CN1818806A - 发光二极管阵列曝光装置和使用该装置的成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED阵列曝光装置和使用该装置的成像装置，其中采用了安装有对应于像素的LED的一个或多个LED阵列芯片。考虑到LED阵列芯片之间的距离差异、感光器灵敏度和显影偏置电压，对LED的光强进行补偿，由此减小了图像密度差异以及沿着感光器旋转方向的黑色或白色纵向线条。补偿电路接收图像信号和感光器灵敏度，并根据预定的光强补偿值和LED阵列芯片距离补偿光强。经补偿的图像信号与时钟信号一起发送至LED阵列曝光装置。

Description

发光二极管阵列曝光装置和使用该装置的成像装置

技术领域

本发明涉及LED(发光二极管，Light Emitting Diode)阵列曝光装置和使用该装置的成像装置，其中即使LED阵列偏离像素布置，或者即使感光器本身的灵敏度(sensitivity)差异，或者感光器的灵敏度随温度而变化，都可使电子照相复印件的密度尽可能均匀。

背景技术

对于复印机、打印机和传真机，存在两种类型的成像系统，即，直接成像系统和间接成像系统。在直接成像系统中，图像直接形成在纸张上，其中图像在例如感光器之类的中间转印介质上被转印一次，从而最终被转印在纸上。除了家庭使用以外，使用普通纸张的间接成像系统得到广泛应用。

尽管在例如复印机的传统成像装置中对模拟图像信息采用模拟成像处理，但是近来，数字成像处理被普遍地用于数字图像信息，以便在记录介质上形成微小的点。在数字成像装置中，一组微小点的数字图像信息在经充电的感光器上曝光，以形成静电潜像，该潜像而后通过调色剂粉末被显影。调色剂图像最终被转印在例如纸张的记录介质上。

对于在感光器上曝光数字图像信息，存在有激光曝光装置和LED阵列曝光装置。激光曝光装置通过可旋转多角镜将来自激光二极管的激光束沿着感光器轴向方向(主扫描方向)扫描，而LED阵列曝光装置利用多个LED的线性阵列对感光器进行曝光，其中每个LED对应于数字图像的一个点。近来，LED阵列曝光装置得到广泛应用，因为它们尺寸更小，更便宜，容易控制，而且由于其非活动式的结构所以可靠性很高。

LED阵列曝光装置包括印刷电路板、安装在该印刷电路板上的LED阵列芯片、用于驱动LED阵列芯片的驱动IC以及一组多个透镜构成的透镜阵列，所述多个透镜布置在感光器和LED阵列芯片的发光表面之间，并将LED光聚焦在感光器上。

一个或多个LED阵列芯片布置在印刷电路板(PCB)上，以便对感光器的有效扫描宽度进行曝光，即，LED阵列芯片是用于在经充电的感光器上形成静电潜像的光源。安装LED的一个或多个LED阵列芯片线性布置。这里，每个微小的LED对应于要被记录的视频数据的微小像素。例如，对于600dpi的记录密度和A4大小的记录宽度，LED有5120个。

一个或多个驱动IC安装在PCB上或LED阵列芯片的外部，其驱动LED以发出光。透镜阵列是用于将LED光聚焦在感光器上的多个杆状透镜构成的束，所述感光器被LED光束的点曝光。

但是，来自每个LED的光强是有差异的。因此，记录质量下降，其表现为在已显影并定影在例如纸的记录介质上的图像上引入了密度差异或沿感光器旋转方向的纵向线条(黑色或白色)。因此，这种光强差异应该通过预定的光强补偿数据进行补偿，使得来自每个LED的光强都是相等的。

此外，当LED阵列芯片之间的芯片距离与标准距离相比太大或太小时，引入明显的纵向线条(白色或黑色)。即使将光强差异抑制在±2％以内，上述白色或黑色线条也表现得很显著。

此外，可以发现，密度差异根据感光器的灵敏度而变得显著。具体而言，当感光器的灵敏度较高并且芯片距离较小时，白色线条变得显著。另一方面，当感光器的灵敏度较低并且芯片距离较小时，黑色线条变得显著。尤其是，串联式(tandem)彩色成像装置在其色彩再现性方面受到不利影响，因为串联式彩色成像装置通过使用多个成像单元同时形成不同颜色的图像，所述多个成像单元中，每种颜色的感光器不同，并且如果对于每种颜色进行灵敏度补偿，则对于每种颜色，密度差异也变得不同。

因此，公开了各种方法，用于通过均化LED光强来防止图像质量下降。例如，JP8-39860A(1996)公开了一种用于LED打印头的光强补偿方法，其包括以下步骤：测量LED在预定驱动电流下的光强；为LED分配对应于光强的时间补偿位；以及根据驱动电流和时间补偿位计算曝光能量，从而获得目标能量。此外JP8-183202A(1996)公开：通过根据LED光强和纵向白色或黑色线条(沿着感光器旋转方向)位置处的LED至LED的距离改变电流和驱动时间，来补偿LED打印头的光强，其前提是通过用初始的电流和时间数据驱动LED来事先执行测试打印输出。

然而，JP8-39860A(1996)存在光强补偿不迅速的缺点，原因是要达到目标强度需要一定的时间。此外，它的另一个缺点在于芯片距离差异不能反应在光强补偿上。

此外，JP8-183202(1996)存在需要使用初始LED数据进行测试打印输出的缺点。因此，为了校正光强需要较长的时间。其另一个缺点在于曝光水平补偿并不理想，因为补偿仅仅在产生白色或黑色线条的部位进行。

此外，要理想地抑制制造批次(production lot)中或批次之间的灵敏度差异是较为困难的。因此，JP8-39860A(1996)和JP8-183202(1996)不能对应于感光器灵敏度补偿光强。

此外，感光器的灵敏度根据温度而改变。因此，JP8-39860A(1996)和JP8-183202(1996)不能对应于感光器灵敏度随温度的变化而补偿光强。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED阵列曝光装置和使用该装置的成像装置，其减小了图像密度差异和沿着感光器旋转方向的黑色或白色纵向线条。

具体而言，第一发明的LED阵列曝光装置包括：作为光源的LED的阵列；一个或多个LED阵列芯片，其线性布置，用于安装所述LED的阵列；光强补偿装置，用于补偿LED的光强差异；透镜阵列，用于利用透镜阵列聚焦来自LED的光束；和感光器，其由LED进行曝光，每个LED对应于图像信息中的一个点。在本发明的LED阵列曝光装置中，光强补偿装置通过以下方式补偿LED的预定的标准驱动值：利用光强补偿数据；利用LED阵列芯片之间的设计距离与LED阵列芯片之间的实际距离之间的差；并且利用感光器的灵敏度差异和感光器的灵敏度随温度的变化。

第二发明的LED阵列曝光装置中，光强补偿装置包括：用于存储光强补偿数据、设计距离和实际距离、感光器的灵敏度差异和灵敏度随温度的变化的存储装置；以及用于根据存储装置的输出来计算驱动值的计算装置。

第三发明的LED阵列曝光装置中，光强补偿装置利用预定光强补偿数据来补偿LED的预定的标准驱动值；利用根据LED阵列芯片之间的设计距离与LED阵列芯片之间的实际距离之间的差而确定的芯片距离补偿系数，来校正标准驱动值；利用感光器的灵敏度差异和感光器的灵敏度随温度的变化，进一步调整芯片距离补偿系数。

第四发明的LED阵列曝光装置中，还设置了温度传感器。该温度传感器布置在包括LED阵列曝光装置的打印装置的供纸部的上方的位置处，该位置跨过打印装置的纸传送装置与LED阵列曝光装置相对。

根据第一发明，考虑到LED阵列芯片之间的距离差异、感光器灵敏度和显影偏置电压，补偿了LED的光强，从而减小了图像密度差异和沿感光器旋转方向的黑色或白色纵向线条。

此外，根据第二发明，仅通过设置用于存储预定光强补偿数据和LED阵列芯片之间距离的存储装置，就可以容易地进行光强补偿。

此外，根据第三发明，可以更有效地进行光强补偿，因为预定的标准驱动值SDV利用预定光强补偿数据LICD得到了补偿；SDV还利用芯片距离补偿系数CDCC得到了进一步的校正；并且CDCC利用感光器灵敏度得到进一步的调整。

此外，根据第四发明，稳定地获得温度数据，从而使光强补偿得以稳定。

附图说明

图1是本发明的成像装置2的示意图。

图2是本发明的LED阵列曝光装置7的平面图。

图3是LED阵列曝光装置7的侧视图。

图4是LED阵列控制单元34的框图。

图5是基于感光器的灵敏度补偿LED的光强的流程图。

图6为一示图，示出常温(室温)下的感光器灵敏度SR的制造差异的权重和感光器灵敏度随温度的变化的权重。芯片距离补偿系数与这些权重相乘。这里，芯片距离是LED阵列芯片之间的距离。

图7为一表，示出感光器灵敏度高于250V时光强补偿之后的图像密度差异。

图8为一表，示出感光器灵敏度由于制造工艺(production process)而低于150V时光强补偿之后的图像密度差异。

具体实施方式

以下将参照附图说明优选实施例。应该理解，本发明不限于具体描述的元件尺寸、形状和相对布置。

首先，将说明本发明的成像装置的结构。

图1是本实施例的成像装置的示意图。

该成像装置(一示例性彩色打印机1)包括主体2；分别用于黑色、黄色、青色、品红色的成像单元3B、3Y、3C和3M；调色剂料斗10B、10Y、10C和10M；供纸盒12；供纸引导件13、用于传送带8的驱动辊11a和11b；转印辊9；定影单元17；出纸口引导件15；出纸口16。这里，每个成像单元3B、3Y、3C和3M包括显影单元4、感光器5、主充电单元6、LED阵列曝光单元7以及清洁单元20。

彩色打印机1中设置一温度传感器50，其监测感光器5的温度。

具体而言，温度传感器50布置在温度变化小的位置上，即跨过传送带8与具有LED阵列曝光装置7的成像单元3B相对的供纸盒12的上方。

以下将简单说明成像过程。一潜像形成在由主充电单元6充电并由LED阵列曝光装置7曝光的感光器5上。该潜像由显影单元4显影。对黑色、黄色、青色和品红色执行这些处理。由供纸引导件13引导的纸14置于逆时针旋转的传送带8上并通过成像单元3B、3Y、3C和3M，以便顺序转印每种颜色的图像。从而，在纸14上形成全色图像的四种颜色的调色剂通过定影单元17被定影，然后纸14由出纸口引导件15引导至出纸口16。

图2是LED阵列曝光装置7的平面图。

LED阵列曝光装置7包括：一个或多个LED阵列芯片31，它们线性布置在印刷电路板30上，并包括根据图像数据而驱动的多个LED；透镜阵列32，其布置在LED阵列芯片31上方，以便聚焦出一放大率为1的直立图像；以及一个或多个驱动IC 33，其包括用于驱动LED的驱动电路。这里，印刷电路板(PCB)30和透镜阵列32由未示出的支撑构件支撑。此外，用于驱动LED阵列曝光装置7的LED阵列控制单元34设置在彩色打印机中LED阵列曝光装置的外部。

图3是设置在彩色打印机1中的LED阵列曝光装置7的侧视图。

透镜阵列32将LED光聚焦在感光鼓5上，如波形线所示。

接下来将说明成像装置的操作。

根据从未示出的设置于彩色打印机1外部的个人计算机(PC)发送来的图像信号，驱动每个LED。来自每个LED的每一光束通过透镜阵列32在感光器5的表面上聚焦为一点。如在相关技术中已经说明的，为了补偿LED的光强差异，预先测量来自每个LED的每一曝光能量。然后，用已知的方法计算驱动电流和/或驱动时间的补偿值。计算得到的补偿值(预定补偿数据)存储在LED阵列控制单元34中、彩色打印机1的未示出的控制单元中、或LED阵列曝光装置7的未示出的存储单元中。

此外，预先测量布置在有效扫描宽度内的LED阵列芯片31之间的距离。测量得到的距离也存储在LED阵列控制单元34中、彩色打印机1的未示出的控制单元中、或LED阵列曝光装置7的未示出的存储单元中。

这样，在考虑了感光器的灵敏度差异和感光器的灵敏度随温度的变化的情况下，根据补偿值(预定补偿数据)和阵列芯片距离，沿着感光器旋转方向的纵向线条(黑色或白色)以及图像密度差异得以减小。

接下来，说明对LED阵列曝光装置7的控制。

图4是LED阵列控制单元34的框图。

LED阵列控制单元34包括打印控制单元40、用于确定每个像素的光强的补偿电路41。补偿电路41包括用于计算每个LED的每一驱动值的计算装置。LED阵列控制单元34还包括用于存储光强补偿值的光强补偿值存储器42、用于存储LED阵列芯片之间距离的芯片距离存储器43。LED阵列控制单元34与LED阵列曝光装置7连接，并还与诸如个人计算机PC的外部信息终端连接。

打印数据，即屏面信号(raster signal)(像素信号)由PC中的未示出的打印驱动器生成，并与打印控制信号一起发送至打印控制单元40，打印控制单元40将每个单一扫描线的图像信号发送至补偿电路41。打印控制单元40同时将打印驱动信号发送至LED阵列曝光装置7，以便开始打印。

补偿电路41接收到来自打印控制单元40的图像信号以及预先准备好的感光器的室温灵敏度SR和灵敏度的温度特性ST。补偿电路41还接收分别来自光强补偿值存储器42和芯片距离存储器43的光强补偿值(预定光强补偿数据)和芯片距离。然后，补偿电路41将用于驱动LED的经补偿的图像信号与时钟信号一起送出。该经补偿的图像信号用于单一扫描线或从单一扫描线划分出的扫描区(scanning block)。补偿电路41还发送锁定信号，LED阵列曝光装置7利用该锁定信号锁定用于单一扫描线或扫描区的图像数据，从而同时驱动LED。

通过这种方式，在本实施例中，考虑了芯片距离、感光器的温度特性ST和室温灵敏度SR的制造差异，对每个LED进行光强补偿。

诸如密度差异和白色或黑色的纵向线条之类的图像质量下降更容易减小。这里，当感光器固定或被更换时，灵敏度数据SR和ST可以从彩色打印机1的未示出的操作单元输入。或者，通过在PC中输入这些数据，可以从PC中的未示出的打印驱动器输入它们。

图5是根据感光器的灵敏度补偿LED光强的流程图。为了简化说明，假设在LED阵列芯片上安装了5个LED。

首先，在S1，将待打印的像素1至N输入到补偿电路41中。这里，N为5。

接下来，在S2，读取室温的感光器灵敏度SR。该SR显示了灵敏度的制造差异。

接下来，在S3，从光强补偿值存储器42中读取每个像素每个LED的光强补偿值(预定光强补偿数据)L。

接下来，在S4，从芯片距离存储器43读取所要补偿的LED阵列芯片与相邻LED阵列芯片之间的芯片距离A。

接下来，在S5，读取存储在例如芯片距离存储器43中的芯片距离的设计值R。

接下来，在S6，计算A和R之间的差值D，即(A-R)。

接下来，在S7，计算比值P(＝D/R)。如果比值P的绝对值变大，则LED阵列芯片距离差异变大。

接下来，在S8，根据比值P确定补偿级别。每个级别所需的系数根据经验来确定，从而计算出每个LED阵列芯片的芯片距离补偿系数B。

接下来，在S9，将系数B进一步校正为补偿系数C，该补偿系数C为B与SR的权重和ST的权重的乘积。

最后，在S10，计算用于每个像素的每个LED的驱动值I，I对于每个像素等于预定的标准驱动值×L×C。

这里，可以按照以下方式执行所述流程图：预先计算系数B和C，并将其存储在彩色打印机1的未示出的控制单元或LED阵列曝光装置7的未示出的存储器中。这种情况下，不必要每次曝光都计算芯片距离补偿系数B，从而缩短用于补偿的时间。

接下来将说明确定补偿系数C的方法。

图6是一示意性示图，示出了感光器的室温灵敏度SR的制造差异的权重(α、α’、α”)和灵敏度随温度的变化ST的权重(β、β’)。

SR差异在感光器灵敏度电势方面包括分别对应于权重(α”、α、α’)的三个区，例如低于150V、150V与250V之间、高于250V。

温度区包括分别对应于权重(β’、1、β)的三个区，例如低于10℃、10℃与30℃之间、高于30℃。

首先将说明如何确定权重(α”、α、α’)的方法。

当室温灵敏度在150V和250V之间时，令SR的权重为作为标准值的α。

接下来，如果灵敏度高于250V，则可以发现，当芯片距离差D的差异变大并且芯片距离A变大时，出现显著的白色纵向线条。因此，令SR的权重对于D＝9μm或11μm的情况为α’，而对于D＝5μm或7μm的情况为α。

另一方面，如果灵敏度低于150V，则可以发现，当芯片距离差D的差异变大并且芯片距离A变窄时，出现显著的黑色纵向线条。因此，令SR的权重对于D＝-9μm或-11μm的情况为α”，而对于D＝-5μm或-7μm的情况为α。

此外，当灵敏度高于150V并且芯片距离差D大于-9μm时，令SR的权重为α。

这里，权重(α”、α、α’)是预先根据经验确定的，并存储在补偿电路41中的未示出的存储器中作为查询表。

接下来将说明如何确定权重(β、β’)的方法。

当温度在10℃与30℃之间时，令ST(感光器灵敏度随温度的变化)的权重为作为标准值的“1”。

接下来，如果温度低于10℃，则可以发现，当芯片距离差D的差异变大并且芯片距离A变大时，出现显著的白色纵向线条。因此，令ST的权重对于D＝9μm或11μm的情况为β’，而对于D＝5μm或7μm的情况为“1”。

另一方面，如果温度高于30℃，则可以发现，当芯片距离差D的差异变大并且芯片距离A变窄时，出现显著的黑色纵向线条。因此，令ST的权重对于D＝-9μm或-11μm的情况为β，而对于D＝-5μm或-7μm的情况为“1”。

这里，权重(β、β’)是预先根据经验确定的，并存储在补偿电路41中的未示出的存储器中作为查询表。

根据上述补偿，白色和黑色纵向线条完全消失。

图7为一表，示出灵敏度为200V的感光器在低于10℃的温度下，补偿前后的图像密度差异。

图8为一表，示出灵敏度为200V的感光器在高于30℃的温度下，补偿前后的图像密度差异。

尽管我们已经描述了本发明的一个优选实施例，但是本发明存在着各种变型。

例如，图像密度和黑色或白色纵向线条不仅通过上述灵敏度补偿，而且还通过显影偏置电压Vd得到抑制。当Vd低于300V时，随着芯片距离差D的差异变大并且芯片距离A变大，出现显著的白色纵向线条。因此，可以令补偿系数C为补偿系数B与γ’的乘积。当Vd高于400V时，随着芯片距离差D的差异变大并且芯片距离A变窄，出现显著的黑色纵向线条。因此，可以令补偿系数C为芯片距离补偿系数B与γ”的乘积。

此外，在上述优选实施例中，芯片距离补偿系数B和加权的补偿系数C是预先计算得到的，并且计算结果存储在彩色打印机1中的未示出的控制单元中，或存储在LED阵列曝光装置7中的未示出的存储器中。或者，系数C可以由LED阵列曝光装置7中的未示出的控制单元、或者由图2所示的LED阵列控制单元34、或者由彩色打印机1中的未示出的控制单元计算得到。补偿可以通过计算处理或通过包括ASIC等的集成电路来执行。

此外，在上述优选实施例中，光强补偿值和芯片距离数据分别独立地存储在光强补偿存储器42和芯片距离存储器43中。但是，它们可以一起存储在单一存储单元中。此外，在上述优选实施例中，光强补偿值是基于预先测量到的LED光强而确定并存储的。但是，光强补偿值可以利用用于每个LED的光强检测装置而被重写，由此精确地补偿由于可能出现的LED性能下降而造成的光强减小。

此外，本发明不仅适用于串联式彩色打印机，而且还适用于单色数字成像装置，例如复印机、传真机、扫描仪和打印机。

Claims (4)

1.一种LED阵列曝光装置，其包括：

作为光源的LED的阵列；

一个或多个LED阵列芯片，其线性布置，用于安装所述LED的阵列；

光强补偿装置，用于补偿所述LED的光强差异；

透镜阵列，用于聚焦来自所述LED的光束；和

感光器，其由所述LED进行曝光，每个所述LED对应于图像信息中的一个点，

其中，所述光强补偿装置通过以下方式补偿所述LED的预定的标准驱动值：

利用光强补偿数据；

利用所述LED阵列芯片之间的设计距离与所述LED阵列芯片之间的实际距离之间的差；并且

利用所述感光器的灵敏度差异和所述感光器的灵敏度随温度的变化。

2.如权利要求1所述的LED阵列曝光装置，其中，所述光强补偿装置包括：

用于存储所述光强补偿数据、所述设计距离和所述实际距离、所述感光器的所述灵敏度差异和所述灵敏度随温度的变化的存储装置；以及

用于根据所述存储装置的输出来计算所述驱动值的计算装置。

3.如权利要求1所述的LED阵列曝光装置，其中：

所述光强补偿装置利用预定的光强补偿数据来补偿所述LED的预定的标准驱动值；

利用根据所述LED阵列芯片之间的设计距离与所述LED阵列芯片之间的实际距离之间的差而确定的芯片距离补偿系数，来校正所述标准驱动值；

利用所述感光器的灵敏度差异和所述感光器的灵敏度随温度的变化，进一步调整所述芯片距离补偿系数。

4.如权利要求1所述的LED阵列曝光装置，其中，该装置还包括温度传感器，其布置在包括所述LED阵列曝光装置的打印装置的供纸部的上方的位置处，所述位置跨过所述打印装置的纸传送装置与所述LED阵列曝光装置相对。

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