专利名称：用于测量发光元件的正向电压降的方法和装置、光源装置和热敏式打印机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量通过发光元件的正向电压降的方法和装置、光源装置和使用该光源装置的直接热敏式打印机。
背景技术：
带有由许多发光元件、尤其是由发光二极管(LED)组成的LED阵列的光源装置已众所周知，例如日本公开专利申请No.2003-332624。在很多应用中使用这种光源装置，例如照明设备或者显示设备。
LED阵列是一个由M行N列的LEDs组成的矩阵阵列，其中复数“M”个LEDs彼此串联在一起形成一列，复数“N”个这样的列彼此并排连接。另外，每一个列上串联一个开关晶体管，因此发光元件就能够以列为单位进行打开和关断。
当电流正向流过LED时，例如从它的阳极流向阴极，就会出现电压降。因此将此种电压降称为正向电压降，在下文中用VF表示。通过一列的正向电压降在下文中用VFL表示，其值等于通过该LED列的各个元件的正向电压降之和。如果施加到一个LED列的电压小于该列的正向电压降值VFL，该列的LEDs就不会被打开。因此，一个驱动电压VLED的值被预置为比VFL值高。具体的说，驱动电压VLED被定义为一个通过多次合计平均值而获得的值，考虑到每个LEDs之间存在差异，其中的平均值是一个LED的平均电压降VFAVE加上一个差数，其中的次数等于一个LED列中LED的数目。因此，通过LED列的驱动电压VLED和实际电压降VFL之间是有差值的，这个差值就是电力的损耗。一列中的LEDs数目越多，电力损耗就越大，以至于对其不可忽略不计。
为了将电力损耗最小化，最好是测量每个单独的LED列的正向电压降VFL，并依据这些测量得到的VFL值中的最大值确定驱动电压VLED。因此，在上述现有技术中披露的光源装置测量通过每个开关晶体管的电压Vt，并依据测量得到的电压Vt中的最小值控制驱动电压VLED。由于开关晶体管是串联在LED列上的，所以通过包括开关晶体管的整列的总电压降被定义为VFL+Vt。因此，根据电压Vt的最小值控制驱动电压VLED也就是根据电压降VFL的最大值控制驱动电压VLED。
测量通过每个单独的列的电压降VFL允许在测量值的基础上检查每列中的断开的LEDs的数目。如上所述，众所周知通过一个LED的平均电压降VFAVE是一个近似值，可以依据组成一个LED列的LEDs的数目估计通过该列的平均电压降VFAVE。这个通过一个LED列的平均电压降VFAVE用于作为一个参考值与实际测量得到的每列的电压降VFL相比较，以此检测在这列中有多少LEDs是断开的。例如，有一列串联了三个LEDs，如果实际测量得到的通过该列的电压降VFL少于平均电压降VFAVE的2/3，就可估计三个LEDs中有一个是断开的。
用这种方法，测量通过每列的电压降VFL可以适当地控制驱动电压VLED，并且可以检测任何LEDs的故障。如同在上述现有技术中提及的，光源装置通过使用独立地配线连接LED列和电压检测电路从而来检测通过每个开关晶体管的电压Vt。
根据日本公开专利申请No.5-212905和日本专利No.2936301，在一个光源装置中，通过一个LED列的电压降VFL是通过提供给每个LED列一个用于电压检测的电路元件，例如一个二极管或者一个光耦合器来测量的。
可是，在一些光源装置的应用中，存在着这样的情形，大量的LEDs必须被高密度地设置在一个基板上，这样LEDs之间的间距必须尽可能的小。如同上述现有技术一样，为了检测电压给LED列独立地配线，或者给他们提供独立地电压检测单元，这将阻碍制造一个高密度的LED矩阵，因为配线或者电压检测单元将占据基板安装面上的一定的空间，而且使得其结构复杂。
发明内容
根据上述，本发明的一个主要目的是提供一种用于测量通过一个半导体、尤其是一个发光元件的正向电压降的方法和装置，其中的发光元件结构简单、不需要给每个发光元件的独立列连接任何复杂电路，这样就允许发光元件的高密度配置。
本发明还有一个目的是提供一种使用了本发明中的正向电压降测量装置的高密度光源装置，和一种使用这种光源装置的直接热敏式打印机。
为了在测量一个半导体阵列的正向电压降的方法中达到上述的和其他的目的，其中半导体阵列由彼此串联在一起形成半导体列的许多列组成，各列彼此并联，本发明公开了具有下述步骤的方法向一个与半导体列并联的电容器充电；选择半导体列中的一个列，经过该列将该电容器放电；在电容器放电过程中的一个时刻或者在放电结束的时候，测量通过电容器的电压；根据测量得到的电压检测一个通过被选择的列的正向电压降。
根据本发明，用于检测一个发光元件阵列的正向电压降的测量装置，其中该发光元件阵列由发光元件彼此串联而形成的许多列组成，各列彼此并联，包括一个与发光元件列并联的电容器；使被选择的发光元件列导通的导体开关；为电容器和发光元件提供电力的电源电路；打开和关断电源电路的电源开关；测量设备，用于打开电源开关给电容器充电、然后关断电源开关、打开一个被选择的导体开关使得相应的一个发光元件列导通、从而通过发光元件的导通列使电容器放电，其中测量设备根据通过电容器的一个电压测量通过导通列的正向电压降，该电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在放电结束的时候测量得到的。
一个光源装置包括一个发光元件阵列，该发光元件阵列由发光元件彼此串联在一起形成的许多列组成，各列彼此并联；一个电源电路，用于给发光元件列提供电力；分别串联在每个发光元件列从而使得被选择的发光元件列电导通的导体开关。该光源装置还包括一个电容器，与发光元件列并联，该电容器通过从电源电路提供的电力充电；一个电源开关，用于将电源电路的电能切换给电容器；一个测量设备，用于打开电源开关给电容器充电，然后关断电源开关，打开一个被选择的导体开关以使得相应的发光元件列导通，从而通过该发光元件导通的列使电容器放电，其中测量设备根据通过电容器的电压测量通过导通列的正向电压降，该电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在放电结束的时候测量得到的。
根据一个优选实施例，光源装置进一步包括一个设备，该设备根据由测量设备测量得到的通过一个发光元件列的正向电压降来确定该列的驱动电压。
根据另一个优选实施例，光源装置进一步还包括一个故障判断设备，该设备用于根据测量设备测量得到的正向电压降值来判断发光元件列发生的是哪种故障。
故障判断设备还用于打开相应的导体开关使得被选择的发光元件列导通，从而对通过被选择的导通列使电容器放电，并根据通过电容器的电压检测被选择的列中是否有故障的列，所述电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在放电结束的时候测量得到的。在本实施例中，当故障判断设备判断出被选择的列中某列有故障，故障判断设备就确定这些有故障的列，并根据通过各个被选择的列的正向电压降值判断被确定为有故障的列的故障内容。
根据一个进一步的优选实施例，发光元件阵列包括很多光组光组，每个光组光组由至少一个发光元件的主列和至少一个发光元件的备份列组成，这样，当断定主列有故障时，属于同一各光组中的其中一个备份列就由于主列有故障而被打开。这样，即使发光元件的任意主列出现故障，光源装置也能够继续工作。
本发明的上述的和其他的目的和优点在下述结合附图对优选实施例的详细描述中更加明确，其中所有的图中相同的附图标记指示相同或相关部分。
图1是本发明一个实施例的彩色直接热敏式打印机的示意图；图2是一个光学定影设备的光发射表面的说明图；图3是一个发光元件的光谱曲线图和一个光学滤光器的透光曲线图；图4是用于控制光学定影设备的电路框图；
图5是在测量电压降期间的信号输出波形的波形图；图6是在测量电压降期间通过电容器的电压的坐标图；图7是一序列电压降测量的流程图；图8是根据测量得到的电压降值来判断LEDs列的故障的示例的图表；图9是根据一个测量得到的电压降值判断一序列故障流程图；图10A是一个LED列的电流-电压曲线的坐标图；图10B是根据图10A的电流-电压曲线解说解释电压降的测量的坐标图；图11是根据参考LED列解说电压降的测量的坐标图；图12是一个LEDs互相交错的光学定影设备的说明图；图13是一个具有光组的光源装置的一部分的说明图，其中的每个光组由发光元件的一个主列和发光元件的一个备份列组成；图.14是处理图13中的光源装置中的故障的流程图；具体实施方式
如图1所示，为一个使用了本发明的光源装置作为光学定影设备16的光源的彩色直接热敏式打印机10。
热敏式打印机10从存储有通过数码相机或其他类似物拍摄得到的图像数据的存储卡101中或者从一个个人电脑102中读出图像数据，并将图像打印到彩色热敏记录纸11上。
众所周知，热敏记录纸11有热敏着色层，用于使三种颜色形成在一个底图上，且一种着色层在另一种着色层之上。最上层的热敏着色层的热敏度最高，并用最低的热能显影黄色，反之，最底层的着色层的热敏度最低，并且用最高的热能显影青色。
当曝光于黄色定影光束、即具有一个大约420nm的光发射峰的兰-紫射线时，最高层黄色着色层失去它的着色能力。当曝光于红紫色定影光束、即具有一个大约365nm的光发射峰的射线时，中间的着色层失去它的着色能力。热敏式打印机10在热敏记录纸11上执行全色图像的热敏记录，前后移动热敏记录纸11并光学地定影着色层。
系统控制器100由CPU、ROM、RAM和其他部件组成，用于根据来自于控制台105的命令信号控制热敏式打印机10的整个操作。读卡器103从存储卡101中读取图像数据。通信接口104由用于通信电缆、通信控制电路等的连接器组成，用于从个人电脑102中读取图像数据。
读入到热敏式打印机10中的图像数据被存储到一个帧存储器106中。热敏式打印机10配置有一个液晶显示(LCD)面板107，用于显示打印图像的预览、控制菜单屏幕和包括指示和警报在内的多种信息。视频输出电路108将包括存储在帧存储器106中的图像数据和控制菜单数据在内的数字数据转换为模拟视频信号，并输出该视频信号到LCD面板107。指示灯110是一个用于指示电源的开-关状态和热敏式打印机10的其他部分的操作模式的灯。电源电路32将商用电供给热敏式打印机10的各个部分。
热敏头12被布置在热敏记录纸11的纸通道之上，承纸卷轴13被布置在从热敏头12穿过纸通道的位置，这样就可以从热敏记录纸11的背侧支撑纸。热敏头12有一个由大量加热元件沿着一个主扫描方向、即与热敏记录纸11的横向同向排列组成的加热元件阵列12a。热敏元件阵列12a按压热敏记录纸11以加热着色层来顺序的从顶层到底层显影各种颜色，从而记录全色图像的黄色、红紫色和青色的帧。
系统控制器100配置有一个用于控制热敏头12的热敏头控制器111。热敏头控制器111从视频输出电路108中逐行读出图像数据，将每行的图像数据生成驱动数据，再将该驱动数据发送给热敏头12。根据该驱动数据，驱动热敏头12，根据一行的象素的层次从各个加热元件产生不同量的热能。热敏头12产生的热能使得热敏记录纸11着色。
热敏记录纸11的着色密度不仅与从加热元件阵列12a产生的热能有关，还与聚积在热敏头12上或者承纸卷轴13上以及打印机10内的大气温度的热能有关。由于这个原因，热敏式打印机10配备了温度传感器112、113和114，分别用于测量热敏头12的温度、承纸卷轴13的温度和打印机10内的大气温度。从这些温度传感器112至114中传出的信号被发送到温度计电路115。温度计电路115将来自于各个传感器112至114的温度信号转换为数字温度数据，然后将数字温度数据输入到热敏头控制器111。热敏头控制器111根据这些温度数据更正图像数据。从而，从加热元件阵列12a产生的热能被控制而使得热敏记录纸11以合适的密度着色。
送纸辊轴对14和光学定影设备16被布置在热敏头12后面、纸通道的前进方向上。送纸辊轴对14沿着从扫描方向、即与热敏记录纸的纵向同向的方向夹起并填送热敏记录纸11。当热敏记录纸11沿着从扫描方向被填送时，热敏记录纸11穿过热敏头12和光学定影设备16，从而用于热敏记录和光学定影。
送纸辊轴对14被驱动电动机118驱动。例如，驱动电动机118是一个步进电动机，并通过一个电动机驱动器119连接到系统控制器100。系统控制器100控制驱动电动机118的旋转度和速度，从而控制热敏记录纸11的传送长度和速度。
在通过热敏头12记录了各个颜色帧后，光学定影设备16用特定波长范围的定影光束照亮热敏记录纸11，该波长范围适合黄色和红紫色热敏着色层。光学定影设备16由系统控制器100中的照明控制器31控制。
如图2所示，光学定影设备16包括一个带有印刷电路的基板18，一个由在基板18上排列成矩阵的大量LEDs21组成的加热元件阵列。这些LEDs21中的三个排列在从扫描方向，彼此串联在一起，形成一个LED列L，所以“n”个LED列L1到Ln(n是一个正整数)被并排列在主扫描方向上。LED列L1到Ln彼此并联，各自独立地打开和关断，也即是各自独立于其他的LED列。如下所述，热敏打印机10有一个用于测量通过各个LED列的正向电压降VFL的VFL测量模式，。根据测量得到的VFL值，热敏式打印机10控制光学定影设备16的驱动电压。
如图3中的实线所示，LED21是一个有光发射峰为大约365nm和大约420nm的蓝色LED，所以从LED21发射出来的光包括用于红紫色定影(大约365nm)和用于黄色定影(420nm)的光束。参见图1，光学定影设备16的滤光器17是一个紫外过滤滤光器，用于过滤掉波长低于400nm上下的光束，也就是在紫外范围内的光束，如图3中的虚线所示。滤光器17在光学定影设备16的光发射表面和纸通道之间的插入位置可以移进移出。当黄色着色层进行光学定影时，滤光器17移动到插入位置。然后，在来自于光学定影设备16的光束中，那些在紫外范围内的、包括红紫色定影光束，都被滤光器17过滤掉，所以只有黄色定影光束被投射到热敏记录纸11上。其结果是，只有黄色着色层被光学定影，而红紫色着色层没有被光学定影。
对于红紫色着色层的光学定影，滤光器17从光学定影设备16的光发射表明的前面缩回，这样黄色定影光束和红紫色定影光束都被投射到热敏记录纸11上。由于黄色着色层已经在红紫色定影程序之前定影，投射黄色定影光束到热敏记录纸11上没有任何问题。
图4是热敏式打印机10的电子电路。光学定影设备16被连接到照明控制器31和电源电路32。LED列L1到Ln分别配有用作导体开关的晶体管Tr1到Trn，晶体管Tr1到Trn用于分别使得LED列L1到Ln导通。晶体管Tr1到Trn各自与相应的LED列的LEDs21串联。照明控制器31能够分别打开和关断晶体管Tr1到Trn，以此分别控制各列的LEDs21发光。这些晶体管Tr1到Trn是利用没有图示出来的电流镜像电路的恒定电流源，因此它们可以根据来自于电源电路32的电压流出恒定电流。
“与”门阵列41的输出端分别连接到晶体管Tr1到Trn的基极。LED列L1到Ln各自被周期性地产生的脉冲信号驱动。照明控制器31输出一个选通信号到“与”门阵列41，用于定义各个LED列L1到Ln的最大发光频率。选通信号是一个由一系列脉冲组成的脉冲信号，其中每个脉冲有一个预定的脉冲宽度，并产生一个预定的时间间隔。选通信号定义在一个热敏记录纸11前进了相应于一行的长度的周期内每个LED列L1到Ln的最大发光次数，同时定义每一个脉冲的发光时间的长度。“与”门阵列41的输入端各自通过一个闩锁阵列42连接到一个移位寄存器43。照明控制器31通过输出驱动数据给各个LED列L1到Ln从而控制每个LED列L1到Ln的发光频率。
驱动数据是具有二进制值“1”和“0”的二进制数据，它根据选通信号的脉冲时间间隔被输出。所有的LED列L1到Ln的驱动数据与时钟信号同步地串行输入到移位寄存器43。每个LED列的驱动数据在移位寄存器43内移位，并被转换为并行驱动数据。并行驱动数据与时钟信号同步地被传输到闩锁阵列42。闩锁阵列42保存这些传输过来的驱动数据。保存在闩锁阵列42中的驱动数据与一个闩锁信号同步地输入到“与”门阵列41。在选通信号的高电平期间、驱动信号为“1”时，“与”门阵列41输出一个高电平信号H。一旦收到来自于“与”门阵列41的高电平信号H，晶体管Tr1到Trn分别打开去激活并联的LED列L1到Ln的LEDs21。当驱动数据是“0”时，“与”门阵列41输出一个低电平信号L，相应的晶体管Tr1到Trn不打开，相应的LED列L1到Ln的LEDs21也不被激活。照明控制器31通过改变每个LED列的驱动数据控制每个LED列的发光频率。
控制各个LED列L1到Ln的发光频率允许更改LED列L1到Ln的发光强度，或者叫做光照度，从而使得通过主扫描方向的光照度的分布均等。每个LED列L1到Ln之间的光照度的变化可以通过一个检测程序检测到，或者使用一个未标出的光照度传感器来检测LED列L1到Ln各列的光照度，该传感器可以布置在光学定影设备附近或者直接布置在光学定影设备上。照明控制器31根据测量得到的LED列L1到Ln的实际光照度来通过控制LED列L1到Ln的光频率从而更正光照度的不均匀。
电容器50与LED列L1到Ln和电源电路32并联。电源电路由一个开关Sb、一个整流电路52和一个稳压电路54构成。开关Sb是一个电源开关，用于连接或断开电源电路。开关Sb在打印模式期间持续闭合，在测量正向电压降(VFL)模式期间被照明控制器31控制着打开或关断，从而测量通过LED列L1到Ln的各个电压降VFL1至VFLn。
电容器50的一个接线端连接到缓冲放大器55的正向输入端，该缓冲放大器55的反向输入端接地。缓冲放大器55用于检测通过电容器50的电压，并将通过电容器50正向输入端的电压放大，输出到照明控制器31的一个VFL测量部分31a。
图5表示在VFL测量模式的信号输出。在VFL测量模式，开关Sb闭合，即打开，首先，给电容器50充电。在充电的时候，所有的晶体管Tr1至Trn维持断开状态。为了测量第一个LED列L1的正向电压降VFL，第一个LED列L1的驱动数据被置为“1”，而其它LED列L2至Ln的驱动数据被置为“0”。这些驱动数据被输入到移位寄存器43。然后以与时钟信号同步的方式从移位寄存器43传输到闩锁阵列42。驱动数据再从闩锁阵列42与闩锁信号同步地输入到“与”门阵列41。在电容器50充电完成之后，选通信号上升到高电平，从而开关Sb被断开，即关断。由于只有第一个LED列L1的驱动数据是“1”，所以只有第一个LED列L1的晶体管Tr1打开。然后，电容器50通过第一个LED列L1放电。在电容器50放电期间缓冲放大器55同步地输出通过电容器50的电压到VFL测量部分31a。
图6为在电容器50放电期间通过它的电压的坐标图。假定当电容器50被充满电的时候、即放电之前的瞬间，电容器50两端的电压V是V＝VO，随着放电，电压V逐渐下降。当在一个时刻Tx放电结束，电压V停止下降。在放电结束时测量得到的电压V作为第一个LED列L1的正向电压降VFL1。其他各列L2至Ln的正向电压降值VFL2至VFLn也是用与测量第一个LED列L1的正向电压降相同的方法而测量得到。一旦电容器50被充电，电容器50的电压V不再下降到零而是停止在各个被测量的LED列的正向电压降值VFL。所以电容器50在下一次充电的时候从这个值VFL开始充电。
测量得到的值VFL1至VFLn被写入到RAM 31b。56指示的是一个RAM31b的备份电池。正是由于这个电池56，当打印机10关断电源的时候写入RAM31b中的数据可以被保存下来。当然，也有可能由电源电路32代替电池56为RAM31b供电。RAM31b也可以用不需要供电也可以保存存储数据的EEPROM代替。
照明控制器31选择测量得到的LED列L1至Ln的电压降值VFL1至VFLn中的最大值，并根据这个最大值确定光学定影设备16的驱动电压VLED。驱动电压VLED通过下述等式确定VLED＝VFLmax+Vt+a …(1)其中VFLmax是测量得到的值VFL2至VFLn中的最大值，Vt是通过晶体管Tr的电压降，a是一个恒定电流控制的补偿数。例如，a＝0.5V。
在工厂中驱动电压VLED可以以上述记载的方式被调整，在光学定影设备16的整个使用过程中都可以用这个调整过的值VLED。然后，由于随着LEDs21的老化正向电压降VFL有下降趋势，所以最好是在每次打印机10打开电源时都测量各个LED列的L1至Ln的正向电压值VFL1至VFLn，并调整驱动电压VLED。然后，光学定影设备16被调整过的驱动电压VLED驱动，该驱动电压VLED是根据由于老化而带来的正电电压降值VFL的变化而适当地调整的。这样，由于老化而引起的电源的损耗可以被最小化。更进一步地，上述配置不需要给每个LED列提供任何用于测量通过每个LED列的正向电压降的配线或电路单元。而且，上述配置很简单，不会阻碍LED21的高密度布置。
下面根据图7的流程图描述上述配置的操作。
当打印机10打开电源开关时，VFL测量模式被激活，开始执行VFL的测量。在这个VFL测量模式，如图6所示，开关Sb首先被打开以给电容器50充电。等到电容器50充电结束，开关Sb被关断，只有连接到第一个LED列的晶体管Tr1被打开。然后电容器50开始放电。通过电容器50的电压V被同步地输入到VFL测量部分31a，当在时刻Tx即放电结束时，该VFL测量部分31a测量通过电容器50的电压V，并将该测量得到的电压V作为通过第一个LED列L1的正向电压降写入到RAM31b。通过其它列L2至Ln的正向电压降VFL2至VFLn也以同样的方式被测量并写入到RAM31b。根据测量得到的值VFL1至VFLn中的最大值，利用上述等式计算出驱动电压VLED。
在VFL测量结束的时候，打印机10切换到打印模式，该模式中，根据打印命令开始一个打印序列。首先，热敏记录纸11被取出，热敏头12热读出一个图像的一个黄色帧。热敏记录纸11有黄色帧记录在其上的部分被送到光学定影设备16以定影黄色帧。在黄色帧被定影期间，滤光器17处于插入的位置，所以只有黄色定影光束被投射到热敏记录纸11上。由于光学定影设备16是被驱动电压VLED驱动、而该驱动电压VLED的值是在VFL测量模式时被确定的，所以电源的损耗减少。由于光学定影设备16对每个LED列L1至Ln的光照度是独立地调整的，所以执行光学定影时就不存在光照度的不均匀现象。
黄色定影之后，热敏记录纸11在后退方向上移动一次直到热敏记录纸11的开始记录的部分到达热敏头12。然后，热敏记录纸11再次在前进方向上移动，此时红紫色帧开始记录。在热敏记录纸11向后移动的过程中，滤光器17移动到缩回的位置。在红紫色帧被热记录之后，热敏记录纸11的有黄色和红紫色帧记录在其上的部分继续移动到光学定影设备16以便光学定影红紫色帧。在红紫色帧被定影期间，光学定影设备16是被驱动电源VLED驱动的，该驱动电压VLED以与上述黄色定影相同的方法被确定，所以电源的损耗也减少了。
红紫色定影之后，热敏记录纸11再次在后退方向上移动。然后，当热敏记录纸11第三次在前进方向上移动时，一个青色帧被热敏记录。用这种方法，热敏记录纸11就有了一个由黄色、红紫色和蓝色帧记录在其上形成的全色图像，然后被打印机吐出。
在上述实施例中，测量得到的各个LED列L1至Ln的正向电压降值VFL1至VFLn被用于控制驱动电压VLED。也可以用这些测量得到的正向电压降值VFL1至VFLn判断LED列L1至Ln中的哪个出了故障。
如图8所示，倘若将一个LED21的平均正向电压降用VFAVE表示，因而一个由三个普通LEDs组成LED列的正向电压降VFL大约为3VFAVE。相应的，如果测量得到的正向电压降VFL不低于2.5VFAVE而低于值VO(参见图6)，LED列能够被判断为正常。如果测量得到的正向电压降VFL不低于1.5VFAVE而低于2.5VFAVE，则可以判断出三个LEDs中的其中一个短路了。同样的，如果测量得到的正向电压降VFL不低于0.5VFAVE而低于1.5VFAVE，则可以判断出三个LEDs中的其中两个短路了。如果测量得到的正向电压降VFL不低于零而低于0.5VFAVE，则可以判断出三个LEDs全部都短路了。如果即便是在电容器50放电之后正向电压降值VFL仍然保持在值VO，则可以判断出光学定影设备内部出现故障了。
图9为关于光学定影设备16的故障判断顺序的流程图。照明控制器31首先预置列数为零。照明控制器31计数LED列的列数“i”，其中i＝1至n。被预置为零之后，列计数器被置为“1”。然后从RAM31b中读出正向电压降值VFLi、即此时的第一个LED列L1的值VFL1。如果该值VFLi高于零并低于0.5VFAVE，则可以判断出LED列Li的三个LEDs全部都短路了。如果该值VFLi不低于0.5VFAVE而低于1.5VFAVE，则可以判断出LED列Li的三个LEDs中的两个短路了。如果该值VFLi不低于1.5VFAVE而低于2.5VFAVE，则可以判断出LED列Li的三个LEDs中的一个短路了。如果该值VFLi＝VO，则可以判断出光学定影设备16出现故障了。当检测出上述任何一个故障时，检测出的故障内容被写入到RAM31b。
在对第一个LED列L1执行完故障判断之后，照明控制器31将列计数器中的计数加“1”，并从RAM31b中读出通过第二个LED列L2的正向电压降值VFL2以执行第二个LED列L2的故障判断。用这种方法，照明控制器31重复执行故障判断直到判断最后一个LED列Ln的故障。当所有的LED列L1至Ln的故障判断都执行完，如果有一些LED列被判断出存在故障，则驱动LED面板107来显示通报故障的信息。还可以用指示灯10的发光来代替显示该信息或者附加显示该信息。
根据故障的级别，如果打印程序没有修正而继续执行，由于缺少光学定影光将会出现不能够以足够好的质量打印图像的情形。因此，如果故障的等级超出了一个给定的门限值，例如，如果两个或者更多的LEDs短路或者光学定影设备16出现故障，照明控制器31显示一个信息去提示替换有问题的LEDs，并且停止随后的打印程序。即便故障等级低于给定的门限值，例如当只有一个LED短路，光学定影设备16的光照度也不可避免的降低，所以最好是提高有问题的LED列或者有问题的LED列周围的列的照明度以便补偿照明度的降低。
在上述实施例中，每个LED列的正向电压降被测量来判断每个LED列的故障内容。另外，还可以首先检测在被选择的LED列中是否存在有故障的LED列，然后只有当确定被选择的LED列中至少有一个是有故障的时候再判断故障内容。无论是否能够确定LED列中是否有故障，电容器只放电一次。如果所有被选择的LED列都是正常的，就没有必要再对这些LED列的每一个执行故障判断。也就是，只有在需要的时候，才执行对故障内容的判断。因此，在判断每个LED列的故障内容之前先检测被选择的LED列中是否存在一个有故障的列能够节省测量通过正常的LED列的电压降的不必要的时间。所以这种方法提高了故障判断的效率。
用这种方法，照明控制器给电容器充电，然后打开许多被选择的LED列的导体开关，从而通过这些LED列给电容器放电。根据在电容器放电结束时通过电容器的电压确定被选择的LED列中是否有存在故障的列。
如果在放电之后通过电容器的电压V在图8所示的正向电压降VFL的正常范围之内，例如2.5VFAVE＝V＜VO，即可断定所有被选择的LED列都是正常的。如果通过电容器的电压V低于正常范围，即可断定被选择的LED列中至少有一个是有故障的，虽然还不能断定是那一列有故障。更进一步地，以在图8中记载的同样的方式，可以确定在有故障的列中有几个LEDs是短路的。例如，当1.5VFAVE＝V＜2.5VFAVE时，可以确定LEDs中有一个是短路的。当0＝V＜0.5VFAVE时，可以确定三个LEDs全部都短路了。当电压V保持在电平VO，可以断定被选择的所有LED列都有故障。
如果这些被选择的LED列中任何一个被断定有故障，那么通过每个被选择的LED列的正向电压降都被测量来以确定哪一个是有故障的、是哪种故障。一次被选择的用于故障判断的LED列的数目没有限制，可以选择所有的LED列，或者将LED列分为几组，逐组选择LED列。
可以在每次打印机打开电源时执行故障判断。当然也可以根据一个来自控制台的故障判断命令执行故障判断，或者以预定的时间间隔执行，或者当发光的总时间达到一个预定长度时执行，或者在这些时机之外的定时执行。
此外，通过将测量得到的每个LED列的正向电压降VFL作为一个与测量数据有关的记录存储起来可以看出LED21的寿命趋势。例如，将VFL值的记录与用于光学定影设备16的数据、即发光次数相比较，将会得到一个光学定影设备16发光多少次VFL值降低的大致趋势。然后将有可能估计LED21的老化速度，并预测更换LED21的时间。
更进一步地，测量得到的VFL值可以用于检测故障和各个LED列的老化状态。由于故障和老化会引起光照度的不均匀，所以可以根据LED列的各个VFL值更正不均匀度。
虽然上述VFL值是在放电开始起Tx时间时测量的，也就是说，在放电结束的时候测量得到的，但是也可以在一个合适的时间点Tn测量通过电容器的电压V从而检测VFL值。具体来说，通过一个LED列的电流I和施加到这个LED列的电压之间有一定关系，这种关系能够用近似的表示为图10A所示的特征坐标图，其中当所施加的电压V达到正向电压降值时电流I开始流过LED列，并随着电压V的升高线性上升，其倾斜度是一个微分电阻R。通过这个近似，如图10B所示的从电容器放电的电压曲线能够近似为一个放电函数，该函数在微分电阻R和电容器的电容量C之间有一个时间常数。
具体来讲，倘若在放电开始起T1时间时电压V达到一个值V1，并在放电开始T2时间时达到一个值V2，这些值V1、T1、V2、T2就可以用下面的等式表示V1-VFL＝(VO-VFL)·exp(-T1/C·R) …(2)V2-VFL＝(VO-VFL)·exp(-T2/C·R) …(3)将等式(2)的两边除以等式(3)相应的两边将得到下面的等式(V1-VFL)/(V2-VFL)＝exp·(T2-T1/C·R) …(4)解等式(4)求出VFL的值将得到下面的等式VFL＝{V1-V2·exp(T2-T1)/C·R}}/{1-exp·((T2-T1)/C·R)} …(5)由于当T1＝0时V1＝VO，等式(5)可以变换为下面的等式VFL＝{VO-V2·exp(T2)/C·R}}/{1-exp·(T2/C·R)} …(6)如果电容器50的电容量C和LED列的微分电阻R是已知的，可以通过测量放电开始适当的时间T2时的电压得到电压值V2、根据等式(6)计算得到VFL值的近似值，这个时间T2比放电结束所需要的时间Tx短。
作为另外一种选择，一个参考LED列Lref可能与LED列L1至Ln并联，该参考LED列Lref的VFL值是已知的。然后，一旦测量得到在通过参考LED列Lref放电开始合适的时间T2后通过参考LED列Lref进行放电的电容器的电压Vr，则可以在甚至不知道那个LED列的微分电阻R值的情况下，都将有可能检测出每个LED列的VFL值。
参看图11，假设V2和Vr分别代表在放电开始合适的时间T2通过一个有问题的LED列L的电压和通过参考LED列Lref的电压，VFLref代表已知的通过参考LED列Lref的正向电压降值，那么可以得出下面的等式V2-VFL＝(VO-VFL)·exp(-T2/C·R) …(7)
Vr-VFL＝(VO-VFLref)·exp(-T2/C·R) …(8)通过对上述等式(7)和(8)的两边取自然对数，可以得到下述等式ln(V2-VFL)＝ln(VO-VFL)-T2/C·R …(9)ln(Vr-VFL)＝ln(VO-VFLref)-T2/C·R …(10)从上述等式(10)可以推导出下面的等式T2/C·R＝ln(VO-VFLref)-ln(Vr-VFL) …(11)等式(11)可以用等式(9)取代并以下面的方式进行处理ln(V2-VFL)-ln(VO-VFL)＝ln(Vr-VFLref)-ln(VO-VFLref)∴(V2-VFL)/(VO-VFL)＝(Vr-VFLref)/(VO-VFLref) …(12)假如(Vr-VFLref)/(VO-VFLref)＝Q，VFL值将可以通过下面的等式得到VFL＝(V2-Q·VO)/(1-Q) …(13)相应地，只要测量通过参考LED列Lref的电压Vr就可以用等式(13)推导计算出有问题的LED列L的VFL值。
虽然每列的LEDs21在图2所示的实施例中是沿着从扫描方向排列的，组成一列的LEDs只要是彼此串联地电连接在一起，也还可以排列成其他式样。例如，如图12所示，一个光学定影设备71可以包括一个由LEDs21组成的发光元件阵列，其中的LEDs21是彼此交错连接的。在这个实施例中，排列为在主扫描方向延伸的三行上的LEDs21中，第二行的LEDs21被放置在相邻行即第一行和第三行的LEDs之间的各自的插空位置。这样，发光元件阵列的LEDs21就彼此交错了。由于这个插空在两个相邻行的LEDs之间，所以各个LEDs21可以弥补光照度的降低，因此，这种排列阻止了在主扫描方向上的不均匀的光照度。
需要注意的是，串联为一列的LEDs的数目和行的数目不局限为三个，可以作适当变化。
虽然在上述实施例中，本发明的光源装置是用作热敏式打印机的光学定影设备，但是光源装置不仅仅可以应用于光学定影设备，还可以用于显示器、液晶显示器的背部照明、照明设备、信号灯、像机动车的指示灯一样的报警设备、等等。
在上述实施例中，如果任何一个LED列的故障等级很严重，光源装置就无效，也即是说，打印程序被中断。但是，在一些应用中是不允许停止操作的，例如光源装置被用作一个信号灯时。在这种情况下，最好是如图13所示，除了主LED列之外再一对一的提供备份LED列，这样，如果任何一个主LED列出现故障，相应的备份LED列就打开。
如图13所示的一个光源装置141由多个光组G1至Gn组成。光组G1至Gn中的每一个由一个主LED列Lnm和一个备份LED列Lnb组成，其中n是一个正整数。主LED列L1m至Lnm通常都是激活的，而备份LED列L1b至Lnb用于解救紧急状况，该状况即是主LED列L1m至Lnm有故障发生时。这些LED列不管是主的还是备份的都彼此并联。至于物理布线，一个光组的主LED列和备份LED列之间的间距比光组之间的间距小。由于备份LED列是用作同一光组的主LED列的一个备份或者替代品，最好是将在每个光组中的备份LED列尽可能的靠近主LED列。
在这个实施方式中，一个照明控制器以上文记载的同样的方式执行对每个光组的主LED列的故障判断。如果任何一个主LED列中存在故障，同一光组中的备份LED就被置为激活。
虽然如图13所示的光组由一个主LED列和一个备份LED列组成，但是每个光组可以由两个或者更多的主LED列和两个或者更多的备份LED列组成。
本发明的正向电压降测量方法和装置用于测量通过包括发光元件在内的任何种类的半导体的正向电压降。
因而，本发明不仅仅局限于上述实施例，相反的，在不脱离权利要求所述的本发明的范围和精神的任何改变都是可能的。
权利要求
1.一种用于测量由多个半导体彼此串联形成的多列半导体列组成的半导体阵列的正向电压降的正向电压降测量方法，其中，所述半导体列彼此并联，所述方法包括步骤为与所述半导体的所述列并联的电容器充电；通过从所述列中选择一列使电容器放电；在所述电容器放电过程中的一个时刻或者在放电结束的时刻测量通过所述电容器的电压；根据所述测量得到的电压检测通过所述被选择的列的正向电压降。
2.如权利要求1所述的正向电压降测量方法，其中所述半导体包括发光元件。
3.一种用于测量由许多发光元件彼此串联在一起形成的多个发光元件列组成的发光元件阵列的正向电压降的测量装置，其中，所述发光元件列彼此并联，所述测量装置包括与所述发光元件的所述列并联的电容器；用于使所述发光元件的所述列中被选择出来的列导通的导体开关；用于给所述电容器和所述发光元件的所述列提供电力的电源电路；用于打开和关断所述电源电路的电源开关；测量设备，用于打开电源开关以给所述电容器充电，然后关断所述电源开关，打开从所述导体开关中选择的导体开关，以使得所述发光元件的所述列中相应的一个导通，从而通过所述发光元件的所述导通列使所述电容器放电，其中所述测量设备根据通过所述电容器的电压测量通过所述导通列的一个正向电压降，所述电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在其放电结束的时候测量得到的。
4.如权利要求3所述的测量装置，其中所述导体开关是分别与所述发光元件的所述列串联的晶体管。
5.一个光源装置，包括由许多发光元件彼此串联在一起形成的多个发光元件列组成的发光元件阵列，所述发光元件列彼此并联；用于给所述发光元件的所述列提供电力的电源电路；分别与所述发光元件的所述列串联的导体开关，用于使从所述发光元件的所述列中选择的列导通；所述光源装置还包括与所述发光元件的所述列并联的电容器，，所述电容器由所述电源电路提供的电力充电；一个电源开关，用于将从所述电源电路提供给所述电容器的电力打开和关断；一个测量设备，用于打开所述电源开关以给所述电容器充电，然后，关闭所述电源开关，打开所述半导体开关中被选择的开关以使得所述发光元件列中相应的一列导通，从而通过所述发光元件的所述导通列使所述电容器放电，其中测量设备根据通过所述电容器的电压测量通过所述导通列的正向电压降，所述电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在放电结束的时刻测量得到的。
6.如权利要求5所述的光源装置，进一步包括一个设备，用于经过根据由所述测量设备测量得到的所述列的正向电压降值来确定所述发光元件的所述列的驱动电压。
7.如权利要求5所述的光源装置，进一步包括一个故障判断设备，用于根据由所述测量设备测量得到的正向电压降值确定所述发光元件的所述列的故障是哪种故障。
8.如权利要求7所述的光源装置，其中所述故障判断设备通过打开所述导体开关中相应的一个开关使得所述发光元件的所述列中被选择的列导通，通过所述导通列使所述电容器放电，并根据通过所述电容器的电压检测所述被选择的列中是否有存在故障的列，所述电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在放电结束的时刻测量得到的。
9.如权利要求8所述的光源装置，其中当所述故障判断设备判断出被选择的列中有存在故障的列时，所述故障判断设备确定所述有故障的列，并根据通过所述被选择的各个列的正向电压降确定所述确定为有故障的列的故障内容。
10.如权利要求7所述的光源装置，其中所述故障判断设备在每次接通电源的时候执行故障判断，和/或响应一个请求故障判断的命令时执行，和/或以固定的时间间隔执行，和/或当所述光源装置的总发光时间达到一个预定长度时执行。
11.如权利要求7所述的光源装置，其中所述发光元件阵列包括许多光组，每个所述光组由至少一个所述发光元件的主列和至少一个所述发光元件的备份列组成，因此当所述主列中的一列被判断为出现故障时，属于同一光组的所述备份列就作为所述有故障的主列被打开。
12.一个通过加热热敏记录纸将图像热记录于其上的直接热敏式打印机，该打印机包括一个用于投射定影光束到所述热敏记录纸上从而将图像定影于其上的光源装置，其中，所述光源装置包括一个发光元件阵列，该阵列由许多发光元件彼此串联形成的多个发光元件列组成，所述各列彼此并联；一个电源电路，用于给所述电容器和所述发光元件的所述列提供电力；分别与所述发光元件的所述列串联的导体开关，用于使所述发光元件的所述列中被选择出来的列导通；一个电容器，与所述发光元件的所述各列彼此并联，由所述电源电路提供的电力为所述电容器充电；一个电源开关，用于将从所述电源电路提供给电容器的电力打开和关断；一个测量设备，用于打开所述电源开关给所述电容器充电，然后，关闭所述电源开关，打开所述半导体开关中被选择的一个开关、使得所述发光元件的所述列中相应的一列导通，从而通过所述发光元件的所述导通列使所述电容器放电，其中所述测量设备根据通过所述电容器的一个电压测量通过所述导通列的正向电压降，所述电容器的电压是在其放电过程中的一个时刻测量得到的，或者是在放电结束的时刻测量得到的。
全文摘要
本发明公开了一种带有一个发光元件阵列的光学定影设备，该发光元件阵列由许多LEDs连接成矩阵而成。在每列中LEDs彼此串联，并且每个LED列彼此并联。晶体管分别与各个LED列串联，以便打开或关断相应的LED列。一个电容器并联于LED列。在通过打开一个开关给电容器充电之后，LED列中被选择的一列打开，通过这个被选择的LED列使电容器放电。根据在放电结束时通过电容器的电压测量通过该被选择的LED列的正向电压VFL。
文档编号H01L33/00GK1654968SQ200510001619
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月3日 优先权日2004年2月10日
发明者林淳司 申请人:富士胶片株式会社