ間スイッチ素子をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の記録装置。
13. 前記記録装置は、前記発光素子からの光が照射される感光ドラムをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の記録装置。
14. 発光素子を駆動するための駆動信号を出力するための第１端子と、
    前記発光素子の発光量を検出する受光素子から出力されるモニタ電流を入力するための第２端子と、
    参照電流を前記第２端子が接続されたノードに供給する参照電流生成部と、
    前記第２端子に接続された第１入力端子と、第２入力端子と、を有し、前記受光素子から前記第２端子に入力される前記モニタ電流と、前記参照電流と、を比較する比較部と、
    前記第１入力端子と前記第２入力端子とを接続するためのスイッチ素子と、
    前記比較部の出力に基づいて前記駆動信号を生成する駆動部と、
    前記第２端子の電圧を制御するための参照電圧制御部と、を含み、
    前記参照電圧制御部が、少なくとも２つの電圧値から選択される参照電圧を前記第２入力端子に供給することによって、前記第２端子の電圧を前記参照電圧に応じた電圧に制御し、
    前記スイッチ素子は、
    前記モニタ電流と前記参照電流とを比較する前に、前記第１入力端子と前記第２入力端子とを接続し、
    前記モニタ電流と前記参照電流とを比較する期間中、前記第１入力端子と前記第２入力端子との接続を解除することを特徴とする発光素子駆動用基板。
15. 発光素子を駆動するための駆動信号を出力するための第１端子と、
    前記発光素子の発光量を検出する受光素子から出力されるモニタ電流を入力するための第２端子と、
    参照電流を電流経路に供給する参照電流生成部と、
    前記受光素子から前記電流経路に供給される前記モニタ電流と、前記参照電流と、を比較する比較部と、
    前記比較部の出力に基づいて前記駆動信号を生成する駆動部と、
    前記第２端子の電圧を制御するために、少なくとも２つの電圧値から選択される参照電圧を生成する参照電圧制御部と、
    前記第２端子と前記比較部との間に配され、前記第２端子を前記参照電圧制御部から供給される前記参照電圧に応じた電圧に制御する逆バイアス電圧制御部と、を含み、
    前記比較部は、前記電流経路に接続された第１入力端子を含み、
    前記逆バイアス電圧制御部は、カレントミラー回路と、前記第２端子と前記カレントミラー回路との間に配されたトランジスタと、を含み、
    前記トランジスタの主端子のうち一方は前記第２端子に接続され、他方は前記カレントミラー回路に接続され、
    前記トランジスタの制御端子は、前記参照電圧制御部が前記参照電圧を出力する端子に接続されることを特徴とする発光素子駆動用基板。

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