JP2006069075A - 光書込ユニット、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 各発光素子アレイチップにおける発光特性にばらつきがあっても、発光光量を一定にし、画像の濃度むらの少ない出力画像を得ることができる光書込ユニット、画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】 自己走査型発光素子アレイ１のチップを複数配置したＬＥＤプリントヘッドから成る光書込ユニットにおいて、発光素子の発光光量を制御する電流制限抵抗４の抵抗値を外部から設定する、設定手段５を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自己走査型ＬＥＤアレイヘッドを用いた光書込ユニット、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関し、特に、各発光素子アレイチップにおける発光光量を一定にし、画像の濃度むらの少ない出力画像を得ることができる光書込ユニット、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。

一般に、電子写真方式により画像を形成するプリンタ等の画像形成装置では、光書込手段としてレーザ光源とそのレーザ光を偏向走査させるポリゴンミラー等によるレーザ走査光学系を用いるのが主流であるが、近年では、装置全体の小型・簡易化等を図るため、光書込手段としてＬＥＤアレイとレンズアレイとを組み合わせたＬＥＤアレイヘッドを用いた画像形成装置も注目されている。ＬＥＤアレイは、多数のＬＥＤ素子を１直線上に配設させたものであり、各ＬＥＤ素子を画像データに応じて発光制御することにより感光体上に対する光書き込みが行われ、静電潜像が形成される。
従来、自己走査型発光素子アレイを使ったＬＥＤプリントヘッドが提案されている。自己走査型発光素子アレイは、３端子スイッチ素子を多数配列し、その制御端子（ゲート）同士をダイオード（あるいは抵抗）等で結合する。また、スイッチ素子と対を成すように３端子発光素子を多数配列し、スイッチ素子とそれに対応する発光素子のゲートを結線する。そしてスイッチ素子にクロックを供給することにより、順次隣接する発光素子を光らせる、つまり、自己走査発光機能を持たせることができる。したがって、シフトレジスタ等の特別な回路が不要となり、ヘッドを小型、軽量化でき、ひいては画像形成装置の小型化にも寄与することができる。
例えば、特許文献１の技術では、３端子スイッチ素子を複数個配列させて制御電極（ゲート）同士を、ダイオードを介して接続すると共に、それらスイッチ素子と対応して３端子発光素子を多数個配列して、対応する２つの素子のゲート同士を結線する。スイッチ素子にクロックを供給することにより自己走査発光機能を持たせることができるとしている。

また、特許文献２の技術では、発光素子アレイチップのウェハー状態で光量測定をし、光量が大きい場合は短絡線をレーザで焼き切ることによりチップの全体光量を調整するとしている。また、特許文献３の技術では、複数の発光素子の点灯の有／無に関係なく、該発光素子に点灯信号（ストローブ信号）が入力されることにより、常に一定の電流が光書き込みヘッドに流れることになり、電源ユニット（ＶＣＣ）の供給電圧が発光素子の発光個数により変動するということがなくなるとしている。
ここで、図６に自己走査型発光素子アレイの等価回路図を示す。図６においてＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_３・・・は３端子スイッチ素子であり、そのゲートは抵抗Ｒ_Ｌを介して電圧源Ｖ_ＧＫ（ここでは５Ｖとする）に接続され、同時にダイオードＤ_１，Ｄ_２，Ｄ_３・・・を介して隣接するスイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３・・・に接続されている。また、３端子発光素子Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３・・・のゲートとスイッチ素子Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３・・・のゲートはそれぞれゲート端子Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３・・・で結線されている。
各スイッチ素子と発光素子のカソードはグランドに接続されている。奇数番目のスイッチ素子のアノードには抵抗Ｒ_１を介して転送クロックφ_１が供給され、偶数番目のスイッチ素子のアノードには抵抗Ｒ_２を介して転送クロックφ_２が供給される。また、スイッチ素子Ｔ_１のゲート端子にはスタートパルスφ_Ｓが加えられる。発光素子のアノードには電流制限抵抗Ｒ_Ｉを介して発光パルスφ_Ｉが供給される。

次に、動作について図７をもとに説明する。スタートパルスφ_ＳがＬｏｗレベルになり、φ_１がＨｉｇｈレベルになったときスイッチ素子Ｔ_１がオン状態にある。このとき、ゲート端子Ｇ_１は電位が約０レベルに低下する。この電圧降下はダイオードＤ_１を通じてＴ_３のゲート端子Ｇ_３に伝播し、Ｇ_３の電位をＤ_１の順方向電圧（約１Ｖ）にまで低下させる。この状態はφ_ＳをＨレベルにしても維持される。次に、転送クロックφ_２をＨレベルにする。
この時のＨレベル電圧をＴ_２がオン状態であり、かつＴ_４をオン状態にしないレベル（約２Ｖ以上４Ｖ以下）とすると、Ｔ_２のみをオンとすることができる。したがって、２本の転送用クロックでスイッチ素子のオン状態を転送することができる。Ｔ_２がオン状態でＧ_２が約０Ｖのとき、Ｇ_３は約１Ｖとなるが、Ｇ_１はＤ_１のカソード側が逆電圧となるため５Ｖに保たれる。
Ｔ_２がオン状態にあるときゲート端子Ｇ_２の電位は約０Ｖとなる。したがって、発光パルスφ_Ｉの電圧が拡散電位（約１Ｖ）以上であれば、発光素子Ｌ_２は発光状態となる。一方、Ｇ_１電圧は約５Ｖであり、Ｇ_３電圧は約２Ｖである。したがって、発光開始電圧はＬ_１では約６Ｖ、Ｌ_３では約２Ｖとなる。
このことから、Ｌ_２のみ発光させるにはφ_Ｉの電圧は約１〜２Ｖである必要がある。発光素子Ｌ_２の発光強度は発光パルスφ_Ｉの供給する電流値で決められる。また、発光状態を次の発光素子に転送するためには、発光パルスφ_Ｉの電圧を一旦０Ｖまで落として発光している発光素子を消灯させる必要がある。
特許第２５７７０８９号 特開２００３−１３６７７８公報 特開２００２−０２９０８７公報

しかしながら、以上説明した発光素子アレイをチップとして形成した場合、製造上の原因により、チップの平均光量がばらつく。また、初期にチップの光量を調整しても経時的変化に対応することはできない。さらに、発光素子アレイチップを複数個直線状に配列し、ＬＥＤプリントヘッドとして、プリンタ等の装置に組み込んだ場合、場所により温度が異なるので発光光量にばらつきが生じる。このことは、画像形成装置の出力画像の濃度むらの発生原因となり、画像品質を悪化させる。
そこで、本発明は、上述した実情を考慮してなされたもので、各発光素子アレイチップにおける発光特性にばらつきがあっても、発光光量を一定にし、画像の濃度むらの少ない出力画像を得ることができる光書込ユニット、画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、自己走査型発光素子アレイのチップを複数配置したプリントヘッドから成る光書込ユニットにおいて、発光素子の発光光量を制御する電流制限抵抗の抵抗値を設定する設定手段を備える光書込ユニットを最も主要な特徴とする。
また、請求項２に記載の発明では、前記設定手段は外部から与えたデジタル値によって抵抗値を設定する光書込ユニットを主要な特徴とする。
また、請求項３に記載の発明では、前記設定手段は設定値を記憶する記憶手段を備えた光書込ユニットを主要な特徴とする。
また、請求項４に記載の発明では、前記記憶手段は不揮発性メモリである光書込ユニットを主要な特徴とする。
また、請求項５に記載の発明では、前記自己走査型発光素子アレイの複数箇所についてそれぞれ温度を計測する温度計測素子を備えている光書込ユニットを主要な特徴とする。
また、請求項６に記載の発明では、前記温度計測素子は計測温度をデジタル値にて外部に出力する光書込ユニットを主要な特徴とする。
また、請求項７に記載の発明では、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の光書込ユニットを使った画像形成装置を主要な特徴とする。
また、請求項８に記載の発明では、光書込ユニットと、像担持体、帯電ユニット、現像ユニット、クリーニングユニットより選ばれる少なくとも１つのユニットとを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
また、請求項９に記載の発明では、前記光書込ユニットは請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の光書込ユニットであるプロセスカートリッジを主要な特徴とする。

本発明によれば、自己走査型発光素子アレイのチップを複数配置したＬＥＤプリントヘッドから成る光書込ユニットにおいて、発光素子の発光光量を制御する電流制限抵抗の抵抗値を外部から設定する設定手段を備えることにより、チップ間で発光光量のバラツキがあっても電流制限抵抗の抵抗値を最適な値に設定してチップ間のバラツキを少なくすることができる。
また、設定手段を外部から与えたデジタル値によって抵抗値を設定することにより環境変動等による抵抗値の変動を少なくすることができる。
また、設定手段に設定値を記憶する記憶手段を設けることにより、設定値の初期化等を迅速に行うことができる。
また、記憶手段が不揮発性の記憶装置であることにより、電源投入時の抵抗値の再設定を迅速に行うことができる。
また、自己走査型発光素子アレイの複数箇所についてそれぞれ温度を計測する温度計測素子を配備することにより、チップ周辺の温度を計測することができる。
また、温度計測素子は計測温度をデジタル値にて外部に出力することより、安定した温度計測値を得ることができる。
また、本発明の画像形成装置によれば、安定してチップ毎の濃度むらのない高画質な画像出力を得ることができる。
また、本発明のプロセスカートリッジによれば、安定してチップ毎の濃度むらのない高画質な画像出力を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、従来技術（図６、図７）で説明した部分と同様の部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
［実施例１］
図１は本発明を実施するための最良の形態である光書込ユニットの構成を示す回路図である。自己走査型発光素子アレイ１は転送用３端子サイリスタ（スイッチ素子）Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３・・・と結合用ダイオードＤ_１，Ｄ_２，Ｄ_３・・・、及び発光用サイリスタＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３・・・からなる（図６参照）。奇数番目のスイッチ素子のアノードには抵抗Ｒ_１を介して転送クロックφ_１が供給され、偶数番目のスイッチ素子のアノードには抵抗Ｒ_２を介して転送クロックφ_２が供給される。
また、スイッチ素子Ｔ_１のゲート端子にはスタートパルスφ_Ｓが加えられる。発光素子のアノードには電流制限抵抗４を介して発光パルスφ_Ｉが供給される。転送クロックφ_１、φ_２、スタートパルスφ_Ｓ、および、書き込み用の発光パルスφ_Ｉは駆動部２内の駆動回路３にて生成される（生成波形の一例は図７参照）。
発光素子に供給する電流は発光パルスφ_Ｉの電流制限抵抗４の抵抗値により決められる。発光素子をオンにするアノード電圧が１〜２Ｖなので、仮にアノード電圧を１．５Ｖとすれば、発光パルスφ_Ｉの電流値ｉ_Ｉは電流制限抵抗４をＲ_Ｉとしてｉ_Ｉ＝３．５／Ｒ_Ｉで求めることができる。電流制限抵抗４の抵抗値の設定は設定手段５で行う。
このように、実施例１では、自己走査型発光素子アレイ１のチップを複数配置した、いわゆるＬＥＤプリントヘッドから成る光書込ユニットにおいて、発光素子の発光光量を制御する電流制限抵抗４の抵抗値を設定する設定手段５を備えているので、チップ間で発光光量のバラツキがあっても電流制限抵抗４の抵抗値を最適な値に設定してチップ間のバラツキを少なくすることができる。

［実施例２］
実施例２の光書込ユニットは、実施例１の光書込ユニットにおいて、設定手段５が外部から与えたデジタル値によって抵抗値を設定するようにした場合である。図２に電流制限抵抗４と設定手段５の一例を示す。電流制限抵抗４において抵抗値Ｒの抵抗が直列に接続されている。抵抗の各端子はリレー４２の一端に接続され、リレー４２の他方は互いに結線され、この抵抗の外部端子と接続される。
各リレー４２の制御線は、マルチプレクサ４３の出力により制御される。マルチプレクサ４３へのデータは設定手段５より供給される。設定手段５はシリアルのデジタル抵抗値データをシフトレジスタ５２へ格納すると共に、パラレル変換してレジスタ５１に格納してマルチプレクサ４３に供給する。
したがって、実施例２の光書込ユニットでは、設定手段を外部から与えたデジタル値によって抵抗値を設定することにより環境変動等による抵抗値の変動を少なくすることができる。
［実施例３］
実施例３の光書込ユニットは、実施例１又は実施例２の光書込ユニットにおいて、設定手段５が設定値を記憶する記憶手段（不揮発性の記憶装置）であるメモリ５３を備えた場合である。図３に電流制限抵抗４と設定手段５の別の一例を示す。設定手段５は図２に示すような実施例２の構成にメモリ５３を加えた構成となっている。抵抗値データはシフトレジスタ５２に入力されると共に、メモリ５３に格納される。
メモリ５３は幾通りかの抵抗値データを格納することが可能であり、アドレス指定することにより、メモリ５３に格納してある所望の抵抗値を短時間で設定することが可能である。また、メモリ５３を書き換え可能な不揮発性のメモリ、例えば、ＥＥＰＲＯＭ等で構成することにより、電源投入直後の電流制限抵抗４への抵抗値データの再設定を短時間で行うことができ、初期起動時間を短縮できる。
このように、実施例３の光書込ユニットでは、設定手段５に設定値を記憶する記憶手段である記憶装置５３を設けることにより、設定値の初期化等を迅速に行うことができる。また、記憶手段が不揮発性の記憶装置であることにより、電源投入時の抵抗値の再設定を迅速に行うことができる。

［実施例４］
実施例４の光書込ユニットは、実施例１〜３のいずれかの光書込ユニットにおいて、自己走査型発光素子アレイの複数箇所、例えば各々のチップについてそれぞれ温度を計測し、計測温度をデジタル値にて外部に出力する温度計測素子を配備した場合である。図４は自己走査型発光素子アレイ１のチップ周辺の構成を示す概略図である。図４に示すように、自己走査型発光素子アレイ１の複数のチップを直線状に配置し、この配置に対応して駆動部２を配設すると共に、各チップの付近に温度計測素子としての温度計測チップ６を配置し、チップ付近の温度を計測するようになっている。
温度計測チップ６はトランジスタのベース、エミッタ間の電圧が温度特性を持つことを利用した温度計測用センサであり、ＡＤＣ機能を備えており、計測値をデジタル値で出力する。また、温度計測チップ６にはアドレスが付けられており、これら温度計測チップをカスケードに接続することにより、温度計測に要する配線を大幅に減らすことができる。この温度計測の結果に基づいてチップに対応する発光パルスφ_Ｉの電流制限抵抗４の抵抗値を設定しなおす。
このように、実施例４の光書込ユニットでは、自己走査型発光素子アレイ１の各々のチップについてそれぞれ温度を計測する温度計測チップ６を備えているので、チップ周辺の温度を計測することができる。また、温度計測チップ６は計測温度をデジタル値にて外部に出力するので、安定した温度計測値を得ることができる。

［実施例５］
実施例５は、実施例１〜４のいずれかに記載の光書込ユニットを画像形成装置に搭載した場合である。図５に示すように、実施例５の画像形成装置は、光書込ユニットとしての露光ユニット９、感光体（像担持体）１５、帯電ユニット８、現像ユニット１０、クリーニングユニット１３、除電ユニット１４、定着ユニット１２、転写ユニット１１を備えている。したがって、実施例５の画像形成装置によれば、安定してチップ毎の濃度むらのない高画質な画像出力を得ることができる。
［実施例６］
実施例６は、光書込ユニットと、像担持体１５、帯電ユニット８、現像ユニット１０、クリーニングユニット１３より選ばれる少なくとも１つのユニットとを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、光書込ユニットが実施例１〜４のいずれかの光書込ユニットの場合である。このように構成したプロセスカートリッジでは、安定してチップ毎の濃度むらのない高画質な画像出力を得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態である光書込ユニットの構成を示す回路図。 電流制限抵抗と設定手段の一例を示す構成図。 記憶手段を備えた設定手段と電流制限抵抗の一例を示す構成図。 自己走査型発光素子アレイのチップ周辺の構成を示す概略図。 画像形成装置の構成を示す概略断面図。 自己走査型発光素子アレイの等価回路図。 生成したパルスの一例を示す波形図。

符号の説明

１ 自己走査型発光素子アレイ、２ 駆動部、３ 駆動回路、４ 電流制限抵抗、５ 設定手段、６ 温度計測チップ、８ 帯電ユニット、９ 露光ユニット、１０ 現像ユニット、１１ 転写ユニット、１２ 定着ユニット、１３ クリーニングユニット、１４ 除電ユニット、１５ 感光体、４２ リレー、４３ マルチプレクサ、５１ レジスタ、５２ シフトレジスタ、５３ メモリ、Ｄ_１、Ｄ_２、Ｄ_３ ダイオード、Ｇ_１、Ｇ_２、Ｇ_３ ゲート端子、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３ ３端子発光素子、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_Ｉ、Ｒ_Ｌ、Ｒ_Ｓ 抵抗、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３ ３端子スイッチ素子、Ｖ_ＧＫ 電源、φ_１、φ_２、φ_Ｓ、φ_Ｉ 転送クロック

Claims (8)

1. 自己走査型発光素子アレイのチップを複数配置したプリントヘッドから成る光書込ユニットにおいて、発光素子の発光光量を制御する電流制限抵抗の抵抗値を設定する設定手段を備えることを特徴とする光書込ユニット。
2. 請求項１記載の光書込ユニットにおいて、前記設定手段は外部から与えたデジタル値によって抵抗値を設定することを特徴とする光書込ユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光書込ユニットにおいて、前記設定手段は設定値を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする光書込ユニット。
4. 請求項３記載の光書込ユニットにおいて、前記記憶手段は不揮発性メモリであることを特徴とする光書込ユニット。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の光書込ユニットにおいて、前記自己走査型発光素子アレイの複数箇所についてそれぞれ温度を計測する温度計測素子を備えることを特徴とする光書込ユニット。
6. 請求項５記載の光書込ユニットにおいて、前記温度計測素子は計測温度をデジタル値にて外部に出力することを特徴とする光書込ユニット。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の光書込ユニットを備えていることを特徴とする画像形成装置。
8. 光書込ユニットと、像担持体、帯電ユニット、現像ユニット、クリーニングユニットより選ばれる少なくとも１つのユニットとを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記光書込ユニットは請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の光書込ユニットであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
   

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