発光素子の駆動回路および発光装置
【課題】発光素子の点灯状態と消灯状態との切り替え速度をさらに向上する技術を提供する
【解決手段】入力信号に同期して発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路が提供される。この駆動回路は、制御端子を有し、制御端子の電位に依存して値が変化する駆動電流を発光素子へ供給する駆動電流供給部と、入力信号に同期して制御端子の電位を変化させることによって、発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える制御部と、制御端子の電位の変化を促進する補助電流を制御端子へ供給する補助電流供給部とを備える。補助電流供給部はキャパシタを有し、入力信号に同期してキャパシタに印加される電圧が変化し、キャパシタの電圧変化によって補助電流が生成される。
【解決手段】入力信号に同期して発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路が提供される。この駆動回路は、制御端子を有し、制御端子の電位に依存して値が変化する駆動電流を発光素子へ供給する駆動電流供給部と、入力信号に同期して制御端子の電位を変化させることによって、発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える制御部と、制御端子の電位の変化を促進する補助電流を制御端子へ供給する補助電流供給部とを備える。補助電流供給部はキャパシタを有し、入力信号に同期してキャパシタに印加される電圧が変化し、キャパシタの電圧変化によって補助電流が生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子の駆動回路および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のレーザビームプリンタ等で用いられる発光装置では、２００Ｍｂｐｓ以上の速度で発光状態のスイッチングを行うこと、すなわち点灯状態と消灯状態とを切り替えることが要求されている。発光素子の状態の切り替えを高速化すべく、特許文献１は以下の構成を提案する。すなわち、レーザダイオードへ駆動電流を供給するカレントミラー回路を構成する２つのＭＯＳトランジスタのうち、レーザダイオードに接続されたＭＯＳトランジスタのゲートをスイッチ経由で接地へ接続する。そして、レーザダイオードの状態を切り替える場合に、スイッチをオン状態にして当該ＭＯＳトランジスタのゲートから接地へ電流を流すことにより、当該ゲートの電位の変化を高速化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８-２５１８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成でも発光素子の状態の切り替えの高速化がある程度実現されるものの、十分とはいえない。そこで、本発明は、発光素子の点灯状態と消灯状態との切り替え速度をさらに向上する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面では、入力信号に同期して発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路であって、制御端子を有し、前記制御端子の電位に依存して値が変化する駆動電流を前記発光素子へ供給する駆動電流供給部と、前記入力信号に同期して前記制御端子の電位を変化させることによって、前記発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える制御部と、前記制御端子の電位の変化を促進する補助電流を前記制御端子へ供給する補助電流供給部とを備え、前記補助電流供給部はキャパシタを有し、前記入力信号に同期して前記キャパシタに印加される電圧が変化し、前記キャパシタの電圧変化によって前記補助電流が生成されることを特徴とする駆動回路が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、発光素子の点灯状態と消灯状態との切り替え速度をさらに向上する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る発光装置の例示の機能構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る発光装置の例示の回路構成図。
【図３】本発明の実施形態に係る発光装置の動作例を説明するタイミングチャート。
【図４】本発明の実施形態に係る発光装置の別の例の回路構成図。
【図５】本発明の実施形態に係る発光装置の別の例の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を以下に説明する。複数の図面にわたって共通する構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。以下の実施形態において、本発明は複写機、レーザビームプリンタなどにおいて画像形成のために用いられる発光装置の観点で説明される。しかしながら、本発明は発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路であれば、どのような用途に用いられてもよい。
【０００９】
図１を用いて、本発明の１つの実施形態に係る発光装置の例示の機能構成図を説明する。発光装置１１０は発光素子と駆動回路１００とを備えうる。以下の実施形態では発光素子の例としてカソードステム型のレーザダイオードＬＤを扱うが、電流で駆動されて点灯状態となればどのような発光素子でもかまわない。レーザダイオードＬＤのカソードは接地ＧＮＤに接続され、アノードは駆動回路１００に接続される。駆動回路１００はレーザダイオードＬＤを駆動して、レーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態とを切り替える。本実施形態では、駆動回路１００が発光素子ＬＤへ所定の値以上の駆動電流Ｉｄを供給している間にレーザダイオードＬＤが点灯状態となり、駆動電流Ｉｄの値が所定の値を下回るとレーザダイオードＬＤが消灯状態となる。駆動電流Ｉｄの値がゼロの場合には、レーザダイオードＬＤへ電流が供給されない。
【００１０】
駆動回路１００は、駆動電流供給部１０１、補助電流供給部１０２、制御部１０３、および調整部１０４を備えうる。駆動電流供給部１０１はレーザダイオードＬＤへ駆動電流Ｉｄを供給する。制御部１０３は入力信号Ｄａｔａに同期して、駆動電流供給部１０１がレーザダイオードＬＤへ供給する駆動電流Ｉｄの値を変化させる。例えば、制御部１０３は、駆動電流供給部１０１の制御端子の電位を変化させることによって、駆動電流供給部１０１により供給される駆動電流Ｉｄの値を制御することができ、これによってレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態とを切り替えることができる。本実施形態では、入力信号Ｄａｔａがハイレベル（以下、「Ｈ」）とローレベル（以下、「Ｌ」）との２通りの値をとるパルス信号である場合を扱う。発光装置１１０が複写機、レーザビームプリンタなどに用いられる場合に、入力信号Ｄａｔａは印刷する画像データの２値の画素値でありうる。
【００１１】
補助電流供給部１０２は駆動電流供給部１０１へ補助電流Ｉｘを供給する。補助電流はレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態との切り替えを高速化するための電流であり、その詳細は後述される。調整部１０４はレーザダイオードＬＤからのレーザ光の発光量を調整して駆動電流Ｉｄの値を調整する。
【００１２】
続いて、図２を用いて、図１の駆動回路１００の機能構成図を実現するための具体的な回路構成の一例を説明する。駆動電流供給部１０１はＭＯＳトランジスタＭＰ１（第１ＭＯＳトランジスタ）とＭＯＳトランジスタＭＰ２（第２ＭＯＳトランジスタ）とを有しうる。補助電流供給部１０２は可変キャパシタＣｖａｒとインバータＩＮＶ２とを有しうる。制御部１０３は２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２とインバータＩＮＶ１とを有しうる。調整部１０４は調整回路１０５とフォトダイオードＰＤ等の光電変換素子とを有しうる。
【００１３】
ＭＯＳトランジスタＭＰ１のソースは電源電圧ＶＣＣに接続され、そのドレインはレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、そのゲートはスイッチＳＷ１に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ２のソースは電源電圧ＶＣＣに接続され、そのドレインは調整回路１０５の出力端子Ｏｕｔ１に接続され、そのゲートはスイッチＳＷ１に接続される。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとはスイッチＳＷ１を介して接続される。また、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートと電源電圧ＶＣＣとはスイッチＳＷ２を介して接続される。さらに、ＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとドレインとは短絡される。図示していないが、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のバックゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のバックゲートとはどちらも電源電圧ＶＣＣに接続される。
【００１４】
スイッチＳＷ１のオン・オフを制御する制御信号として、入力信号ＤａｔａがインバータＩＮＶ１を介して供給される。スイッチＳＷ２のオン・オフを制御する制御信号として、入力信号Ｄａｔａが供給される。可変キャパシタＣｖａｒの一方の電極（図面では上側の電極）はＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ接続され、他方の電極（図面では下側の電極）にはインバータＩＮＶ２を介して入力信号Ｄａｔａが印加される。可変キャパシタＣｖａｒの容量値は変更可能であり、調整回路１０５の出力端子Ｏｕｔ２から印加される電圧Ｖｏによって調整される。本実施形態では、印加される電圧Ｖｏの値が大きいほど可変キャパシタＣｖａｒの容量値が大きいとする。
【００１５】
フォトダイオードＰＤのカソードは調整回路１０５の入力端子Ｉｎ１に接続され、そのアノードは接地ＧＮＤに接続される。フォトダイオードＰＤはレーザダイオードＬＤが発光するレーザ光ＬＢを受光可能な位置に配置され、レーザダイオードＬＤのレーザ光ＬＢの発光量に応じたモニタ電流Ｉｍを発生させ、調整回路１０５の入力端子Ｉｎ１へ供給する。
【００１６】
調整回路１０５は出力端子Ｏｕｔ１から電流Ｉｏを出力するとともに、出力端子Ｏｕｔ２から電圧Ｖｏを出力する。調整回路１０５は電圧Ｖｏの値を電流Ｉｏの値に対して正の相関を有するように調整する。すなわち、調整回路１０５は電流Ｉｏの値が大きいほど電圧Ｖｏの値を大きくする。調整回路１０５の入力端子Ｉｎ２にはモード選択信号ＭＯＤが入力され、この信号に応じて調整回路１０５は自身の動作状態を切り替える。調整回路１０５のモードごとの動作の詳細は後述する。
【００１７】
続いて、図３のタイミングチャートを参照しつつ、図２に示した発光装置１１０の動作例を説明する。本実施形態に係る発光装置１１０はＡＰＣ（Auto Power Control：自動光量調整）モードとデータ処理モードとの２つのモードで動作しうる。ＡＰＣモードは、駆動回路１００がレーザダイオードＬＤを必要な光量で発光させるために駆動電流Ｉｄの値を調整するモードである。データ処理モードは駆動回路１００が入力信号Ｄａｔａに同期してレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態とを切り替えるモードである。本実施形態では、モード選択信号ＭＯＤがＨである間に発光装置１１０がＡＰＣモードとなり、これがＬである間に発光装置１１０がデータ処理モードとなるとする。発光装置１１０のユーザは定期的に発光装置１１０をＡＰＣモードに切り替えることで、レーザダイオードＬＤの経年劣化等による電流光変換特性の変化を調整できる。
【００１８】
まず、発光装置１１０がＡＰＣモードである期間（以下、ＡＰＣ期間）の動作を説明する。前述の通り、ＡＰＣ期間において、モード選択信号ＭＯＤはＨに保たれる。また、ＡＰＣ期間において、駆動回路１００は入力信号ＤａｔａをＨに保つ。その結果として、スイッチＳＷ１の制御信号はＬとなり、スイッチＳＷ１はオン状態（導通状態）となる。一方、スイッチＳＷ２の制御信号はＨとなり、スイッチＳＷ２はオフ状態（切断状態）となる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ１とＭＯＳトランジスタＭＰ２とがカレントミラー回路を構成する。このカレントミラー回路は調整回路１０５から供給された電流Ｉｏを所定の比率で増幅し、駆動電流ＩｄとしてＭＯＳトランジスタＭＰ１を通じてレーザダイオードＬＤへ供給する。
【００１９】
また、ＡＰＣ期間が開始されると、調整回路１０５はＭＯＳトランジスタＭＰ２へ供給する電流Ｉｏの値を徐々に大きくする。それに応じて、レーザダイオードＬＤへ供給される駆動電流Ｉｄの値も徐々に大きくなる。レーザダイオードＬＤは駆動電流Ｉｄの値に応じた発光量でレーザ光ＬＢを発光する。フォトダイオードＰＤはこのレーザ光ＬＢを受光し、発光量に応じた電流Ｉｍを調整回路１０５へ供給する。この電流Ｉｍも値も電流Ｉｏに依存して徐々に大きくなる。調整回路１０５は電流Ｉｍの値に基づいて発光量を測定し、電流Ｉｍの値が所定の値になった時点の電流Ｉｏの値を記憶し、ＡＰＣ期間終了後もこの値の電流Ｉｏを出力し続ける。これとともに、調整回路１０５は電流Ｉｏの値に対して正の相関を有する値の電圧Ｖｏを出力端子Ｏｕｔ２から出力する。例えば、電圧Ｖｏの値は電流Ｉｏの値に比例してもよい。
【００２０】
続いて、発光装置１１０がデータ処理モードである期間（以下、データ処理期間）の動作を説明する。前述の通り、データ処理期間において、モード選択信号ＭＯＤはＬに保たれる。また、データ処理期間において、駆動回路１００へ入力信号Ｄａｔａが入力される。本実施形態において駆動回路１００は、入力信号ＤａｔａがＨである場合にレーザダイオードＬＤを点灯状態にし、これがＬである場合にレーザダイオードＬＤを消灯状態にする。
【００２１】
まず、入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化した場合の発光装置１１０の動作を説明する。入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化すると、前述と同様に、スイッチＳＷ１はオン状態となり、スイッチＳＷ２はオフ状態となる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとが接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとソースとが開放される。その結果、ＭＯＳトランジスタＭＰ１とＭＯＳトランジスタＭＰ２とがカレントミラー回路を構成する。カレントミラー回路が構成されると、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲート電位の値が変化し、この変化に応じてＭＯＳトランジスタＭＰ１からレーザダイオードＬＤへ供給される駆動電流Ｉｄの値が変化する。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートが駆動電流供給部１０１の制御端子として機能する。
【００２２】
また、入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化すると、可変キャパシタの一方の電極（図面では下側の電極）に印加される電圧がＨからＬへ変化する。この際の可変キャパシタＣｖａｒの電圧をＶｘとすると、電圧Ｖｘの時間微分に可変キャパシタの容量値Ｃを乗じた値の補助電流Ｉｘが生成され、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。すわなち、可変キャパシタの電圧変化によって、Ｉｘ＝Ｃ×（ｄＶｘ／ｄｔ）を満たす補助電流Ｉｘが生成され、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。
【００２３】
入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化した直後のＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位は電源電圧ＶＣＣに等しく、この電位が所定の値まで低下することで駆動電流Ｉｄの値が所定の値を上回り、レーザダイオードＬＤは点灯状態になる。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される補助電流Ｉｘはこのゲートの電位を引き下げる方向へ流れ、ゲート電位の変化が促進される。さらに、補助電流Ｉｘは電圧Ｖｘの時間微分に依存するため、図３の波形に示すように、入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化した直後は非常に大きな値をとり、その後にゼロになる。そのため、図３に示される従来技術による駆動電流と比較して、レーザダイオードＬＤの駆動電流Ｉｄの立ち上がりが急峻になり、立ち上がり時間が短縮される。ここで、立ち上がり時間とは入力信号ＤａｔａがＬからＨに変化してからレーザダイオードＬＤが点灯状態に変化するまでの時間を指す。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位がＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートの電位に等しくなると、調整回路１０５から出力された電流Ｉｏの値に比例した値の駆動電流ＩｄがレーザダイオードＬＤへ供給され続け、レーザダイオードＬＤは点灯状態を維持する。
【００２４】
次に、入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化した場合の発光装置１１０の動作を説明する。入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化すると、スイッチＳＷ１はオフ状態となり、スイッチＳＷ２はオン状態となる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとが開放されるとともに、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとソースとが接続される。その結果、ＭＯＳトランジスタＭＰ１とＭＯＳトランジスタＭＰ２とで構成されたカレントミラー回路は解除される。
【００２５】
また、入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化すると、可変キャパシタの一方の電極（図面では下側の電極）に印加される電圧がＬからＨへ変化する。この場合も、先程と同様に、Ｉｘ＝Ｃ×（ｄＶｘ／ｄｔ）を満たす補助電流Ｉｘが生成され、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。
【００２６】
入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化した直後のＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位はＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートの電位に等しく、この電位が所定の値まで増加することで駆動電流Ｉｄの値は所定の値を下回り、レーザダイオードＬＤは消灯状態になる。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される補助電流Ｉｘはこのゲートの電位を引き上げる方向へ流れ、ゲート電位の変化が促進される。さらに、補助電流Ｉｘは電圧Ｖｘの時間微分に依存するため、図３の波形に示すように、入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化した直後は非常に大きな値をとり、その後にゼロになる。そのため、図３に示される従来技術による駆動電流と比較して、レーザダイオードＬＤの駆動電流Ｉｄの立ち下がりが急峻になり、立ち下がり時間が短縮される。ここで、立ち上がり時間とは入力信号ＤａｔａがＨからＬに変化してからレーザダイオードＬＤが消灯状態に変化するまでの時間を指す。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位が電源電圧ＶＣＣに等しくなると、駆動電流Ｉｄの値はゼロになり、レーザダイオードＬＤは消灯状態を維持する。
【００２７】
本実施形態では、調整回路１０５が電流Ｉｏの値に対して正の相関を有するように可変キャパシタＣｖａｒの容量値を調整する。駆動電流Ｉｄの値は電流Ｉｏの値に比例し、補助電流Ｉｘの値は可変キャパシタＣｖａｒの容量値に比例するため、駆動電流Ｉｄに対して補助電流Ｉｘが正の相関を有すると表現してもよい。すなわち、本実施形態の駆動回路１００では駆動電流Ｉｄの値が大きいほど、補助電流Ｉｘの値も大きくなる。このように、駆動電流Ｉｄの大きさに依存して補助電流Ｉｘの大きさを調整することによって、駆動電流Ｉｄの値が小さい場合のパルス電流にオーバーシュートが発生することを防止できる。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、レーザダイオードＬＤの駆動電流の任意の値に対して、レーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態との切り替えを高速化できる。特に、発光素子としてカソードステム型レーザダイオードを用いる場合には、ＭＯＳトランジスタとして応答性の悪いＰＭＯＳトランジスタを使用することになるので、本発明の効果は一層顕著に現われる。また、ＡＰＣに対応した発光装置では、レーザダイオードの経年劣化時の光量を補償するために大きな駆動電流を流す必要があり、レーザダイオードを駆動するＭＯＳトランジスタのサイズをあらかじめ大きく設計する必要がある。このようにＭＯＳトランジスタのサイズを大きく設定した場合に、駆動電流が小さい間はトランジスタのゲートを充放電する時間が長くなり、レーザダイオードの状態を高速に切り替えることができなかった。本発明は電圧の微分値に依存する電流を補助電流として用いるので、ＡＰＣに対応した発光装置においてもレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態との切り替えを高速化できる。
【００２９】
続いて、図４を用いて、図１の駆動回路１００の機能構成図を実現するための具体的な回路構成の別の例を説明する。図２の回路構成との相違点は補助電流供給部１０２及び制御部１０３であり、他の構成要素は同様であるため、以下では図２の回路構成との相違点を説明する。
【００３０】
図４の実施形態において、補助電流供給部１０２は選択回路１０７、複数のＭＯＳトランジスタＭＰ４（第４ＭＯＳトランジスタ）、および選択回路１０７とＭＯＳトランジスタＭＰ４とを接続する複数のＮＡＮＤ回路とを有しうる。制御部１０３は、図２のスイッチＳＷ１として機能するＭＯＳトランジスタＭＰ３（第３ＭＯＳトランジスタ）と、図２のスイッチＳＷ２として機能するＭＯＳトランジスタＭＰ５（第５ＭＯＳトランジスタ）とを有しうる。ＭＯＳトランジスタＭＰ４は例えばＰＭＯＳトランジスタであるが、半導体基板から絶縁されたバックゲートを有するＮＭＯＳトランジスタであってもよい。
【００３１】
図４の駆動回路１００は３つのＭＯＳトランジスタＭＰ４を含んでいるが、この個数は１つ以上であればいくつでもかまわない。３つのＭＯＳトランジスタＭＰ４はそれぞれ同様の構成を有するので、そのうちの１つの構成を以下に説明する。ＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース、ドレイン、およびバックゲートの少なくとも１つがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続される。以下の例では、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース、ドレイン、およびバックゲートのすべてがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続される場合を扱う。ＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートは対応するＮＡＮＤ回路の出力端子に接続される。ＮＡＮＤ回路の一方の入力端子には入力信号Ｄａｔａが供給され、他方の入力端子は選択回路１０７に接続される。選択回路１０７には調整回路１０５から電圧Ｖｏが供給される。
【００３２】
ＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲートにはインバータＩＮＶ１を介して入力信号Ｄａｔａが供給される。ＭＯＳトランジスタＭＰ３のソースはＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続され、このドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、このバックゲートは電源電圧ＶＣＣに接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ５のゲートには入力信号Ｄａｔａが供給され、このドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、このソースおよびバックゲートは電源電圧ＶＣＣに接続される。
【００３３】
次に、図４の発光装置１１０の動作例を説明する。基本的な動作は図３のタイミングチャートを用いて説明した動作と同様であり、以下では相違点であるデータ処理モード中の補助電流供給部１０２の動作を説明する。データ処理モードが開始されると、選択回路１０７は調整回路１０５から供給された電圧Ｖｏの値に応じて、選択回路１０７に接続された複数のＮＡＮＤ回路のうちの１つ以上へＨを供給し、残りへＬを供給する。選択回路１０７からＨが供給されたＮＡＮＤ回路に対してＨの入力信号Ｄａｔａが供給されると、ＮＡＮＤ回路の出力がＬからＨに変化する。それに応じてＮＡＮＤ回路に接続されたＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートの電位も変化し、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートと、ソース、ドレイン、およびバックゲートとの間の容量値に応じた補助電流ＩｘがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。入力信号ＤａｔａがＨからＬに変化した場合も選択回路１０７からＨが供給されたＮＡＮＤ回路に接続されたＭＯＳトランジスタＭＰ４からＭＯＳトランジスタのＭＰ１のゲートへ駆動電流Ｉｘが供給される。入力信号Ｄａｔａが何れの方向に変化した場合でも、補助電流ＩｘはＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートと他の電極との間の電圧の微分値に依存し、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲート電位の変化を促進する方向に流れるので、図２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
選択回路１０７は電圧Ｖｏの値に対して正の相関を有する個数のＮＡＮＤ回路へＨを供給する。例えば、電圧Ｖｏの取り得る範囲を３分割する。１番小さな範囲に電圧Ｖｏが含まれる場合に、選択回路１０７は１つのＮＡＮＤ回路のみにＨを供給する。２番目の範囲に電圧Ｖｏが含まれる場合に、選択回路１０７は２つのＮＡＮＤ回路のみにＨを供給する。１番大きな範囲に電圧Ｖｏが含まれる場合に選択回路１０７はすべてのＮＡＮＤ回路にＨを供給する。これにより、駆動電流Ｉｄの値に段階的に依存する補助電流ＩｘがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。選択回路１０７は複数の基準電圧と複数のコンパレータとで構成されてもよいし、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）で構成されてもよい。
【００３５】
続いて、図５を用いて、図１の駆動回路１００の機能構成図を実現するための具体的な回路構成の別の例を説明する。図４の回路構成との相違点は補助電流供給部１０２及び制御部１０３であり、他の構成要素は同様であるため、以下では図４の回路構成との相違点を説明する。
【００３６】
図４の実施形態において、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のソースおよびバックゲートは何れもＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、そのドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートは対応するＮＡＮＤ回路の出力端子に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲートにはインバータＩＮＶ１を介して入力信号Ｄａｔａが供給され、このソースおよびバックゲートはＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、このドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続される。
【００３７】
図５の発光装置１１０の図４の発光装置１１０と同様に動作し、同様の効果が得られる。図５の発光装置１１０では、ＭＯＳトランジスタＭＰ３のバックゲートがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続されている。そのため、ＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート‐バックゲート間の電圧の微分値にゲート‐バックゲート間の容量を乗じた電流もＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。従って、カレントミラー回路を構成する２つのＭＯＳトランジスタＭＰ１、ＭＰ２のゲート同士を接続させるためのスイッチとして機能するＭＯＳトランジスタＭＰ３が補助電流を供給することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子の駆動回路および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のレーザビームプリンタ等で用いられる発光装置では、２００Ｍｂｐｓ以上の速度で発光状態のスイッチングを行うこと、すなわち点灯状態と消灯状態とを切り替えることが要求されている。発光素子の状態の切り替えを高速化すべく、特許文献１は以下の構成を提案する。すなわち、レーザダイオードへ駆動電流を供給するカレントミラー回路を構成する２つのＭＯＳトランジスタのうち、レーザダイオードに接続されたＭＯＳトランジスタのゲートをスイッチ経由で接地へ接続する。そして、レーザダイオードの状態を切り替える場合に、スイッチをオン状態にして当該ＭＯＳトランジスタのゲートから接地へ電流を流すことにより、当該ゲートの電位の変化を高速化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８-２５１８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成でも発光素子の状態の切り替えの高速化がある程度実現されるものの、十分とはいえない。そこで、本発明は、発光素子の点灯状態と消灯状態との切り替え速度をさらに向上する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面では、入力信号に同期して発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路であって、制御端子を有し、前記制御端子の電位に依存して値が変化する駆動電流を前記発光素子へ供給する駆動電流供給部と、前記入力信号に同期して前記制御端子の電位を変化させることによって、前記発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える制御部と、前記制御端子の電位の変化を促進する補助電流を前記制御端子へ供給する補助電流供給部とを備え、前記補助電流供給部はキャパシタを有し、前記入力信号に同期して前記キャパシタに印加される電圧が変化し、前記キャパシタの電圧変化によって前記補助電流が生成されることを特徴とする駆動回路が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、発光素子の点灯状態と消灯状態との切り替え速度をさらに向上する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る発光装置の例示の機能構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る発光装置の例示の回路構成図。
【図３】本発明の実施形態に係る発光装置の動作例を説明するタイミングチャート。
【図４】本発明の実施形態に係る発光装置の別の例の回路構成図。
【図５】本発明の実施形態に係る発光装置の別の例の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を以下に説明する。複数の図面にわたって共通する構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。以下の実施形態において、本発明は複写機、レーザビームプリンタなどにおいて画像形成のために用いられる発光装置の観点で説明される。しかしながら、本発明は発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路であれば、どのような用途に用いられてもよい。
【０００９】
図１を用いて、本発明の１つの実施形態に係る発光装置の例示の機能構成図を説明する。発光装置１１０は発光素子と駆動回路１００とを備えうる。以下の実施形態では発光素子の例としてカソードステム型のレーザダイオードＬＤを扱うが、電流で駆動されて点灯状態となればどのような発光素子でもかまわない。レーザダイオードＬＤのカソードは接地ＧＮＤに接続され、アノードは駆動回路１００に接続される。駆動回路１００はレーザダイオードＬＤを駆動して、レーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態とを切り替える。本実施形態では、駆動回路１００が発光素子ＬＤへ所定の値以上の駆動電流Ｉｄを供給している間にレーザダイオードＬＤが点灯状態となり、駆動電流Ｉｄの値が所定の値を下回るとレーザダイオードＬＤが消灯状態となる。駆動電流Ｉｄの値がゼロの場合には、レーザダイオードＬＤへ電流が供給されない。
【００１０】
駆動回路１００は、駆動電流供給部１０１、補助電流供給部１０２、制御部１０３、および調整部１０４を備えうる。駆動電流供給部１０１はレーザダイオードＬＤへ駆動電流Ｉｄを供給する。制御部１０３は入力信号Ｄａｔａに同期して、駆動電流供給部１０１がレーザダイオードＬＤへ供給する駆動電流Ｉｄの値を変化させる。例えば、制御部１０３は、駆動電流供給部１０１の制御端子の電位を変化させることによって、駆動電流供給部１０１により供給される駆動電流Ｉｄの値を制御することができ、これによってレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態とを切り替えることができる。本実施形態では、入力信号Ｄａｔａがハイレベル（以下、「Ｈ」）とローレベル（以下、「Ｌ」）との２通りの値をとるパルス信号である場合を扱う。発光装置１１０が複写機、レーザビームプリンタなどに用いられる場合に、入力信号Ｄａｔａは印刷する画像データの２値の画素値でありうる。
【００１１】
補助電流供給部１０２は駆動電流供給部１０１へ補助電流Ｉｘを供給する。補助電流はレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態との切り替えを高速化するための電流であり、その詳細は後述される。調整部１０４はレーザダイオードＬＤからのレーザ光の発光量を調整して駆動電流Ｉｄの値を調整する。
【００１２】
続いて、図２を用いて、図１の駆動回路１００の機能構成図を実現するための具体的な回路構成の一例を説明する。駆動電流供給部１０１はＭＯＳトランジスタＭＰ１（第１ＭＯＳトランジスタ）とＭＯＳトランジスタＭＰ２（第２ＭＯＳトランジスタ）とを有しうる。補助電流供給部１０２は可変キャパシタＣｖａｒとインバータＩＮＶ２とを有しうる。制御部１０３は２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２とインバータＩＮＶ１とを有しうる。調整部１０４は調整回路１０５とフォトダイオードＰＤ等の光電変換素子とを有しうる。
【００１３】
ＭＯＳトランジスタＭＰ１のソースは電源電圧ＶＣＣに接続され、そのドレインはレーザダイオードＬＤのアノードに接続され、そのゲートはスイッチＳＷ１に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ２のソースは電源電圧ＶＣＣに接続され、そのドレインは調整回路１０５の出力端子Ｏｕｔ１に接続され、そのゲートはスイッチＳＷ１に接続される。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとはスイッチＳＷ１を介して接続される。また、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートと電源電圧ＶＣＣとはスイッチＳＷ２を介して接続される。さらに、ＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとドレインとは短絡される。図示していないが、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のバックゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のバックゲートとはどちらも電源電圧ＶＣＣに接続される。
【００１４】
スイッチＳＷ１のオン・オフを制御する制御信号として、入力信号ＤａｔａがインバータＩＮＶ１を介して供給される。スイッチＳＷ２のオン・オフを制御する制御信号として、入力信号Ｄａｔａが供給される。可変キャパシタＣｖａｒの一方の電極（図面では上側の電極）はＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ接続され、他方の電極（図面では下側の電極）にはインバータＩＮＶ２を介して入力信号Ｄａｔａが印加される。可変キャパシタＣｖａｒの容量値は変更可能であり、調整回路１０５の出力端子Ｏｕｔ２から印加される電圧Ｖｏによって調整される。本実施形態では、印加される電圧Ｖｏの値が大きいほど可変キャパシタＣｖａｒの容量値が大きいとする。
【００１５】
フォトダイオードＰＤのカソードは調整回路１０５の入力端子Ｉｎ１に接続され、そのアノードは接地ＧＮＤに接続される。フォトダイオードＰＤはレーザダイオードＬＤが発光するレーザ光ＬＢを受光可能な位置に配置され、レーザダイオードＬＤのレーザ光ＬＢの発光量に応じたモニタ電流Ｉｍを発生させ、調整回路１０５の入力端子Ｉｎ１へ供給する。
【００１６】
調整回路１０５は出力端子Ｏｕｔ１から電流Ｉｏを出力するとともに、出力端子Ｏｕｔ２から電圧Ｖｏを出力する。調整回路１０５は電圧Ｖｏの値を電流Ｉｏの値に対して正の相関を有するように調整する。すなわち、調整回路１０５は電流Ｉｏの値が大きいほど電圧Ｖｏの値を大きくする。調整回路１０５の入力端子Ｉｎ２にはモード選択信号ＭＯＤが入力され、この信号に応じて調整回路１０５は自身の動作状態を切り替える。調整回路１０５のモードごとの動作の詳細は後述する。
【００１７】
続いて、図３のタイミングチャートを参照しつつ、図２に示した発光装置１１０の動作例を説明する。本実施形態に係る発光装置１１０はＡＰＣ（Auto Power Control：自動光量調整）モードとデータ処理モードとの２つのモードで動作しうる。ＡＰＣモードは、駆動回路１００がレーザダイオードＬＤを必要な光量で発光させるために駆動電流Ｉｄの値を調整するモードである。データ処理モードは駆動回路１００が入力信号Ｄａｔａに同期してレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態とを切り替えるモードである。本実施形態では、モード選択信号ＭＯＤがＨである間に発光装置１１０がＡＰＣモードとなり、これがＬである間に発光装置１１０がデータ処理モードとなるとする。発光装置１１０のユーザは定期的に発光装置１１０をＡＰＣモードに切り替えることで、レーザダイオードＬＤの経年劣化等による電流光変換特性の変化を調整できる。
【００１８】
まず、発光装置１１０がＡＰＣモードである期間（以下、ＡＰＣ期間）の動作を説明する。前述の通り、ＡＰＣ期間において、モード選択信号ＭＯＤはＨに保たれる。また、ＡＰＣ期間において、駆動回路１００は入力信号ＤａｔａをＨに保つ。その結果として、スイッチＳＷ１の制御信号はＬとなり、スイッチＳＷ１はオン状態（導通状態）となる。一方、スイッチＳＷ２の制御信号はＨとなり、スイッチＳＷ２はオフ状態（切断状態）となる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ１とＭＯＳトランジスタＭＰ２とがカレントミラー回路を構成する。このカレントミラー回路は調整回路１０５から供給された電流Ｉｏを所定の比率で増幅し、駆動電流ＩｄとしてＭＯＳトランジスタＭＰ１を通じてレーザダイオードＬＤへ供給する。
【００１９】
また、ＡＰＣ期間が開始されると、調整回路１０５はＭＯＳトランジスタＭＰ２へ供給する電流Ｉｏの値を徐々に大きくする。それに応じて、レーザダイオードＬＤへ供給される駆動電流Ｉｄの値も徐々に大きくなる。レーザダイオードＬＤは駆動電流Ｉｄの値に応じた発光量でレーザ光ＬＢを発光する。フォトダイオードＰＤはこのレーザ光ＬＢを受光し、発光量に応じた電流Ｉｍを調整回路１０５へ供給する。この電流Ｉｍも値も電流Ｉｏに依存して徐々に大きくなる。調整回路１０５は電流Ｉｍの値に基づいて発光量を測定し、電流Ｉｍの値が所定の値になった時点の電流Ｉｏの値を記憶し、ＡＰＣ期間終了後もこの値の電流Ｉｏを出力し続ける。これとともに、調整回路１０５は電流Ｉｏの値に対して正の相関を有する値の電圧Ｖｏを出力端子Ｏｕｔ２から出力する。例えば、電圧Ｖｏの値は電流Ｉｏの値に比例してもよい。
【００２０】
続いて、発光装置１１０がデータ処理モードである期間（以下、データ処理期間）の動作を説明する。前述の通り、データ処理期間において、モード選択信号ＭＯＤはＬに保たれる。また、データ処理期間において、駆動回路１００へ入力信号Ｄａｔａが入力される。本実施形態において駆動回路１００は、入力信号ＤａｔａがＨである場合にレーザダイオードＬＤを点灯状態にし、これがＬである場合にレーザダイオードＬＤを消灯状態にする。
【００２１】
まず、入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化した場合の発光装置１１０の動作を説明する。入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化すると、前述と同様に、スイッチＳＷ１はオン状態となり、スイッチＳＷ２はオフ状態となる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとが接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとソースとが開放される。その結果、ＭＯＳトランジスタＭＰ１とＭＯＳトランジスタＭＰ２とがカレントミラー回路を構成する。カレントミラー回路が構成されると、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲート電位の値が変化し、この変化に応じてＭＯＳトランジスタＭＰ１からレーザダイオードＬＤへ供給される駆動電流Ｉｄの値が変化する。すなわち、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートが駆動電流供給部１０１の制御端子として機能する。
【００２２】
また、入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化すると、可変キャパシタの一方の電極（図面では下側の電極）に印加される電圧がＨからＬへ変化する。この際の可変キャパシタＣｖａｒの電圧をＶｘとすると、電圧Ｖｘの時間微分に可変キャパシタの容量値Ｃを乗じた値の補助電流Ｉｘが生成され、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。すわなち、可変キャパシタの電圧変化によって、Ｉｘ＝Ｃ×（ｄＶｘ／ｄｔ）を満たす補助電流Ｉｘが生成され、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。
【００２３】
入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化した直後のＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位は電源電圧ＶＣＣに等しく、この電位が所定の値まで低下することで駆動電流Ｉｄの値が所定の値を上回り、レーザダイオードＬＤは点灯状態になる。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される補助電流Ｉｘはこのゲートの電位を引き下げる方向へ流れ、ゲート電位の変化が促進される。さらに、補助電流Ｉｘは電圧Ｖｘの時間微分に依存するため、図３の波形に示すように、入力信号ＤａｔａがＬからＨへ変化した直後は非常に大きな値をとり、その後にゼロになる。そのため、図３に示される従来技術による駆動電流と比較して、レーザダイオードＬＤの駆動電流Ｉｄの立ち上がりが急峻になり、立ち上がり時間が短縮される。ここで、立ち上がり時間とは入力信号ＤａｔａがＬからＨに変化してからレーザダイオードＬＤが点灯状態に変化するまでの時間を指す。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位がＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートの電位に等しくなると、調整回路１０５から出力された電流Ｉｏの値に比例した値の駆動電流ＩｄがレーザダイオードＬＤへ供給され続け、レーザダイオードＬＤは点灯状態を維持する。
【００２４】
次に、入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化した場合の発光装置１１０の動作を説明する。入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化すると、スイッチＳＷ１はオフ状態となり、スイッチＳＷ２はオン状態となる。これにより、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートとが開放されるとともに、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートとソースとが接続される。その結果、ＭＯＳトランジスタＭＰ１とＭＯＳトランジスタＭＰ２とで構成されたカレントミラー回路は解除される。
【００２５】
また、入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化すると、可変キャパシタの一方の電極（図面では下側の電極）に印加される電圧がＬからＨへ変化する。この場合も、先程と同様に、Ｉｘ＝Ｃ×（ｄＶｘ／ｄｔ）を満たす補助電流Ｉｘが生成され、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。
【００２６】
入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化した直後のＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位はＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートの電位に等しく、この電位が所定の値まで増加することで駆動電流Ｉｄの値は所定の値を下回り、レーザダイオードＬＤは消灯状態になる。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される補助電流Ｉｘはこのゲートの電位を引き上げる方向へ流れ、ゲート電位の変化が促進される。さらに、補助電流Ｉｘは電圧Ｖｘの時間微分に依存するため、図３の波形に示すように、入力信号ＤａｔａがＨからＬへ変化した直後は非常に大きな値をとり、その後にゼロになる。そのため、図３に示される従来技術による駆動電流と比較して、レーザダイオードＬＤの駆動電流Ｉｄの立ち下がりが急峻になり、立ち下がり時間が短縮される。ここで、立ち上がり時間とは入力信号ＤａｔａがＨからＬに変化してからレーザダイオードＬＤが消灯状態に変化するまでの時間を指す。ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートの電位が電源電圧ＶＣＣに等しくなると、駆動電流Ｉｄの値はゼロになり、レーザダイオードＬＤは消灯状態を維持する。
【００２７】
本実施形態では、調整回路１０５が電流Ｉｏの値に対して正の相関を有するように可変キャパシタＣｖａｒの容量値を調整する。駆動電流Ｉｄの値は電流Ｉｏの値に比例し、補助電流Ｉｘの値は可変キャパシタＣｖａｒの容量値に比例するため、駆動電流Ｉｄに対して補助電流Ｉｘが正の相関を有すると表現してもよい。すなわち、本実施形態の駆動回路１００では駆動電流Ｉｄの値が大きいほど、補助電流Ｉｘの値も大きくなる。このように、駆動電流Ｉｄの大きさに依存して補助電流Ｉｘの大きさを調整することによって、駆動電流Ｉｄの値が小さい場合のパルス電流にオーバーシュートが発生することを防止できる。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、レーザダイオードＬＤの駆動電流の任意の値に対して、レーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態との切り替えを高速化できる。特に、発光素子としてカソードステム型レーザダイオードを用いる場合には、ＭＯＳトランジスタとして応答性の悪いＰＭＯＳトランジスタを使用することになるので、本発明の効果は一層顕著に現われる。また、ＡＰＣに対応した発光装置では、レーザダイオードの経年劣化時の光量を補償するために大きな駆動電流を流す必要があり、レーザダイオードを駆動するＭＯＳトランジスタのサイズをあらかじめ大きく設計する必要がある。このようにＭＯＳトランジスタのサイズを大きく設定した場合に、駆動電流が小さい間はトランジスタのゲートを充放電する時間が長くなり、レーザダイオードの状態を高速に切り替えることができなかった。本発明は電圧の微分値に依存する電流を補助電流として用いるので、ＡＰＣに対応した発光装置においてもレーザダイオードＬＤの点灯状態と消灯状態との切り替えを高速化できる。
【００２９】
続いて、図４を用いて、図１の駆動回路１００の機能構成図を実現するための具体的な回路構成の別の例を説明する。図２の回路構成との相違点は補助電流供給部１０２及び制御部１０３であり、他の構成要素は同様であるため、以下では図２の回路構成との相違点を説明する。
【００３０】
図４の実施形態において、補助電流供給部１０２は選択回路１０７、複数のＭＯＳトランジスタＭＰ４（第４ＭＯＳトランジスタ）、および選択回路１０７とＭＯＳトランジスタＭＰ４とを接続する複数のＮＡＮＤ回路とを有しうる。制御部１０３は、図２のスイッチＳＷ１として機能するＭＯＳトランジスタＭＰ３（第３ＭＯＳトランジスタ）と、図２のスイッチＳＷ２として機能するＭＯＳトランジスタＭＰ５（第５ＭＯＳトランジスタ）とを有しうる。ＭＯＳトランジスタＭＰ４は例えばＰＭＯＳトランジスタであるが、半導体基板から絶縁されたバックゲートを有するＮＭＯＳトランジスタであってもよい。
【００３１】
図４の駆動回路１００は３つのＭＯＳトランジスタＭＰ４を含んでいるが、この個数は１つ以上であればいくつでもかまわない。３つのＭＯＳトランジスタＭＰ４はそれぞれ同様の構成を有するので、そのうちの１つの構成を以下に説明する。ＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース、ドレイン、およびバックゲートの少なくとも１つがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続される。以下の例では、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のソース、ドレイン、およびバックゲートのすべてがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続される場合を扱う。ＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートは対応するＮＡＮＤ回路の出力端子に接続される。ＮＡＮＤ回路の一方の入力端子には入力信号Ｄａｔａが供給され、他方の入力端子は選択回路１０７に接続される。選択回路１０７には調整回路１０５から電圧Ｖｏが供給される。
【００３２】
ＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲートにはインバータＩＮＶ１を介して入力信号Ｄａｔａが供給される。ＭＯＳトランジスタＭＰ３のソースはＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続され、このドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、このバックゲートは電源電圧ＶＣＣに接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ５のゲートには入力信号Ｄａｔａが供給され、このドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、このソースおよびバックゲートは電源電圧ＶＣＣに接続される。
【００３３】
次に、図４の発光装置１１０の動作例を説明する。基本的な動作は図３のタイミングチャートを用いて説明した動作と同様であり、以下では相違点であるデータ処理モード中の補助電流供給部１０２の動作を説明する。データ処理モードが開始されると、選択回路１０７は調整回路１０５から供給された電圧Ｖｏの値に応じて、選択回路１０７に接続された複数のＮＡＮＤ回路のうちの１つ以上へＨを供給し、残りへＬを供給する。選択回路１０７からＨが供給されたＮＡＮＤ回路に対してＨの入力信号Ｄａｔａが供給されると、ＮＡＮＤ回路の出力がＬからＨに変化する。それに応じてＮＡＮＤ回路に接続されたＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートの電位も変化し、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートと、ソース、ドレイン、およびバックゲートとの間の容量値に応じた補助電流ＩｘがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。入力信号ＤａｔａがＨからＬに変化した場合も選択回路１０７からＨが供給されたＮＡＮＤ回路に接続されたＭＯＳトランジスタＭＰ４からＭＯＳトランジスタのＭＰ１のゲートへ駆動電流Ｉｘが供給される。入力信号Ｄａｔａが何れの方向に変化した場合でも、補助電流ＩｘはＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートと他の電極との間の電圧の微分値に依存し、ＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲート電位の変化を促進する方向に流れるので、図２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３４】
選択回路１０７は電圧Ｖｏの値に対して正の相関を有する個数のＮＡＮＤ回路へＨを供給する。例えば、電圧Ｖｏの取り得る範囲を３分割する。１番小さな範囲に電圧Ｖｏが含まれる場合に、選択回路１０７は１つのＮＡＮＤ回路のみにＨを供給する。２番目の範囲に電圧Ｖｏが含まれる場合に、選択回路１０７は２つのＮＡＮＤ回路のみにＨを供給する。１番大きな範囲に電圧Ｖｏが含まれる場合に選択回路１０７はすべてのＮＡＮＤ回路にＨを供給する。これにより、駆動電流Ｉｄの値に段階的に依存する補助電流ＩｘがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。選択回路１０７は複数の基準電圧と複数のコンパレータとで構成されてもよいし、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）で構成されてもよい。
【００３５】
続いて、図５を用いて、図１の駆動回路１００の機能構成図を実現するための具体的な回路構成の別の例を説明する。図４の回路構成との相違点は補助電流供給部１０２及び制御部１０３であり、他の構成要素は同様であるため、以下では図４の回路構成との相違点を説明する。
【００３６】
図４の実施形態において、ＭＯＳトランジスタＭＰ４のソースおよびバックゲートは何れもＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、そのドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ４のゲートは対応するＮＡＮＤ回路の出力端子に接続される。ＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲートにはインバータＩＮＶ１を介して入力信号Ｄａｔａが供給され、このソースおよびバックゲートはＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、このドレインはＭＯＳトランジスタＭＰ２のゲートに接続される。
【００３７】
図５の発光装置１１０の図４の発光装置１１０と同様に動作し、同様の効果が得られる。図５の発光装置１１０では、ＭＯＳトランジスタＭＰ３のバックゲートがＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続されている。そのため、ＭＯＳトランジスタＭＰ３のゲート‐バックゲート間の電圧の微分値にゲート‐バックゲート間の容量を乗じた電流もＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートへ供給される。従って、カレントミラー回路を構成する２つのＭＯＳトランジスタＭＰ１、ＭＰ２のゲート同士を接続させるためのスイッチとして機能するＭＯＳトランジスタＭＰ３が補助電流を供給することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に同期して発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路であって、
制御端子を有し、前記制御端子の電位に依存して値が変化する駆動電流を前記発光素子へ供給する駆動電流供給部と、
前記入力信号に同期して前記制御端子の電位を変化させることによって、前記発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える制御部と、
前記制御端子の電位の変化を促進する補助電流を前記制御端子へ供給する補助電流供給部と
を備え、
前記補助電流供給部はキャパシタを有し、前記入力信号に同期して前記キャパシタに印加される電圧が変化し、前記キャパシタの電圧変化によって前記補助電流が生成される
ことを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記駆動電流供給部は第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタを有し、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートが前記制御端子として機能し、
前記制御部は、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと前記第２ＭＯＳトランジスタのゲートとを接続するための第３ＭＯＳトランジスタを有し、前記発光素子を点灯状態にする場合に、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと前記第２ＭＯＳトランジスタのゲートとを接続してカレントミラー回路を構成し、前記発光素子を消灯状態にする場合に、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと前記第２ＭＯＳトランジスタのゲートとを切断して前記カレントミラー回路を解除し、
前記駆動電流供給部は、前記カレントミラー回路が構成された場合に、前記第２ＭＯＳトランジスタへ供給されている電流に依存する電流を前記第１ＭＯＳトランジスタから前記駆動電流として前記発光素子へ供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記第３ＭＯＳトランジスタのバックゲートは前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、
前記第３ＭＯＳトランジスタのゲート電位は前記入力信号に同期して変化する
ことを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記補助電流供給部は前記キャパシタとして機能する第４ＭＯＳトランジスタを有し、
前記第４ＭＯＳトランジスタのゲート電位は前記入力信号に同期して変化し、当該ゲート電位が変化することにより前記第４ＭＯＳトランジスタのソース、ドレイン及びバックゲートの少なくとも何れかから前記補助電流が前記制御端子へ供給される
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記駆動電流による前記発光素子の発光量を測定する光電変換素子と、前記駆動電流供給部が供給する前記駆動電流の値を調整して、前記測定された発光量を所定の値にする調整回路とを有する調整部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動回路。
【請求項６】
前記キャパシタは、前記調整回路により容量値が変更可能な可変キャパシタであり、
前記調整回路は、前記測定された発光量を所定の値にするための前記駆動電流の値が大きいほど前記可変キャパシタの容量値を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記補助電流供給部は、選択回路と、前記キャパシタとして機能する複数の第４ＭＯＳトランジスタとを有し、
前記選択回路は、前記複数の第４ＭＯＳトランジスタのうちの１つ以上の第４ＭＯＳトランジスタのゲート電位を前記入力信号に同期して変化させ、当該ゲート電位が変化することにより前記第４ＭＯＳトランジスタのソース、ドレイン及びバックゲートの少なくとも何れかから前記補助電流が前記制御端子へ供給され、
前記選択回路は、前記測定された発光量を所定の値にするための前記駆動電流の値が大きいほど多くの個数の前記第４ＭＯＳトランジスタのゲート電位を変化させる
ことを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
【請求項８】
発光素子と、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の駆動回路と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項１】
入力信号に同期して発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える駆動回路であって、
制御端子を有し、前記制御端子の電位に依存して値が変化する駆動電流を前記発光素子へ供給する駆動電流供給部と、
前記入力信号に同期して前記制御端子の電位を変化させることによって、前記発光素子の点灯状態と消灯状態とを切り替える制御部と、
前記制御端子の電位の変化を促進する補助電流を前記制御端子へ供給する補助電流供給部と
を備え、
前記補助電流供給部はキャパシタを有し、前記入力信号に同期して前記キャパシタに印加される電圧が変化し、前記キャパシタの電圧変化によって前記補助電流が生成される
ことを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記駆動電流供給部は第１ＭＯＳトランジスタ及び第２ＭＯＳトランジスタを有し、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートが前記制御端子として機能し、
前記制御部は、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと前記第２ＭＯＳトランジスタのゲートとを接続するための第３ＭＯＳトランジスタを有し、前記発光素子を点灯状態にする場合に、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと前記第２ＭＯＳトランジスタのゲートとを接続してカレントミラー回路を構成し、前記発光素子を消灯状態にする場合に、前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートと前記第２ＭＯＳトランジスタのゲートとを切断して前記カレントミラー回路を解除し、
前記駆動電流供給部は、前記カレントミラー回路が構成された場合に、前記第２ＭＯＳトランジスタへ供給されている電流に依存する電流を前記第１ＭＯＳトランジスタから前記駆動電流として前記発光素子へ供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記第３ＭＯＳトランジスタのバックゲートは前記第１ＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、
前記第３ＭＯＳトランジスタのゲート電位は前記入力信号に同期して変化する
ことを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記補助電流供給部は前記キャパシタとして機能する第４ＭＯＳトランジスタを有し、
前記第４ＭＯＳトランジスタのゲート電位は前記入力信号に同期して変化し、当該ゲート電位が変化することにより前記第４ＭＯＳトランジスタのソース、ドレイン及びバックゲートの少なくとも何れかから前記補助電流が前記制御端子へ供給される
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記駆動電流による前記発光素子の発光量を測定する光電変換素子と、前記駆動電流供給部が供給する前記駆動電流の値を調整して、前記測定された発光量を所定の値にする調整回路とを有する調整部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の駆動回路。
【請求項６】
前記キャパシタは、前記調整回路により容量値が変更可能な可変キャパシタであり、
前記調整回路は、前記測定された発光量を所定の値にするための前記駆動電流の値が大きいほど前記可変キャパシタの容量値を大きくすることを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記補助電流供給部は、選択回路と、前記キャパシタとして機能する複数の第４ＭＯＳトランジスタとを有し、
前記選択回路は、前記複数の第４ＭＯＳトランジスタのうちの１つ以上の第４ＭＯＳトランジスタのゲート電位を前記入力信号に同期して変化させ、当該ゲート電位が変化することにより前記第４ＭＯＳトランジスタのソース、ドレイン及びバックゲートの少なくとも何れかから前記補助電流が前記制御端子へ供給され、
前記選択回路は、前記測定された発光量を所定の値にするための前記駆動電流の値が大きいほど多くの個数の前記第４ＭＯＳトランジスタのゲート電位を変化させる
ことを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。
【請求項８】
発光素子と、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の駆動回路と
を備えることを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１０２８２（Ｐ２０１３−１１０２８２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４４５８（Ｐ２０１１−２５４４５８）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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