JP2001244798A

JP2001244798A - パルス幅変調回路及びパルス幅変調装置

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Publication number: JP2001244798A
Application number: JP2000051848A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Takeshita; 英亘竹下
Original assignee: Asahi Kasei Microsystems Co Ltd; Asahi Kasei Microdevices Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microsystems Co Ltd; Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】濃度の階調数をより多くし、低濃度のプリン
トをも実現する。【解決手段】ランプ波Ｒ１〜Ｒ３の信号レベル変化開
始直後の変化開始期間以外の期間である比較期間におけ
る信号レベルとアナログ信号レベルとを比較することに
より、各ランプ波の直線性の良い区間だけで比較動作を
行う。ランプ波開始直後の電圧の変動する区間では比較
動作を行わないようにし、低コード時においても直線性
の良いパルスを出力できる。【効果】各出力パルスで、プリンタの感光ドラムに照
射すべきレーザ光を出力するレーザ発振器を制御すれ
ば、レーザ発振器の出力に応じてプリント濃度を制御す
る濃度の階調数をより多くでき、低濃度のプリントをも
実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパルス幅変調回路及
びパルス幅変調装置に関し、特にレーザプリンタ等のプ
リント濃度の制御信号を生成するパルス幅変調回路及び
パルス幅変調装置に関する。

【０００２】

【従来技術】一般に、レーザプリンタ等においては、コ
ンピュータ等の上位装置から与えられるデジタル信号を
アナログ信号に変換し、この変換したアナログ信号に応
じてレーザ発振器を制御する。そして、このレーザ発振
器から出力されるレーザを感光ドラムに照射する。最後
に、感光ドラムに吸着させたトナーを用紙に転写し、こ
れを定着させることによって印字・印刷を行う。ここ
で、１ドットについての濃度はレーザの照射時間で決ま
るので、レーザ発振器に与えるアナログ信号のパルス幅
を変化させれば、そのドットの濃度を制御することがで
きる。すなわち、デジタルデータの値が大きく、アナロ
グ信号のパルス幅が大であれば、そのドットの濃度は濃
くなる。逆に、デジタルデータの値が小さく、パルス幅
が小であれば、そのドットの濃度は薄く、灰色に近い色
になる。このように、パルスの幅を変化させる、パルス
幅変調が行われて印字濃度が制御されることになる。こ
のパルス幅変調装置には、ランプ波と抵抗タップからの
電圧とを比較して変化点を求めるタイプやリングオシレ
ータを必要エッジ分多段に組んでエッジを取り出すタイ
プ等がある。ここでは、前者のタイプの場合について説
明する。例えば、図５に示されているように、パルス幅
変調装置は、クロックに同期したランプ波を作るランプ
波発生回路１と、入力されるデジタルデータ（ＤＡＴ
Ａ）に応じた電圧を発生するデジタル／アナログ変換器
（以下、ＤＡＣと称する）２と、ランプ波発生回路１か
ら出力されるランプ波とＤＡＣ２の出力との電圧同士を
比較するコンパレータ３とから構成されるパルス幅変調
回路１００−１と、このパルス幅変調回路１００−１と
同一の内部構成を有するパルス幅変調回路１００−２と
を含んで構成されている。さらに、これら２つ並んだパ
ルス幅変調回路１００−１及びパルス幅変調回路１００
−２から出力される信号に基づいてパルスを生成する出
力ロジック部２００が設けられている。そして、これら
パルス幅変調回路１００−１及びパルス幅変調回路１０
０−２を交互に時分割で動作させ、これら両回路から交
互に出力される信号に基づいて出力ロジック生成部２０
０においてパルスを生成し、このパルスによってレーザ
発振器を制御する。つまり、１つのパルスを作るパルス
幅変調回路１００−１，１００−２が２個ならんで時分
割で交替に動作するように、パルス幅変調装置が構成さ
れている。

【０００３】ＤＡＣ２は、両端子間に電圧が印加された
ラダー抵抗によって構成される。そして、入力されるデ
ジタルデータに対応する抵抗タップ出力である、アナロ
グ信号がランプ波の電圧レベルと比較されることにな
る。かかる構成において、ランプ波発生回路１から生成
されるランプ波の電圧レベルとＤＡＣ２から出力される
アナログ信号の電圧レベルとがコンパレータ３において
比較される。この比較区間の開始タイミングにおいて、
出力ロジック部２００の出力パルスが立上る。そして、
コンパレータ３における比較結果が、ＤＡＣ２から出力
されるアナログ信号の電圧レベルがランプ波の電圧レベ
ルよりも大である限り、コンパレータ３における比較結
果は「Ｈｉ」のままである。その後、ランプ波の電圧レ
ベルが徐々に変化し、ＤＡＣ２から出力されるアナログ
信号の電圧レベルよりも大になったとき、コンパレータ
３における比較結果は、「Ｌｏ」に変化する。これによ
り、出力ロジック部２００の出力パルスは立下ることに
なる。ＤＡＣ２から出力されるアナログ信号の電圧レベ
ルが小であるとき、すなわち入力されるデジタルデータ
値が小であるときは、出力ロジック部２００の出力パル
スのパルス幅は小になる。一方、ＤＡＣ２から出力され
るアナログ信号の電圧レベルが大であるとき、すなわち
入力されるデジタルデータ値が大であるときは、出力ロ
ジック部２００の出力パルスのパルス幅は大になる。こ
のように、コンパレータ３においては、電圧レベル同士
の比較が行われ、この比較結果が変化するタイミングに
対応する幅のパルスが出力ロジック部２００に送られ、
図示せぬレーザ発振器にパルスが与えられることにな
る。ところで、ランプ波発生回路１は、コンデンサを充
放電させることによって、ランプ波を生成する。すなわ
ち、コンデンサを充電させる場合、充電開始から充電完
了までの間、充電電圧は徐々に上昇するように変化する
ので、その変化する電圧に対応する波形を発生させるの
である。そして、充電完了後は、蓄積した電荷を放電さ
せる。このように充電動作及び放電動作を繰り返すこと
により、ランプ波形を発生させるのである。パルス幅変
調回路１００−１内のランプ波発生回路が充電動作を行
っているときに、パルス幅変調回路１００−２内のラン
プ波発生回路が放電動作を行い、また、パルス幅変調回
路１００−２内のランプ波発生回路が充電動作を行って
いるときに、パルス幅変調回路１００−１内のランプ波
発生回路が放電動作を行うようにすれば、レーザ発振器
を制御するパルスを出力ロジック部２００から常に出力
することができる。この従来のパルス幅変調回路の動作
について図６を参照して説明する。同図は、従来のパル
ス幅変調回路の動作を示すタイムチャートである。同図
には、クロックとランプ波とが示されている。同図を参
照すると、クロックの立上り及び立下りの遷移に応じ
て、比較区間と放電区間との２つの区間が交互に繰返さ
れることになる。このため、２つのパルス幅変調回路１
００−１及び１００−２について、一方の比較区間に他
方の放電区間が一致するように時分割動作させれば、レ
ーザ発振器を制御するパルスを、各クロック毎に出力す
ることができるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、パル
ス幅変調回路においては、コンパレータにおいてＤＡＣ
の出力電圧をランプ波の電圧レベルと比較している。ラ
ンプ波発生回路内のコンデンサの充電開始直後、すなわ
ちランプ波の作られ始めは、きれいなランプ波とならず
に、わずかにリンギングが生じる。例えば、図６に示さ
れているように、比較区間の開始直後（例えば、比較区
間の開始から１０％程度までの区間）においては、ラン
プ波にリンギングｒが生じている。このため、このラン
プ波をコンパレータにそのまま入力すると、デジタルデ
ータ値が大なる場合は問題ないが、低コード部分（デジ
タルデータ値が小なる部分）において、パルス幅増加の
直線性が悪くなる。直線性が悪くなるのは、図５に示さ
れている回路では、低いコードが設定された場合に、ラ
ンプ波の作られ始めてすぐにＤＡＣの出力電圧と比較す
るので、リンギングが生じている部分とＤＡＣの出力電
圧とを比較することになるからである。これを防止する
ためには、図６中のリンギングが生じている最小設定コ
ード（デジタルデータの最小値）に近い低コード部分の
区間Ｔ_LCでは、ＤＡＣの出力を強制的に「Ｌｏ」（ロー
レベル）に固定とするとか、コンパレータの比較動作自
体を行わない等の対処が必要となる。このため、区間Ｔ
_LCを除く区間に対応する電圧範囲Ｖ_DACがＤＡＣの出力
電圧範囲となる。

【０００５】図７には、従来のパルス幅変調回路での設
定コードとパルス幅との関係が示されている。同図を参
照すると、設定コードが小なる部分、すなわち低コード
部分ＬＣにおいては、出力ロジック部の出力が「Ｌｏ」
になる。したがって、コード設定範囲のうち、パルス幅
を変動させることができる範囲Ｃが狭くなる。パルス幅
を変動させることのできる範囲Ｃが狭いと、１ドットに
ついて実現できる濃度の階調数が少なくなる。このた
め、白に近い灰色をプリントする場合等、特に低濃度の
プリントを実現することが難しいという欠点がある。本
発明は上述した従来技術の欠点を解決するためになされ
たものであり、その目的は濃度の階調数をできるだけ多
くし、低濃度のプリントを実現することのできるパルス
幅変調回路及びパルス幅変調装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるパルス幅変
調回路は、時間経過に応じて信号レベルが徐々に変化す
るランプ波を順次生成するランプ波生成手段と、順次入
力される入力データに対応するアナログ信号レベルを前
記ランプ波の信号レベルと比較する比較手段とを含み、
この比較結果が変化する比較結果変化タイミングに応じ
て出力パルスのパルス幅を変化させるパルス幅変調回路
であって、前記比較手段は、前記ランプ波の信号レベル
変化開始直後の変化開始期間以外の期間である比較期間
における信号レベルと前記アナログ信号レベルとを比較
することを特徴とする。なお、前記出力パルスは、前記
ランプ波の信号レベル変化開始後の所定時刻から前記比
較結果変化タイミングまでの時間に相当するパルス幅を
有するパルスである。また、前記比較期間に相当するパ
ルス幅を有するパルスを発生させる手段を更に含み、前
記所定時刻から前記比較期間を開始させるようにする。
前記変化開始期間は、前記ランプ波のリンギングが生じ
ている部分を含む。

【０００７】そして、前記入力データはデジタル信号で
あり、このデジタル信号を対応する前記アナログ信号に
変換するデジタル／アナログ変換手段を更に含むものと
する。なお、前記ランプ波生成手段は、コンデンサの充
電及び放電を繰り返すことによって前記ランプ波を生成
する。本発明によるパルス幅変調装置は、上記のパルス
幅変調回路を複数含み、これら複数のパルス幅変調回路
を、各パルス幅変調回路についての前記比較期間同士が
重複しないように動作させるようにしたことを特徴とす
る。なお、前記複数のパルス幅変調回路からの各出力パ
ルスは、プリンタの感光ドラムに照射すべきレーザ光を
出力するレーザ発振器を制御するためのパルスであり、
前記レーザ発振器の出力に応じてプリント濃度を制御す
る。

【０００８】要するに、ランプ波の信号レベル変化開始
直後の変化開始期間以外の期間である、比較期間におい
て、信号レベルとアナログ信号レベルとを比較するので
ある。こうすることにより、ランプ波の直線性の良い区
間だけで比較動作を行い、ランプ波開始時の電圧の変動
する区間では比較動作を行わないようにする。これによ
り、低コード時においても直線性の良いパルスを出力で
き、濃度の階調数をより多くでき、低濃度のプリントを
も実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、以下の説明において
参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によっ
て示されている。図１に示されているように、本実施形
態によるパルス幅変調装置は、ランプ波を作るランプ波
発生回路１と、入力されるデジタルデータに対応する電
圧を発生させるＤＡＣ２と、ランプ波発生回路１とＤＡ
Ｃ２との出力電圧レベル同士を比較するコンパレータ３
とからなるパルス幅変調回路を３個含んで構成されてい
る。つまり、パルス幅変調回路１００−１〜１００−３
からそれぞれ出力されるパルスを出力ロジック部２００
に入力し、図示せぬレーザ発振器にパルス幅変調された
ＰＷＭ出力２０を与えるのである。また、本装置には、
パルス幅変調回路１００−１〜１００−３からのパルス
の出力タイミングを制御するために、タイミングコント
ロール部３００が設けられている。このタイミングコン
トロール部３００からは、各ランプ波発生回路に対して
ランプ波イネーブル信号Ｒ_ENを与えて内部のコンデンサ
の充電区間を制御すると共に、出力ロジック部２００に
対してパルス出力イネーブル信号Ｐ_ENを与える。出力ロ
ジック部２００においては、内部のアンドゲートによっ
てパルス出力イネーブル信号Ｐ_ENと各コンパレータの出
力３−１〜３−３との論理積をとる。そして、各アンド
ゲートの出力同士の論理和をオアゲートでとることによ
り、出力パルスを生成する。このパルス出力イネーブル
信号Ｐ_ENは、コンパレータによる比較を行う期間であ
る、比較区間を定めている。なお、各パルス幅変調回路
１００−ｉ（ｉ＝１〜３）内の各ランプ発生回路１にお
いてそれぞれ生成されるランプ波は、比較区間終了時の
電圧がＤＡＣ２の最大出力電圧と一致するよう調整され
ているものとする。また、ＤＡＣ２の最小出力電圧は、
比較区間開始時のランプ波の電圧とレベルと一致するよ
うに調整されているものとする。かかる構成からなるパ
ルス幅変調装置の動作について図２を参照して説明す
る。同図は、図１の装置の各部の動作を示すタイムチャ
ートである。同図には、クロックＣＬＫ及びパルス幅変
調（ＰＷＭ）出力の他、各パルス幅変調回路１００−ｉ
において生成されるランプ波Ｒ１〜Ｒ３と、ランプ波を
有効状態にするためのランプ波イネーブル信号Ｒ_ENと、
パルス幅変調回路１００−１内のコンパレータの出力３
−１と、パルス出力イネーブル信号Ｐ_ENと、各パルス幅
変調回路１００−ｉにおける出力パルスとが示されてい
る。同図に示されているように、本装置が従来のものと
異なる点は、比較区間及び放電区間の他に、予備充電区
間を設けている点である。このOLE_LINK1予備充電区間O
LE_LINK1は、ランプ波の信号レベル変化開始直後の変化
開始期間である。そして、信号レベル変化開始から変化
終了までの期間のうち、予備充電区間以外の期間が上述
した比較区間となる。つまり、１つのパルス幅変調回路
１００−ｉは予備充電区間、比較区間、放電区間の３つ
を交互に繰り返すので、３個のパルス幅変調回路１００
−ｉはそれぞれ時分割で１クロックずつずれて、比較区
間同士が時間的に重複しないように動作する。

【００１０】このように、比較区間同士が互いに重複し
ないように動作させるには、タイミングコントロール部
３００から与えるランプ波イネーブル信号Ｒ_ENの印加タ
イミングを各パルス幅変調回路１００−ｉ毎にずらせば
良い。この印加タイミングをずらすためには、例えば、
タイミングコントロール部３００内にカウンタを設けて
おき、このカウンタのカウント値に応じてランプ波イネ
ーブル信号Ｒ_ENの印加タイミングを決定すれば良い。こ
のように各パルス幅変調回路を動作させることで、パル
スを連続的に出力できるのである。同図を参照すると、
まず、ランプ波発生回路１は、タイミングコントロール
部３００からのランプ波イネーブル信号によりランプ波
Ｒ１〜Ｒ３を作る。各ランプ波Ｒ１〜Ｒ３についての抵
抗タップの電圧範囲は、図中のＶＲ１〜ＶＲ３である。

【００１１】また、ＤＡＣ２は入力されるデジタルデー
タに対応する電圧レベルのアナログ信号Ａ１〜Ａ３をラ
ダー抵抗によって生成する。そして、これらはコンパレ
ータにおいて比較される。各コンパレータの出力は、そ
の比較結果が変化したタイミング、すなわちコンパレー
ト点ＣＰ１〜ＣＰ３で立下る波形となる。そして、出力
ロジック生成部２００においては、このコンパレータの
出力の立下がりエッジとパルス出力イネーブル信号との
論理積によって出力パルスを作る。この出力パルスは、
ランプ波の信号レベル変化開始後の所定時刻から比較結
果が変化するタイミングまでの時間に相当するパルス幅
を有することになる。出力ロジック部２００は、各パル
ス幅変調回路１００−ｉからの出力パルスをＰＷＭ出力
２０として導出する。このＰＷＭ出力２０によって図示
せぬレーザ発振器を制御し、印字・印刷を行うことにな
る。

【００１２】なお、ランプ波の電圧レベルの変化開始か
ら変化終了までの時間を、同図に示されているように長
くするには、ランプ波発生回路内のコンデンサの容量値
やそれを充電するための電流源の電流値等を調整すれば
良い。ところで、ランプ波発生回路内のコンデンサの充
放電制御は、例えば図３に示されているような回路構成
を利用して行えば良い。すなわち、同図を参照すると、
コンデンサ４０と並列にスイッチＳＷが設けられてい
る。そして、スイッチＳＷをオフさせた状態とし、電流
源４１による電流で、コンデンサ４０を充電する。ま
た、スイッチＳＷをオンさせた状態で、コンデンサ４０
に蓄積された電荷を放電する。つまり、スイッチＳＷを
オンオフ制御するランプ波イネーブル信号Ｒ _ENによっ
て、コンデンサ４０の充電期間（予備充電区間及び比較
区間）と放電期間とを設定することができるのである。
このイネーブル信号Ｒ_ENは、タイミングコントロール部
３００において生成され、この生成されたイネーブル信
号Ｒ_ENが各ランプ波発生回路に入力されて図２に示され
ているような時分割制御を実現しているのである。以上
のように、ランプ波の信号レベル変化開始直後の変化開
始期間以外の期間である比較期間における信号レベルと
入力データに対応するアナログ信号レベルとを比較する
ことにより、ランプ波の直線性の良い区間だけで比較動
作を行い、ランプ波開始時の電圧の変動する区間では比
較動作を行わないようにし、低コード時においても直線
性の良いパルスを出力することができる。

【００１３】図４には、本回路における設定コードとパ
ルス幅との関係が示されている。同図に示されているよ
うに、パルス幅を変動させることのできる範囲Ｃは、従
来回路の範囲（図７参照）よりも広いものになる。この
ように、有効な入力設定コードが広いため、最小設定値
あたりのパルス幅の変動が、従来回路に比べて小さく、
より細かい精度でパルス幅変調が実現されていることが
図７と比べると分かる。したがって、濃度の階調数をよ
り多くすることができ、低濃度のプリントをも実現する
ことができるのである。なお以上は、モノクロプリンタ
に用いるパルス幅変調回路の場合について説明したが、
カラープリンタにも本発明が適用できることは明らかで
ある。また本発明は、プリンタに限らず、複写機やファ
クシミリ装置等、レーザ発振器を利用した電子写真式印
刷装置について広く適用できることは明らかである。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ランプ波
の信号レベル変化開始直後の変化開始期間以外の期間で
ある比較期間における信号レベルとアナログ信号レベル
とを比較することにより、ランプ波の直線性の良い区間
だけで比較動作を行い、ランプ波開始時の電圧の変動す
る区間では比較動作を行わないようにし、低コード時に
おいても直線性の良いパルスを出力でき、濃度の階調数
をより多くでき、低濃度のプリントをも実現できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパルス幅変調装置の実施の一形態
を示すブロック図である。

【図２】図１のパルス幅変調装置の動作を示すタイムチ
ャートである。

【図３】ランプ波発生回路内のコンデンサを充放電させ
るための回路構成を示す図である。

【図４】図１のパルス幅変調装置において、設定コード
とパルス幅との関係を示す図である。

【図５】従来のパルス幅変調装置の動作を示すブロック
図である。

【図６】従来のパルス幅変調装置の動作を示すタイムチ
ャートである。

【図７】従来のパルス幅変調装置において、設定コード
とパルス幅との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ランプ波発生回路２ＤＡＣ３コンパレータ１００−１〜１００−３パルス幅変調回路２００出力ロジック部３００タイミングコントロール部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間経過に応じて信号レベルが徐々に変
化するランプ波を順次生成するランプ波生成手段と、順
次入力される入力データに対応するアナログ信号レベル
を前記ランプ波の信号レベルと比較する比較手段とを含
み、この比較結果が変化する比較結果変化タイミングに
応じて出力パルスのパルス幅を変化させるパルス幅変調
回路であって、前記比較手段は、前記ランプ波の信号レ
ベル変化開始直後の変化開始期間以外の期間である比較
期間における信号レベルと前記アナログ信号レベルとを
比較することを特徴とするパルス幅変調回路。
【請求項２】前記出力パルスは、前記ランプ波の信号
レベル変化開始後の所定時刻から前記比較結果変化タイ
ミングまでの時間に相当するパルス幅を有するパルスで
あることを特徴とする請求項１記載のパルス幅変調回
路。
【請求項３】前記比較期間に相当するパルス幅を有す
るパルスを発生させる手段を更に含み、前記所定時刻か
ら前記比較期間を開始させるようにしたことを特徴とす
る請求項１又は２記載のパルス幅変調回路。
【請求項４】前記変化開始期間は、前記ランプ波のリ
ンギングが生じている部分を含むことを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載のパルス幅変調回路。
【請求項５】前記入力データはデジタル信号であり、
このデジタル信号を対応する前記アナログ信号に変換す
るデジタル／アナログ変換手段を更に含むことを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載のパルス幅変調回
路。
【請求項６】前記ランプ波生成手段は、コンデンサの
充電及び放電を繰り返すことによって前記ランプ波を生
成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
のパルス幅変調回路。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載のパルス
幅変調回路を複数含み、これら複数のパルス幅変調回路
を、各パルス幅変調回路についての前記比較期間同士が
重複しないように動作させるようにしたことを特徴とす
るパルス幅変調装置。
【請求項８】前記複数のパルス幅変調回路からの各出
力パルスは、プリンタの感光ドラムに照射すべきレーザ
光を出力するレーザ発振器を制御するためのパルスであ
り、前記レーザ発振器の出力に応じてプリント濃度を制
御するようにしたことを特徴とする請求項７記載のパル
ス幅変調装置。