JP2006224410A - 固体走査型光書込み装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数色のＬＥＤそれぞれの発光光量を常時一定に維持でき、安定した画像を形成可能な固体走査型光書込み装置を得る。
【解決手段】 電気光学効果を有する複数の光シャッタ素子を主走査方向に並置し、ＬＥＤ群からなる光源から順次放射されたＲ，Ｇ，Ｂ光を、前記光シャッタ素子のオン／オフにて変調し、感光材上に画像を形成する固体走査型光書込み装置。ＬＥＤから順次発光されるＲ，Ｇ，Ｂの光量をＳＰＣセンサ３にて検出し、該検出光量をＩ／Ｖ変換アンプ２５及びＦＢ信号ゲイン調整アンプ２６を介してフィードバックアンプ４１に入力し、制御電圧と比較のうえ定電流回路２２にフィードバックする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、固体走査型光書込み装置、特に、電気光学効果を有する複数の光シャッタ素子を主走査方向に並置した光シャッタモジュールによって光源から放射された光を変調し、印画紙などの感光材上に画像を描画する固体走査型光書込み装置に関する。

従来から、銀塩感材を用いた印画紙やフィルムに画像を形成するための光書込み装置として、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長の光を発光する発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する）を光源として用い、電気光学効果を有する材料であるＰＬＺＴやＬｉＮｂＯ₃からなる光シャッタチップに複数の光変調領域（光シャッタ素子）を形成し、該チップを主走査方向にアレイ状に配設して光をオン／オフ制御する固体走査型光書込み装置が種々提案されている。

しかしながら、この種の光書込み装置にあっては、（１）１ページの画像露光中での光量変動、（２）１画素を描画する際でのＬＥＤ点灯時の初期光量変動、（３）ＬＥＤへの過大順電流の供給、といった問題点を有している。

即ち、ＬＥＤは発光を継続していくと、波長、温度、順電圧が微小にシフトし、１画像の副走査方向の先端部と後端部とで濃度が変化してしまう。このため、ＬＥＤ自体の特性、温度特性、経年劣化などの光量変動要因に対して、常に安定した光量を維持する制御が要求されている。

また、図１３に示すように、ＬＥＤをオンした後、光シャッタ素子を所定のタイミングｔ５でオンし、画素データの階調に応じた時間経過時にＬＥＤをオフすると、ＬＥＤをオンした立ち上がり時に光量変動が生じ、低階調側では（シャッタオン時間が短いほど）露光濃度（図１３で斜線を付した面積に相当する）の比例関係が崩れる。即ち、露光時間と露光濃度が比例せず、γ特性が崩れることを意味している。

さらに、ＬＥＤの順電流はフィードバック回路によって自動的に調整することも可能であるが、ＬＥＤの経年劣化分に対して回路が作動すると、条件によっては過大な順電流を供給してしまうことがあった。

ＬＥＤを光源とする固体走査型光書込み装置の従来例としては、特許文献１〜４を挙げることができる。特許文献１には、ＬＥＤの劣化に対しデューティ比を制御することによって所定の発光輝度を維持することが開示されている。特許文献２には、ＬＥＤに流れる電流を一定にする照明装置が開示されている。特許文献３には、ＬＥＤの電流フィードバック制御機能が付いたＬＥＤ駆動回路が開示されている。特許文献４には、光量と温度検出値に従って一定光量を維持するように制御することが開示されている。しかしながら、これらのＬＥＤに対する制御において、複数色のＬＥＤそれぞれに対して点灯直後から瞬時的な変動を抑制する対策は未解決であった。
特開平９−３０９２２３号公報 特開２００４−３９２８８号公報 特開２００４−１９２０００号公報 特開２００４−１９３０２９号公報

そこで、本発明の第１の目的は、複数色のＬＥＤそれぞれの発光光量を常時一定に維持でき、安定した画像を形成可能な固体走査型光書込み装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、前記第１の目的を達成するとともに、温度変化に対応して一定の光量を維持できる固体走査型光書込み装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、前記第１の目的を達成するとともに、点灯直後の立ち上がり時の光量変動を抑えることのできる固体走査型光書込み装置を提供することにある。

本発明の第４の目的は、前記第１の目的を達成するとともに、ＬＥＤの異常動作を未然に防止することのできる固体走査型光書込み装置を提供することにある。

本発明の第５の目的は、前記第１の目的を達成するとともに、ＬＥＤに生じた光量劣化を早期に警告することのできる固体走査型光書込み装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明に係る固体走査型光書込み装置は、電気光学効果を有する複数の光シャッタ素子を主走査方向に並置した光シャッタモジュールと、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を前記光シャッタ素子に対してそれぞれ放射する発光ダイオードからなる光源ユニットと、Ｒ，Ｇ，Ｂの前記発光ダイオードを順次切り換えて発光させる発光制御手段と、前記発光制御手段によって前記発光ダイオードから順次発光されるＲ，Ｇ，Ｂの光量を検出する単一の光量センサと、前記光量センサによって検出されるＲ，Ｇ，Ｂごとの光量を前記発光制御手段にフィードバックするフィードバック制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る固体走査型光書込み装置においては、それぞれの発光ダイオードから順次発光されるＲ，Ｇ，Ｂの光量を単一の光量センサによって検出し、検出されたＲ，Ｇ，Ｂごとの光量を発光制御手段にフィードバックするようにしたため、複数色のＬＥＤそれぞれの発光光量を常時一定に維持でき、安定した高品質の画像を形成することができる。

本発明に係る固体走査型光書込み装置において、フィードバック制御手段は、光量センサによって検出されるＲ，Ｇ，Ｂごとの光量に基づいて、発光光量を制御するための光量制御信号をＲ，Ｇ，Ｂごとに時分割に生成することが好ましい。単一の光量センサを用い、Ｒ，Ｇ，Ｂごとの光量制御信号を時分割に生成することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂごとに光量センサを設ける場合に比べ、回路構成が簡単になる。

さらに、発光ダイオードの温度を検出する温度センサを備え、発光制御手段は該温度センサで検出された温度変化に基づいて光量制御信号を調整してもよい。ＬＥＤの温度変化に基づく光量変動を抑制することができる。

さらに、フィードバック制御手段は発光ダイオードが点灯された所定時間経過した時点での光量センサの出力に基づく光量制御信号を保持するようにしてもよい。ＬＥＤ点灯直後の立ち上がり時の光量変動を抑えることができ、γ特性が改善される。

また、フィードバック制御手段は光量センサの出力が所定レベルに達したとき、その時点での光量制御信号を保持するようにしてもよい。ＬＥＤ点灯直後の立ち上がり時のオーバーシュートを回避することができ、γ特性が改善される。

さらに、発光ダイオードに流れる電流値を検出する検出手段を備え、発光制御手段は該検出手段で検出された電流値が所定レベルに達したとき発光ダイオードを消灯するようにしてもよい。ＬＥＤの異常動作を未然に防止することができる。

さらに、発光ダイオードの光量劣化量を検出する検出手段を備え、発光制御手段は該検出手段で検出された光量劣化量が所定レベルに達したとき警告を行うようにしてもよい。ＬＥＤに生じた光量劣化を早期に警告することができる。

以下、本発明に係る固体走査型光書込み装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。

（固体走査型光書込み装置の概略構成、図１参照）
図１に示す固体走査型光書込み装置は、印画紙や感光フィルムなどの記録媒体上に画像を形成するためのプリントヘッドとして構成したもので、概略、光源ユニット１と、光ファイバアレイ５と、偏光子６と、光シャッタモジュール１０と検光子７と、結像レンズアレイ８とで構成されている。

光源ユニット１は、描画光であるＲＧＢの三色に分けられた複数のＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから放射された光を、ダイクロイックミラー２Ｒ，２Ｇ，２Ｂでそれぞれ反射／透過させて光ファイバアレイ５の入射端部５ａに導く。ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂのオン／オフは以下に詳述する発光制御回路２０（図２参照）にて制御される。

光ファイバアレイ５は、多数の光ファイバ単体を集束したもので、入射端部５ａから入射した光を出射端部５ｂから直線状に出射する。偏光子６と検光子７はクロスニコルに配置され、かつ、各偏光面が各光シャッタ素子へ印加される電界方向に対して４５°になるように配置されている。

光シャッタモジュール１０は、ガラス製の基板１１上にＰＬＺＴからなる複数の光シャッタチップ１２を主走査方向Ｘに配置し、各光シャッタチップ１２に形成されている個々の光シャッタ素子を駆動ＩＣ１３にて駆動する。なお、この種の電気光学効果を有する光シャッタ素子を階調を有する画像データに基づいてオン／オフ駆動し、ＲＧＢの３色の光によって印画紙上にカラー画像を形成する基本的な方法は従来周知であり、その説明は省略する。

また、光ファイバアレイ５の入射端部５ａから１本の光ファイバ単体５ｃが分岐され、該光ファイバ単体５ｃの先端にはＳＰＣセンサ３が配置されている。ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは１ラインの走査時に順次切り換えられて発光され（図３（Ａ）参照）、その光の一部は光ファイバ単体５ｃからＳＰＣセンサ３に入射され、光量が検出される。さらに、ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの近傍には温度センサ４が設置されている。

（発光制御回路、図２参照）
発光制御回路２０は、図２に示すように、ＬＥＤに対する電源回路２１及びＲ，Ｇ，Ｂそれぞれに対する定電流回路２２を備え、ＳＰＣセンサ３からの光量検出信号はＩ／Ｖ変換アンプ２５に入力され、Ｉ／Ｖ変換アンプ２５の出力はＲ，Ｇ，Ｂの３チャンネルに分かれて可変抵抗器ＶＲを介してＦＢ信号ゲイン調整アンプ２６に入力される。

一方、制御部３０は、ＣＰＵ３１と、Ｄ／Ａコンバータ３２と、切換え回路３３と、Ａ／Ｄコンバータ３４とで構成されている。フィードバックアンプ部は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３チャンネル分のフィードバックアンプ４１にて構成され、フィードバックアンプ４１の出力は前記定電流回路２２に入力される。

発光制御回路２０において、ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの順で時分割発光された光は導光部（光ファイバ単体５ｃ）を介してＳＰＣセンサ３へ入射する。この入射光強度に比例して流れるＳＰＣセンサ３の電流を、Ｉ／Ｖ変換アンプ２５にて電圧に変換する。

さらに、前記電圧はＦＢ信号ゲイン調整アンプ２６にて各チャンネルごとに所定のゲインが掛けられ、フィードバックアンプ４１の−入力端子に入力される。この入力電圧をＦＢ電圧（Ｒ−ｃｈＦＢ電圧、Ｇ−ｃｈＦＢ電圧、Ｂ−ｃｈＦＢ電圧）と称する。

一方、フィードバックアップ４１の＋入力端子にはＣＰＵ３１によって制御されるＤ／Ａコンバータ３２から出力される制御電圧（Ｒ−ｃｈ制御電圧、Ｇ−ｃｈ制御電圧、Ｂ−ｃｈ制御電圧）が入力される。Ｄ／Ａコンバータ３２の後段に設けた切換え回路３３はＤ／Ａコンバータ３２の出力のオン／オフの切換えを行い、ＬＥＤの点灯、消灯を制御する。

フィードバックアンプ部では入力のプラス／マイナスがグランドに対して同じになるように仮想短絡制御を行うため、制御電圧に対してＦＢ電圧が常に等しくなるように動作し、ＬＥＤの発光光量を一定に保つことが可能になる。これにて、安定した高品質の画像を形成することができる

また、下式の入出力電圧の関係が成立する。
［フィードバックアンプ出力電圧］＝［＋入力電圧］＋［Ｇａｉｎ］×｛［＋入力電圧］−［−入力電圧］｝
ここで、［Ｇａｉｎ］はアンプ４１に接続されている二つの抵抗Ｒの抵抗値の比によって決まるものである。

フィードバックアンプ４１の出力電圧の変化量は、定電流回路２２によって順電流の変化量、つまり、ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光光量に反映される。これにて、ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光光量が常時一定に維持されることになる。

（制御タイミングとＦＢ信号ゲイン調整、図３参照）
本実施例では、Ｒ，Ｇ，Ｂを発光するそれぞれのＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを時分割で点灯制御し、その制御信号は図３（Ａ）に示すように出力される。時分割で点灯するため、ＳＰＣセンサ３とＩ／Ｖ変換アンプ２５は１チャンネルで実現できる。点灯時間は１画素について１００〜４００μｓ程度であり、チャンネルの切り換わり目には５０μｓの不点灯時間を設けている。

図３（Ｂ）に示すＣＰＵ３１から出力される制御電圧と、図３（Ｃ）に示すＩ／Ｖ変換後電圧は、絶対値レベルで比較できるものではないため、初期状態において、ＦＢ信号ゲイン調整アンプ２６で制御電圧とＦＢ電圧とが一致するようにゲインを調整する必要がある。即ち、ＦＢ信号ゲイン調整アンプ２６によってＲ，Ｇ，Ｂの各チャンネルの電圧Ｖ１’，Ｖ２’，Ｖ３’が、それぞれの制御電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に一致するようにゲインを変えるのである。ゲインはフィードバックアンプ４１に接続されている二つの抵抗Ｒの抵抗値の比で決定されるため、可変抵抗器ＶＲでゲインを調整することで最適ゲインを見つける。図３（Ｄ）にゲインを掛けた後のＦＢ電圧を示す。

（温度特性の補正、図４及び図５参照）
ところで、光源として使用しているＬＥＤは温度特性、即ち、温度によって発光波長、光量が変動する特性を持っている（図４参照、Ｒに関する特性を示す）。また、印画紙も分光感度特性を持っている（図５参照）。

従って、ＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの温度変動によって描画画質に影響を及ぼすことになる。そこで、本実施例では、光源ユニット１に温度センサ４を設け、該温度センサ４で検出された温度変化に基づいてＬＥＤ群１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの光量を調整するようにした。これにて、ＬＥＤの温度変化に基づく光量変動を抑制することができる。

即ち、センサ４による検出温度から図４に示す特性変動を補正する制御電圧ΔＶを算出し、前記制御電圧に加算することで特性変動を抑制することができる。

温度がｔ℃から＋Δｔ℃に変化した場合、他のパラメータの変動は、即ち、制御電圧ＶはＶ＋ΔＶ、光量Ｅ（ｔ）はＥ（ｔ＋Δｔ）、印画紙感度Ｐ（λ）はＰ（λ＋Δλ）と表すことができる。

波長λは温度ｔの関数で表されるので、Ｐ（ｔ）はＰ（ｔ＋Δｔ）と表すことができる。そして、温度変化後の必要な順電流Ｉｆは、現状の順電流Ｉｆ（Ｖ相当）と必要光量（現状の順電流Ｉｆと温度変化後の順電流Ｉｆとの比）Ｋを変数とする関数ＬＥＤ（Ｖ，Ｋ）で表現できる。

従って、補正する制御電圧ΔＶは下式で表される。
［必要光量Ｋ］＝｛Ｅ（ｔ）／Ｅ（ｔ＋Δｔ）｝×｛Ｐ（ｔ）／Ｐ（ｔ＋Δｔ）｝
（Ｖ＋ΔＶ）／Ｖ＝Ｋ×ＬＥＤ（Ｖ，Ｋ）
∴ΔＶ＝｛Ｋ×ＬＥＤ（Ｖ，Ｋ）−１｝×Ｖ

（サンプルホールド制御、図６〜図８参照）
ＦＢ電圧信号に対して、ＬＥＤの点灯信号をオンしてから所定時間経過後に、サンプルホールドを行い、ホールドされた電圧を制御電圧にセットすることで、サンプルホールドタイミングの光量を維持するフィードバックを掛けることができる。

図６に、１チャンネル分であるが、サンプルホールド部４５をフィードバックアンプ４１の出力側に挿入した構成を示す。サンプルホールド部４５に対しては、図７に示すように、ＬＥＤ制御信号が入力されてから一定時間ｔ１が経過した時点でサンプルホールド信号を動作させる。

このようなサンプルホールド制御によるＬＥＤの光量変動は図８に示すとおりであり、ＬＥＤをオンし、かつ、光シャッタ素子をオンした直後の立ち上がり時の光量変動を抑えることができる。即ち、低階調側での露光濃度（図８で斜線を付した面積に相当する）の比例関係が崩れることがなく、γ特性が改善される。

（オーバーシュートの改善、図９及び図１０参照）
フィードバックアンプ４１は二つの入力の電圧差に対して所定のゲインが掛かるため、ＬＥＤの点灯立ち上がり時光量のオーバーシュートが発生してしまう不具合を有している。このようなオーバーシュートは、図９（１チャンネルのみ図示）に示すように、コンパレータ４６をフィードバックアンプ４１と並列に挿入することで改善することができる。制御電圧とＦＢ電圧とをコンパレータ４６に入力し、ＦＢ電圧が制御電圧を超えた瞬間にコンパレータ４６の出力が“Ｌ”から“Ｈ”に切り換わる。これをトリガ信号としてフィードバックアンプ４１の出力電圧をサンプルホールドする。

このようなサンプルホールド制御によるＬＥＤの光量変動は図１０に示すとおりであり、ＬＥＤをオンして基準光量（制御電圧）に達した瞬間の光量が維持され、光量安定化時間が短縮される。即ち、低階調側での露光濃度（図１０で斜線を付した面積に相当する）の比例関係が崩れることがなく、γ特性が改善される。

（過電流検出、図１１参照）
ところで、定電流回路２２への入力電圧は順電流Ｉｆに比例する。そこで、本実施例では、図１１に示すように、定電流回路２２への入力電圧ラインにコンパレータ４７を配置し、その出力をＣＰＵ３１及び切換え回路３３に入力するようにした。

ここでは、順電流Ｉｆが基準電圧を超えるとコンパレータ４７の出力論理が反転し、“Ｌ”レベルになる。この信号にてＬＥＤを強制的に消灯させる。また、異常状態を示すフラグをＣＰＵ３１へ転送し、ＣＰＵ３１に異常状態を認識させる。これにて、ＬＥＤの異常動作を未然に防止することができる。

（光量劣化検出、図１２参照）
また、図１２（１チャンネルのみ図示）に示すように、ＦＢ電圧を入力とするＡ／Ｄコンバータ４８を配置し、その変換出力をＣＰＵ３１へ転送するようにした。ＣＰＵ３１はＡ／Ｄコンバータ４８の初期出力を保持することで、その後の光量劣化を比較判断し、光量劣化許容量の９０％に達したときに、光源要交換予告信号を出力して図示しない操作パネル上にその旨を表示し、ユーザーに警告する。これにて、ＬＥＤに生じた光量劣化を早期に警告することができる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る固体走査型光書込み装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

本発明に係る固体走査型光書込み装置の一例を示す斜視図である。 発光制御回路を示すブロック図である。 制御タイミング信号及びＦＢ信号のゲイン調整を示すチャート図である。 ＬＥＤの温度に対する特性変動を示すグラフである。 感光体の分光感度特性を示すグラフである。 サンプルホールド回路を示すブロック図である。 サンプルホールドのタイミング信号を示すチャート図である。 サンプルホールドを実行した際の光量変動を示すチャート図である。 オーバーシュートを回避する回路を示すブロック図である。 オーバーシュートを回避した際の光量変動を示すチャート図である。 過電流検出回路を示すブロック図である。 光量劣化検出回路を示すブロック図である。 従来例での光量変動を示すチャート図である。

符号の説明

１…光源ユニット
１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ…ＬＥＤ群
３…ＳＰＣセンサ
４…温度センサ
１０…光シャッタモジュール
２０…発光制御回路
２１…電源回路
２２…定電流回路
２５…Ｉ／Ｖ変換アンプ
２６…ＦＢ信号ゲイン調整アンプ
３１…ＣＰＵ
４１…フィードバックアンプ
４５…サンプルホールド部
４６，４７…コンパレータ
４８…Ａ／Ｄコンバータ

Claims (7)

1. 電気光学効果を有する複数の光シャッタ素子を主走査方向に並置した光シャッタモジュールと、
   Ｒ，Ｇ，Ｂの光を前記光シャッタ素子に対してそれぞれ放射する発光ダイオードからなる光源ユニットと、
   Ｒ，Ｇ，Ｂの前記発光ダイオードを順次切り換えて発光させる発光制御手段と、
   前記発光制御手段によって前記発光ダイオードから順次発光されるＲ，Ｇ，Ｂの光量を検出する単一の光量センサと、
   前記光量センサによって検出されるＲ，Ｇ，Ｂごとの光量を前記発光制御手段にフィードバックするフィードバック制御手段と、
   を備えたことを特徴とする固体走査型光書込み装置。
2. 前記フィードバック制御手段は、前記光量センサによって検出されるＲ，Ｇ，Ｂごとの光量に基づいて、発光光量を制御するための光量制御信号をＲ，Ｇ，Ｂごとに時分割に生成することを特徴とする請求項１に記載の固体走査型光書込み装置。
3. さらに、前記発光ダイオードの温度を検出する温度センサを備え、前記発光制御手段は該温度センサで検出された温度変化に基づいて光量制御信号を調整することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体走査型光書込み装置。
4. 前記フィードバック制御手段は前記発光ダイオードが点灯された所定時間経過した時点での前記光量センサの出力に基づく光量制御信号を保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体走査型光書込み装置。
5. 前記フィードバック制御手段は前記光量センサの出力が所定レベルに達したとき、その時点での光量制御信号を保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体走査型光書込み装置。
6. さらに、前記発光ダイオードに流れる電流値を検出する検出手段を備え、前記発光制御手段は該検出手段で検出された電流値が所定レベルに達したとき発光ダイオードを消灯することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体走査型光書込み装置。
7. さらに、前記発光ダイオードの光量劣化量を検出する検出手段を備え、前記発光制御手段は該検出手段で検出された光量劣化量が所定レベルに達したとき警告を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体走査型光書込み装置。
   

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