(57)【要約】【課題】半導体レーザの劣化又は不具合の発生に伴う半導体レーザ駆動装置の劣化や不具合の発生を未然に防ぐことができ、機器の組み立て工程で半導体レーザの劣化を容易に検出することができる半導体レーザ駆動装置、半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置及び半導体レーザの劣化判定方法を得る。【解決手段】駆動電流ｉｏｐに比例した電流をＰＭＯＳトランジスタＴｒｍから出力し、該出力電流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１３で比較し、電圧Ｖｍが電圧ＶＣＣ１／２以上になると、異常であることを示した異常検出信号Ｓｅｒｒを画像制御装置６に出力し、電圧Ｖｍが電圧ＶＣＣ１／２未満になると正常であることを示した異常検出信号Ｓｅｒｒを画像制御装置６に出力するようにした。【選択図】  図２
2005032798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置において、
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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
【請求項２】
前記異常検出回路部は、前記所定値が外部から設定されることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項３】
前記異常検出回路部は、検出した駆動電流値が所定値未満になると異常状態であることを示す前記所定の異常検出信号の出力を停止することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項４】
前記異常検出回路部は、
前記駆動電流に比例した電流を生成し、該生成した電流を電圧に変換して出力する比例電流生成回路部と、
該比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じて前記異常検出信号を生成し出力する電圧比較回路部と、
を備えることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項５】
前記半導体レーザ駆動回路部は、制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタを備え、前記比例電流生成回路部は、該出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタを備え、前記出力トランジスタ及び該比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成することを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項６】
前記電圧比較回路部は、
前記比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた２値の信号を出力する電圧比較回路と、
該電圧比較回路の出力信号に応じてスイッチングし、出力端が、オン時に所定の２値の電圧レベルになりオフ時に開放状態になるスイッチングトランジスタと、
を備え、
前記スイッチングトランジスタの出力端は、オフ時に、前記オン時と相対する所定の２値の電圧レベルになるように抵抗が接続され、該出力端から前記異常検出信号が出力されることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項７】
前記半導体レーザ駆動回路部、制御回路部及び異常検出回路部は、１つのＩＣに集積されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項８】
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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置において、
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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値を示す信号を生成して出力する駆動電流検出回路部と、
を備えることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
【請求項９】
前記駆動電流検出回路部は、前記駆動電流に比例した電流を生成して出力することを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項１０】
前記半導体レーザ駆動回路部は、制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタを備え、前記駆動電流検出回路部は、該出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタを備え、前記出力トランジスタ及び該比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成することを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項１１】
前記比例電流生成用トランジスタの出力端は、電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路が接続され、該電流−電圧変換回路は、前記駆動電流値を示す電圧を出力することを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項１２】
前記半導体レーザ駆動回路部、制御回路部及び駆動電流検出回路部は、１つのＩＣに集積されることを特徴とする請求項８、９、１０又は１１記載の半導体レーザ駆動装置。
【請求項１３】
半導体レーザから所望の発光量が得られるように該半導体レーザに供給する電流を制御して、半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
半導体レーザから所望の発光量が得られるように該半導体レーザに供給する電流を制御して、半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値を示す信号を生成して出力する駆動電流検出回路部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
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に供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部とを備え、前記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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置における半導体レーザの劣化判定方法において、
前記異常検出回路部による駆動電流値の検出を行い、出力された異常検出信号に応じて半導体レーザの劣化判定を行うことを特徴とする半導体レーザの劣化判定方法。
【請求項１６】
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に供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値を示す信号を生成して出力する駆動電流検出回路部とを備え、前記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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置における前記半導体レーザの劣化判定方法において、
前記駆動電流検出回路部による駆動電流値の検出を行い、駆動電流検出回路部から出力された信号が示す駆動電流値に応じて半導体レーザの劣化判定を行うことを特徴とする半導体レーザの劣化判定方法。
【請求項１７】
検出した駆動電流値が所定値を超えると半導体レーザが劣化していると判定することを特徴とする請求項１５又は１６記載の半導体レーザの劣化判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタやデジタル複写機等の光書き込み装置をなす画像形成装置に使用される半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置に関し、特にレーザ出力の制御を高速でかつ安定に行うことができる光量制御装置を備えた半導体レーザ駆動装置、半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置及び半導体レーザの劣化判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザのレーザ光を画像信号に応じて記録媒体上に露光走査して画像を記録するレーザ記録装置においては、レーザ出力を一定にするための制御を行う光量制御装置が備えられている。該光量制御装置は、一般に半導体レーザに対して定常的に供給するバイアス電流と画像情報に応じて変調して供給する変調電流とからなる動作電流を、実際のレーザ出力状態を検知しながら適宜調整することによって、所望のレーザ出力が常に安定して得られるようになっていた。
【０００３】
このような光量制御装置の場合、バイアス電流は半導体レーザが急激に発光し始めるときのしきい値電流ｉｔｈよりも小さい値で、かつ該しきい値電流ｉｔｈの値に、より近い値であるほど画像形成時における半導体レーザの入力パルス信号に対する応答特性がよくなることが知られている。このため、バイアス電流値は、通常、しきい値電流ｉｔｈの値よりも若干小さい値に設定されている。
【０００４】
一方、この種のレーザ記録装置においては、半導体レーザのレーザ出力が該半導体レーザのおかれている環境温度の変化によって変動してしまうという問題があった。すなわち、半導体レーザは図４の実線で示すような半導体レーザに供給される駆動電流ｉｏｐと光量Ｐｏとの関係を示した電流−光量特性を示し、常温時の駆動電流ｉｏｐＮ（＝常温時のしきい値電流ｉｔｈＮ＋常温時の発光電流ｉηＮ）のときに所定の光量（光出力）ＰｏＮが得られるようになっているが、環境温度の変化によって該電流−光量特性が、例えば図４の点線で示すように変動してしまう。このような変動が生じた場合には、同じ駆動電流ｉｏｐＮを供給していたのでは、半導体レーザの光量Ｐｏが図４のＰｏＣやＰｏＨに変動してしまい、所定の光量ＰｏＮが得られなくなる。その結果、記録した画像の画質が一定でなくなっていた。
【０００５】
そこで、環境温度が変化した際には、まずバイアス電流を制御して対応する半導体レーザの光量制御を行う技術として、環境温度が変化するような期間をおいて定期的に半導体レーザのしきい値電流の検出を行い、該検出したしきい値電流の値から所定の電流を減算した電流をバイアス電流として常時流すようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、レーザ記録装置においては、半導体レーザの光量Ｐｏを一定にするための自動制御であるＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行う方法が一般的に行われている。図４において、環境温度の変化等により電流−光量特性が実線から点線に推移した場合、ＡＰＣ動作によって、常温時の駆動電流値ｉｏｐＮが低温時の駆動電流値ｉｏｐＣや高温時の駆動電流値ｉｏｐＨに推移して常温時の光量ＰｏＮになるように、駆動電流ｉｏｐが制御される。ただし、ＡＰＣにより半導体レーザの光量を検出するには、該光量を検出する検出回路に入力される信号が安定するまで、半導体レーザが連続して点灯する期間が必要である。
【０００７】
ＡＰＣにより半導体レーザの光量を検出するには、該光量を検出する回路（図示せず）が必要であり、該光量検出回路には、通常半導体レーザの光量を電流に変換するフォトダイオードが使用される。該フォトダイオードから出力される電流は、半導体レーザの光量に比例し温度による電流変動も少なく、フォトダイオードは半導体レーザの光量検出に適している。
【０００８】
半導体レーザのレーザ光を画像信号に応じて記録媒体上に露光走査して画像を記録するレーザ記録装置においては、半導体レーザから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）で偏向され、結像レンズとしてのｆθレンズを通り、感光体の表面に集光結像する。偏向されたレーザ光は、感光体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、感光体表面上に画像（静電潜像）が形成される。
【０００９】
このようなレーザ記録装置では、感光体の一端近傍のレーザビームが照射される位置に、画像の位置検出用信号である主走査同期信号を発生するビームセンサが配置されている。該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が行われる。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ラインごとに一定期間半導体レーザ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を行うことにより、１ラインごと又は数ラインごと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、半導体レーザ点灯時の光量は常に正確に制御することができる。
【００１０】
このように、半導体レーザの特性から、温度が変化しても発光量を一定に保つためには半導体レーザに供給する駆動電流ｉｏｐは大きく変動する。また、半導体レーザの製造ばらつきにより、同じ発光量を得るために必要な駆動電流ｉｏｐは、半導体レーザによって大きく異なっていた。
【００１１】
一方、半導体レーザの発光特性は劣化しやすい。図５は、半導体レーザが劣化したときの電流−光量特性の例を示した図である。図５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Ｐｏが急激に増加し始めるときのしきい値電流ｉｔｈが増加する。更に、半導体レーザが発光を始めてからの発光電流ｉηと光量Ｐｏの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。半導体レーザの劣化は結晶欠陥によって数時間で劣化する場合もあれば、高温での長時間駆動で徐々に劣化する場合もある。
【００１２】
また、半導体レーザをある光量以上の値で駆動すると、端面温度が上昇し端面溶融を引き起こし瞬時に光発振機能が停止する光損傷（ＣＯＤ：Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）が発生することもある。更に、静電放電（ＥＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）によって半導体レーザが劣化する場合もあった。
【００１３】
【特許文献１】
特許第３３６５０９４号
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体レーザの劣化によって半導体レーザが光発振機能を停止した場合や、半導体レーザ駆動回路が半導体レーザに出力することができる最大の電流を半導体レーザに供給しても所定の光量に到達しなかった場合、従来技術では、強制点灯信号による強制点灯期間に半導体レーザを発光させようとしても半導体レーザからの光量不足によって、主走査同期信号を発生するビームセンサが反応せず主走査同期信号が出力されないため、主走査方向の画像記録タイミングの制御が不能となる。主走査同期信号の検出動作を複数回実施して主走査同期信号を検出することができないと画像制御装置が判断した場合、いわゆる同期検知エラーとなりここで初めて半導体レーザの劣化を検知することができる。この間、半導体レーザ駆動回路は過大な電流を半導体レーザに出力し続けることになる。
【００１５】
半導体レーザ駆動回路に出力電流制限機能がない場合、ＡＰＣにより該回路が駆動できる最大の電流を発生することになる。このため、特に、半導体レーザ駆動回路が半導体集積回路で構成されている場合、半導体レーザ駆動回路は、過大な出力電流によって定格を超える消費電力が発生し、発熱による劣化及び不具合の発生の恐れがあった。更に、半導体レーザ駆動回路から想定値以上の電流が発生することで、メタル配線の溶断による不具合が発生する可能性があった。
【００１６】
また、レーザ記録装置や、その上位のレーザプリンタ、デジタル複写機の組み立て工程において、半導体レーザの光損傷や静電放電によって組み立て前よりも組み立て後に半導体レーザが劣化する場合があった。半導体レーザが劣化すると、所望の光量を得るための駆動電流は増加する。しかし、ＡＰＣによって半導体レーザから所望の光量が得られている場合、該半導体レーザの劣化を駆動電流の増加ではなく光量だけから判断するのは困難であった。半導体レーザが劣化したまま製品を出荷した場合、製品寿命の低下や、市場不良の原因となるため、組み立て工程における半導体レーザの劣化を検出する必要があった。
【００１７】
このため、図６で示すように半導体レーザ駆動装置１０１の出力端とレーザダイオードＬＤのアノードとの間に微少な抵抗１０２を接続し、該抵抗１０２の両端電圧から、レーザダイオードＬＤの動作電流を測定し、組み立て前と組み立て後の値を比較することによってレーザダイオードＬＤの劣化の有無を判断していた。しかし、このような方法では、抵抗１０２による電圧降下があり、半導体レーザ駆動装置１０１の出力電圧範囲が狭められるという問題、抵抗１０２によって半導体レーザ駆動装置１０１の出力電流波形がなまって光量Ｐｏの応答性が低下するという問題、及び抵抗１０２部分の電圧を増幅する電圧増幅回路１０３が必要になり回路規模が増大するという問題がそれぞれあった。
【００１８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、半導体レーザの劣化又は不具合を容易に短時間で検出することができ、半導体レーザの劣化又は不具合の発生に伴う半導体レーザ駆動装置の劣化や不具合の発生を未然に防ぐことができると共に、半導体レーザ駆動装置を使用した機器の組み立て工程で半導体レーザの劣化を容易に検出することができる半導体レーザ駆動装置、半導体レーザ駆動装置を使用した画像形成装置及び半導体レーザの劣化判定方法を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ駆動装置は、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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置において、
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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備えるものである。
【００２０】
また、前記異常検出回路部は、前記所定値が外部から設定され、具体的には、検出した駆動電流値が所定値未満になると異常状態であることを示す前記所定の異常検出信号の出力を停止するようにした。
【００２１】
また、前記異常検出回路部は、
前記駆動電流に比例した電流を生成し、該生成した電流を電圧に変換して出力する比例電流生成回路部と、
該比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じて前記異常検出信号を生成し出力する電圧比較回路部と、
を備えるようにした。
【００２２】
一方、前記半導体レーザ駆動回路部は、制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタを備え、前記比例電流生成回路部は、該出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタを備え、前記出力トランジスタ及び該比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成するようにした。
【００２３】
また、前記電圧比較回路部は、
前記比例電流生成回路部から出力された電圧と所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた２値の信号を出力する電圧比較回路と、
該電圧比較回路の出力信号に応じてスイッチングし、出力端が、オン時に所定の２値の電圧レベルになりオフ時に開放状態になるスイッチングトランジスタと、
を備え、
前記スイッチングトランジスタの出力端は、オフ時に、前記オン時と相対する所定の２値の電圧レベルになるように抵抗が接続され、該出力端から前記異常検出信号が出力されるようにした。
【００２４】
また、前記半導体レーザ駆動回路部、制御回路部及び異常検出回路部は、１つのＩＣに集積されるようにしてもよい。
【００２５】
また、この発明に係る半導体レーザ駆動装置は、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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置において、
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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値を示す信号を生成して出力する駆動電流検出回路部と、
を備えるものである。
【００２６】
具体的には、前記駆動電流検出回路部は、前記駆動電流に比例した電流を生成して出力するようにした。
【００２７】
また、前記半導体レーザ駆動回路部は、制御回路部からの制御信号に応じた電流を半導体レーザに出力する出力トランジスタを備え、前記駆動電流検出回路部は、該出力トランジスタに出力された制御信号に応じた電流を出力することにより前記駆動電流に比例した電流を出力する比例電流生成用トランジスタを備え、前記出力トランジスタ及び該比例電流生成用トランジスタはカレントミラー回路を形成するようにした。
【００２８】
具体的には、前記比例電流生成用トランジスタの出力端は、電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路が接続され、該電流−電圧変換回路は、前記駆動電流値を示す電圧を出力するようにした。
【００２９】
また、前記半導体レーザ駆動回路部、制御回路部及び駆動電流検出回路部は、１つのＩＣに集積されるようにしてもよい。
【００３０】
また、この発明に係る画像形成装置は、半導体レーザから所望の発光量が得られるように該半導体レーザに供給する電流を制御して、半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部と、
を備えるものである。
【００３１】
また、この発明に係る画像形成装置は、半導体レーザから所望の発光量が得られるように該半導体レーザに供給する電流を制御して、半導体レーザの駆動制御を行う半導体レーザ駆動装置を有する画像形成装置において、
前記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部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値を示す信号を生成して出力する駆動電流検出回路部と、
を備えるものである。
【００３２】
また、この発明に係る半導体レーザの劣化判定方法は、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に供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値が所定値以上になると異常状態であることを示す所定の異常検出信号を生成して出力する異常検出回路部とを備え、前記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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置における半導体レーザの劣化判定方法において、
前記異常検出回路部による駆動電流値の検出を行い、出力された異常検出信号に応じて半導体レーザの劣化判定を行うようにした。
【００３３】
また、この発明に係る半導体レーザの劣化判定方法は、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に供給する半導体レーザ駆動回路部と、
該半導体レーザ駆動回路部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部と、
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、該検出した駆動電流値を示す信号を生成して出力する駆動電流検出回路部とを備え、前記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該半導体レーザの駆動を行う半導体レーザ駆動装置における前記半導体レーザの劣化判定方法において、
前記駆動電流検出回路部による駆動電流値の検出を行い、駆動電流検出回路部から出力された信号が示す駆動電流値に応じて半導体レーザの劣化判定を行うようにした。
【００３４】
具体的には、検出した駆動電流値が所定値を超えると半導体レーザが劣化していると判定するようにした。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１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の使用例を示した図であり、図１では、画像形成装置をなすレーザ記録装置を例にして示している。
図１のレーザ記録装置１において、半導体レーザであるレーザダイオードＬＤより照射されるレーザ光Ｌ１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表面上に画像（静電潜像）が形成される。
【００３６】
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するビームセンサ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レーザダイオードＬＤの光量を制御する信号を、レーザダイオード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。
【００３７】
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ラインごとに一定期間半導体レーザ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を行うことにより、１ラインごと又は数ラインごと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、半導体レーザ点灯時の光量は常に正確に制御することができる。なお、半導体レーザ駆動装置７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。
【００３８】
図２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の例を示した図であり、図１の半導体レーザ駆動装置７の内部構成例を示している。
図２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ＬＤ駆動制御回路１１とを備えている。更に、半導体レーザ駆動装置７は、画像制御装置６から入力された電流制御信号Ｓ１に応じた電流値の定電流ｉｅｒｒを生成して供給する定電流回路１２と、コンパレータ１３と、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ１とで構成されている。
【００３９】
なお、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｌｄは半導体レーザ駆動回路部をなすと共に、ＬＤ駆動制御回路１１及びＰＭＯＳトランジスタＴｒｉは制御回路部をなす。また、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍ、定電流回路１２、コンパレータ１３及びＮＭＯＳトランジスタＴｒ１は異常検出回路部をなし、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍ及び定電流回路１２は比例電流生成回路部を、コンパレータ１３及びＮＭＯＳトランジスタＴｒ１は電圧比較回路部をそれぞれなす。更に、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｌｄは出力トランジスタを、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍは比例電流生成用トランジスタを、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ１はスイッチングトランジスタをそれぞれなす。
【００４０】
以下、画像制御装置６と半導体レーザ駆動装置７の電源電圧は異なるものとして説明し、半導体レーザ駆動装置７の電源電圧をＶＣＣ１とし、画像制御装置６の電源電圧をＶＣＣ２とする。
ＰＭＯＳトランジスタＴｒｉ，Ｔｒｍ，Ｔｒｌｄの各ソースは電源電圧ＶＣＣ１にそれぞれ接続され、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｉ，Ｔｒｍ，Ｔｒｌｄの各ゲートは接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒｉにおいて、ゲートはドレインに接続され、該接続部はＬＤ駆動制御回路１１に接続されている。
【００４１】
ＰＭＯＳトランジスタＴｒｌｄのドレインと接地電圧との間にはレーザダイオードＬＤが接続され、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍのドレインと接地電圧との間には定電流回路１２が接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍと定電流回路１２との接続部は、コンパレータ１３の非反転入力端に接続され、コンパレータ１３の反転入力端にはＶＣＣ１／２の電圧が入力されている。なお、図２では、ＶＣＣ１／２の電圧を生成する回路は省略しており、該回路は半導体レーザ駆動装置７内に設けてもよいし、半導体レーザ駆動装置７外に設けてもよい。
【００４２】
コンパレータ１３の出力端はＮＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートに接続され、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ１のソースは接地電圧に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインは抵抗Ｒ１によって電源電圧ＶＣＣ２にプルアップされており、抵抗Ｒ１とＮＭＯＳトランジスタＴｒ１との接続部が画像制御装置６に接続され、異常検出信号Ｓｅｒｒが画像制御装置６に出力される。また、画像制御装置６からＬＤ駆動制御回路１１に、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る。
【００４３】
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、レーザダイオードＬＤへ供給する電流を駆動電流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、すなわち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のドレインからレーザダイオード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。
【００４４】
ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍの出力負荷である定電流回路１２が、画像制御装置６からの電流制御信号Ｓ１により任意の定電流ｉｅｒｒが設定される。ｉｅｒｒ＜ｉｌｄｍ＝ｉｌｄ×（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の出力端はハイレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ１はオンし、ローレベルの異常検出信号Ｓｅｒｒが画像制御装置６に出力される。画像制御装置６は、ローレベルの異常検出信号Ｓｅｒｒが入力されると、レーザダイオードＬＤへの電流出力停止や、システム全体の最適化やサービスマンコール等の異常状態時の所定の処理を行って、レーザダイオードＬＤの劣化又は不具合の発生に伴う半導体レーザ駆動装置の劣化や不具合の発生を防ぐ。
【００４５】
また、ｉｅｒｒ＞ｉｌｄｍ＝ｉｌｄ×（Ｗｍ／Ｗｌｄ）の場合、モニタ電圧Ｖｍは、Ｖｍ＜ＶＣＣ１／２となり、ＮＭＯＳトランジスタＴｒ１はオフして遮断状態になり、異常検出信号Ｓｅｒｒはハイレベルになる。画像制御装置６は、ハイレベルの異常検出信号Ｓｅｒｒが入力されると、ＬＤ駆動制御回路１１に対して、レーザダイオードＬＤへの電流出力停止や、システム全体の最適化やサービスマンコール等を行うことなく、所望の発光量が得られるようにレーザダイオードＬＤに対する通常の駆動制御を行わせる。また、定電流回路１２は、電流制御信号Ｓ１によって定電流ｉｅｒｒの電流値を任意の値に設定することができ、ｉｏｐ＞ｉｅｒｒ×（Ｗｌｄ／Ｗｍ）になるとＮＭＯＳトランジスタＴｒ１がオンするときの駆動電流ｉｏｐを任意の値に設定することができる。
【００４６】
このように、半導体レーザへ供給する駆動電流ｉｏｐが任意に設定された値を超えると、異常であることを示した異常検出信号Ｓｅｒｒを画像制御装置６に出力し、駆動電流ｉｏｐが、任意に設定された電流値以下になると、正常であることを示した異常検出信号Ｓｅｒｒを画像制御装置６に出力するようにした。画像制御装置６は、異常であることを示す異常検出信号Ｓｅｒｒが入力されると、駆動電流ｉｏｐの出力停止や、システム全体の最適化、サービスマンコールの要求等の異常状態時の所定の処理を行うことにより、半導体レーザ駆動装置の劣化及び不具合の発生を防止することができる。
【００４７】
なお、駆動電流ｉｏｐが所定の値を超えたか否かの判断は、レーザダイオードＬＤが連続点灯して駆動電流ｉｏｐの電流値が安定した状態で行う方が異常の検出精度が上がる。このため、通常、画像制御装置６が所定の値を超えたことを判断するタイミングは、画像制御装置６からＬＤ駆動制御回路１１に出力されている強制点灯信号がアサートされている強制点灯期間に行われるようにするとよい。
【００４８】
また、定電流ｉｅｒｒを設定する電流制御信号Ｓ１は、電圧、電流、抵抗負荷のいずれでも容易に実現することができる。コンパレータ１３の反転入力端に入力されている電圧はＶＣＣ１／２でなくても、接地電圧〜電源電圧ＶＣＣ１の間の電圧であればよく、コンパレータ１３の代わりに、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍと定電流回路１２との接続部とＮＭＯＳトランジスタＴｒ１のゲートとの間にインバータ回路を偶数段接続するようにしてもよい。
【００４９】
一方、半導体レーザ駆動装置７として、異常検出信号Ｓｅｒｒを生成するＮＭＯＳトランジスタＴｒ１をオープンドレインにしている理由は、半導体レーザ駆動装置７の電源電圧ＶＣＣ１と画像制御装置６の電源電圧ＶＣＣ２の電圧値が異なる場合に対応するためである。更に該理由として、半導体レーザ駆動装置７を複数備えた場合に、各半導体レーザ駆動装置７のＮＭＯＳトランジスタＴｒ１のドレインをそれぞれ接続し、該接続部を１つの抵抗でプルアップできるようにして１つの半導体レーザ駆動装置７で駆動電流ｉｏｐが所定値を超えた場合、すべての半導体レーザ駆動装置で異常状態時の所定の処理が行われるようにすることである。
【００５０】
第２の実施の形態．
前記第１の実施の形態では、駆動電流ｉｏｐが所定値を超えるとデジタル信号である異常検出信号Ｓｅｒｒをアサートして異常状態時の所定の処理を行うようにしたが、駆動電流ｉｏｐが正常状態から異常状態に遷移する過程を画像制御装置６に示すようにしてもよく、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。
【００５１】
図３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の例を示した図である。なお、図３では図２と同じもの又は同様のものは同じ符号で示しており、ここではその説明を省略すると共に図２との相違点のみ説明する。
図３における図１との相違点は、定電流回路１２、コンパレータ１３及びＮＭＯＳトランジスタＴｒ１をなくしたことにあり、これに伴って、図２の半導体レーザ駆動装置７を半導体レーザ駆動装置７ａにした。
【００５２】
図３において、半導体レーザ駆動装置７ａ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ＬＤ駆動制御回路１１とを備えている。なお、図３では、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍは駆動電流検出回路部をなす。以下、画像制御装置６と半導体レーザ駆動装置７ａの電源電圧は異なるものとして説明し、半導体レーザ駆動装置７ａの電源電圧をＶＣＣ１とし、画像制御装置６の電源電圧をＶＣＣ２とする。ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍのドレインは、画像制御装置６に接続されると共に抵抗Ｒ２によって接地電圧にプルダウンされている。抵抗Ｒ２は、固定抵抗であってもよいし可変抵抗であってもよく、電流−電圧変換回路をなしている。
【００５３】
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、レーザダイオードＬＤへ供給する電流を駆動電流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Ｔｒｌｄ及びＴｒｍが飽和領域（五極管領域）にある限り、前記カレントミラー回路がＰＭＯＳトランジスタＴｒｌｄ及びＴｒｍのトランジスタサイズ比に応じた電流を発生するため、Ｗｌｄ：Ｗｍ＝ｉｏｐ：ｉｍ、すなわちｉｍ＝ｉｏｐ×（Ｗｍ／Ｗｌｄ）が成立する。
【００５４】
抵抗Ｒ２の抵抗値をＲｍとすると、ＰＭＯＳトランジスタＴｒｍからの出力電圧Ｖｍは、下記（１）式のようになる。
Ｖｍ＝Ｒｍ×ｉｍ＝Ｒｍ×ｉｏｐ×（Ｗｍ／Ｗｌｄ）………………（１）
該（１）式からｉｏｐ＝（Ｖｍ／Ｒｍ）×（Ｗｌｄ／Ｗｍ）となり、抵抗値Ｒｍを、電圧Ｖｍが小さ過ぎず、更にＰＭＯＳトランジスタＴｒｍが非飽和領域（三極管領域）に入るほど電圧Ｖｍが大き過ぎないように最適値に設定することで、容易に駆動電流ｉｏｐの値を精度よく検出する回路を実現することができる。
【００５５】
特に、レーザ記録装置やその上位のレーザプリンタ又はデジタル複写機等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レーザダイオードＬＤの劣化によって、所望の光量を得るためにレーザダイオードＬＤに流す駆動電流ｉｏｐが増加した場合、電圧Ｖｍの変化から電流ｉｍの増加を検出することができるため、レーザダイオードＬＤの劣化判定を容易に行うことができる。
【００５６】
なお、前記第１及び第２の各実施の形態でそれぞれ示したレーザダイオードＬＤの劣化又は不具合の発生を検出する動作は、製造時に行われるようにしてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明の半導体レーザ駆動装置によれば、
半導体レーザへ供給する駆動電流が想定している電流値以上になると、所定の電流値以上になったことを示す信号を即座に出力する機能を設けた。このことから、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、該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、外的要因としての光損傷や静電放電による劣化等により、所望の光量を得るために半導体レーザに流す動作電流が増加し、半導体レーザ駆動装置の出力電流が想定している電流以上になった場合、即座に所定の電流値以上になったことを示す信号を出力することができ、半導体レーザへの駆動電流の出力停止、システム全体の最適化、サービスマンコールの必要性等を判断することができ、半導体レーザ駆動装置の劣化及び不具合の発生を防止することができる。
【００５８】
更に、半導体レーザへ供給する駆動電流値を一定の比率で減衰させた電流を出力する機能を設けた。このことから、該減衰させた電流、又は該減衰させた電流を電圧に変換させた電圧値を測定することにより、半導体レーザへ供給する駆動電流値の測定を容易に行うことができ、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、レーザ記録装置やその上位のレーザプリンタ、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への駆動電流が増加した場合、その駆動電流増加分から、半導体レーザの劣化判定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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の使用例を示した図である。
【図２】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の例を示した図である。
【図３】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の例を示した図である。
【図４】半導体レーザにおける駆動電流と光量の関係例を示した図である。
【図５】半導体レーザが劣化したときの駆動電流と光量の関係例を示した図である。
【図６】従来の半導体レーザ駆動装置の例を示した図である。
【符号の説明】
１  レーザ記録装置
２  回転多面鏡
３  ｆθレンズ
４  感光体
５  ビームセンサ
６  画像制御装置
７，７ａ  半導体レーザ駆動装置
１１  ＬＤ駆動制御回路
１２  定電流回路
１３  コンパレータ
Ｔｒｉ，Ｔｒｍ，Ｔｒｌｄ  ＰＭＯＳトランジスタ
Ｔｒ１  ＮＭＯＳトランジスタ
ＬＤ  レーザダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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