JP2007223166A - 自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転送異常または転送不良の生じない、自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドの駆動方法を提供する。
【解決手段】タイミング補正値を発生する補正値発生器２０の出力値Ｖｃと、ノコギリ波発生器２２の出力するノコギリ波の電圧Ｖｓとを比較器２４で比較して、ノコギリ波の電圧が高い場合に比較器出力ＶｏがＬレベルとなる。ＡＮＤ回路２６で、比較器出力と画像信号ＩのＡＮＤをとることでφ_Ｉ信号を作っている。このφ_Ｉ信号により、発光部サイリスタ毎に、サイリスタの点灯開始タイミングをずらすことによって、発光部サイリスタの転送異常または転送不良を防止する。
【選択図】図５

Description

本発明は、自己走査型発光素子アレイチップを用いた光書込みヘッドの駆動方法、特にチップの裏面電極の電位変動を小さくする駆動方法に関する。

ＰＮＰＮ構造の発光サイリスタよりなる自己走査型発光素子アレイチップを使った光プリンタヘッドでは、駆動回路をヘッドの外部に配置することで、副走査方向幅の細いヘッドを実現できる。このような細幅ヘッドは、感光ドラムから見込んだ角度が小さくできるため、感光ドラムの細系化が可能となり、プリンタ全体を小型化できるなどのメリットは大きい。なお、このような光プリンタヘッドは、光プリンタのみならず、ファクシミリ、複写機にも用いられる。

しかし、駆動回路とチップが離れているため、配線の取り回しが長くなってしまい、ノイズが生じ動作不安定の原因となっている。動作不安定となる理由は、取り回し配線長が長くなるためのインダクタンス分の増加、および、発光点数が多いときの大きな電流変化に起因する、逆起電力による基板電位の変動である。

ヘッドの構造を４チップの場合を例として、図１に示す。図１の自己走査型発光素子アレイチップを、以下ＳＬＥＤ（Ｓｅｌｆ−ｓｃａｎｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）と略称することがある。

図２は、ＳＬＥＤチップの構成を示す。ＳＬＥＤチップは、シフト部１０と発光部１２とから構成される。

シフト部１０は、発光サイリスタＳ１，Ｓ２・・・Ｓ１２８と、これらサイリスタのゲート間を結合するダイオードＤと、負荷抵抗ＲＧとから構成されている。

電源端子Ｖ_ＧＡは、Ｖ_ＧＡライン２を経て、各負荷抵抗ＲＧに接続される。

クロックパルス端子φ１は、電流制限用抵抗Ｒ１およびφ１ライン４を経て、奇数番目のシフト部サイリスタＳ１，Ｓ３・・・のカソードに接続される。

クロックパルス端子φ２は、電流制限用抵抗Ｒ２およびφ２ライン６を経て、偶数番目のシフト部サイリスタＳ２，Ｓ４，・・・のカソードに接続される。

第１番目のサイリスタＳ１のゲートは、ダイオードＤＳを経てφ２ライン６に接続されている。

一方、発光部１２は、発光サイリスタＬ１，Ｌ２・・・Ｌ１２８で構成され、各サイリスタのゲートは、対応するシフト部のサイリスタのゲートに接続され、カソードは信号ラインφ_Ｉ８を経てφ_Ｉ端子に接続されている。

図１において、ヘッド１は、フラットケーブル３を介して駆動回路５と接続されている。７は、フラットケーブル３中の共線線を示す。

駆動回路５は、クロックパルスを発生する信号源ｇ１，ｇ２と、各チップへの信号φ_Ｉを発生する信号源ｇ_Ｉ１〜ｇ_Ｉ４と、電流バッファｂ１〜ｂ６と、電流制限抵抗Ｒ_Ｉ１〜Ｒ_Ｉ４とを備えている。

信号源ｇ１は、フラットケーブル３を介して、ヘッドφ１共線線１４に接続され、信号源ｇ２は、フラットケーブル３を介して、ヘッドのφ２共線線１６に接続されている。

信号源ｇ_Ｉ１〜ｇ_Ｉ４は、フラットケーブル３を経て、ヘッドの各チップＳＬＥＤ１〜４のφ_Ｉ端子にそれぞれ接続されている。

いま、ＳＬＥＤ１の発光部サイリスタを点灯させる場合を考える。オンしていないＳＬＥＤのφ_Ｉライン８は容量Ｃと見なしてよいので、オンしていないＳＬＥＤについて信号源からケーブル３を経てφ_Ｉラインに至る回路は、図３に示すようなＲＬＣ直列回路となる。Ｒは、電流制限抵抗および配線の抵抗を含む。Ｌは、配線のインダクタンスである。Ｃは、前述したように、オンしていないＳＬＥＤのφ_Ｉラインの容量である。

図中、ｖ１は、オンしているＳＬＥＤのφ_Ｉライン８の電位を、ｖ２はチップの裏面電極の電位、すなわち基板電位である。

Ｒ＝２００Ω、Ｌ＝１００ｎＨ、Ｃ＝２０ｐＦとして、信号源の電源Ｖが０から−５Ｖに２ｎｓかけて落ちる場合を図４Ａに示す。裏面電極電位ｖ２は最大約−１Ｖまで振れている。基板電位がマイナスに振れるということは、オンしているシフト部サイリスタに流れる電流が減少することとなり、場合によってはサイリスタがオフされてしまい転送異常となる。

信号源の電源Ｖが−５Ｖから０Ｖに変化する場合についても図４Ｂに示したが、電流変化の速度が負であるため、基板電位ｖ２はプラス側に振れる。このため、シフト部サイリスタのオン状態に影響を与えにくい。

すなわち、発光部サイリスタを点灯させるために信号φ_Ｉを立ち下げるときに、転送異常が起りやすいということになる。ここでは、ＳＬＥＤ１のみについて考えたが、裏面電極はプリント基板上で一つにまとめられており、複数のＳＬＥＤが点灯する場合、すべての電流は共通配線７を通って駆動回路５に戻ってくるため、電流変化はより大きくなり、より転送不良を起こしやすくなる。

本発明の目的は、転送異常または転送不良の生じない、自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドの駆動方法を提供することにある。

本発明は、裏面電極を共通とする複数の自己走査型発光素子アレイチップが１次元状に配列されて構成される光書込みヘッドを、ケーブルを介して接続された駆動回路により駆動する方法であって、裏面電極の電位の変動を小さくするように、各チップの発光サイリスタの点灯開始タイミングを調整して、光書込みヘッドを駆動する。

発光サイリスタの点灯開始タイミングの調整は、駆動回路において、画像信号から開始タイミングを調整した、発光サイリスタを点灯させる信号を形成することにより行う。

また本発明は、裏面電極を共通とする複数の自己走査型発光素子アレイチップが１次元状に配列されて構成される光書込みヘッドを、ケーブルを介して接続された駆動回路により駆動する方法であって、裏面電極の電位の変動を小さくするように、各チップを複数のグループに分け、各グループ毎に、各グループに属するチップの発光サイリスタの点灯開始タイミングを調整して、光書込みヘッドを駆動する。

各グループに属するチップの発光サイリスタの点灯開始タイミングの調整は、駆動回路において、各グループ毎に、画像信号から開始タイミングを調整した、発光サイリスタを点灯させる信号を形成することにより行う。

複数の自己走査型発光素子アレイチップが千鳥状に１次元状に配列されて構成されている場合には、前記グループの数を第１のグループおよび第２のグループの２個とし、画像信号から、第１のグループに属する発光サイリスタ点灯させる第１の信号と、第２のグループに属する発光サイリスタ点灯させる第２の信号とを形成し、第１の信号と第２の信号とは、時間差を設ける。この時間差は、千鳥状に配列された第１のグループのチップと第２のグループのチップとの副走査方向の距離に基づいて定める。

本発明の自己走査型発光素子アレイを用いた光書込みヘッドの駆動方法によれば、チップの裏面電極の電位変動を小さくできるので、転送異常または転送不良が生じない。

以下、本発明の光書込みヘッドを実施例に基づいて説明する。

本実施例は、発光部サイリスタ毎に、サイリスタの点灯開始タイミングをずらすことによって、発光部サイリスタの転送異常または転送不良を防止するものである。

サイリスタの点灯開始タイミングの調整には、ＳＬＥＤの発光部サイリスタ毎の光量ばらつきを発光時間で補正する場合に、点灯開始タイミングを変化させて調整する技術を用いる。本実施例における点灯開始タイミング調整回路の例を図５に示す。この回路では、タイミング補正値を発生する補正値発生器２０の出力値Ｖｃと、ノコギリ波発生器２２の出力するノコギリ波の電圧Ｖｓとを比較器２４で比較して、ノコギリ波の電圧が高い場合に比較器出力ＶｏがＬレベルとなる。ＡＮＤ回路２６で、比較器出力と画像信号ＩのＡＮＤをとることでφ_Ｉ信号を作っている。図６に、補正値電圧Ｖｃおよびノコギリ波電圧Ｖｓの波形と、比較器２４の出力電圧Ｖｏ、画像信号Ｉ、φ_Ｉ信号の各波形とを示している。

図６から、補正値電圧Ｖｃの波形によって、発光部サイリスタの点灯開始タイミングを変化できることがわかる。図６の例では、右上がりのノコギリ波Ｖｓを使っているため、点灯開始時間のみを前後させることが可能となっている。ノコギリ波のほかにも三角波を使ってもよいが、図６に示したノコギリ波の方が、同じ補正値であっても点灯開始時間を大きく変化させられるためより好適である。

実施例１では点灯開始タイミング補正値によって、各発光部サイリスタの点灯開始時間を変更できることを利用したが、チップ毎に、発光部サイリスタの点灯開始時間をずらしてもよい。

図７にヘッドおよび駆動回路の回路例を示す。ここでは、ヘッド内のチップを偶数番チップと奇数番チップの２つのグループに分ける。ＳＬＥＤは、チップ幅を細くするために、φ１，φ２，φ_Ｉ，Ｖ_ＧＡ用のポンディングパッドをチップの端部に形成して、プリント基板４０上に千鳥配置されている。この場合、偶数番チップと奇数番チップは副走査方向にずれている。プリント基板４０上において、４２は裏面電極を示している。駆動回路は、波形発生回路３０，画像信号処理回路３２，ＦＩＦＯ（ファースト・イン・ファースト・アウト）メモリ３４，ＡＮＤ回路３６，電流制限抵抗Ｒ_Ｉを備えている。

本実施例では、ドラム上で画像が一致するように画像信号を与えるタイミングをずらす。例えば、１２００ｄｐｉの副走査解像度で、偶数番チップ発光部サイリスタ列と奇数番チップ発光部サイリスタ列の副走査方向の距離が２ライン分（４２．３μｍ）ある場合、２ライン分の時間をずらせて画像信号を与える。１００ｍｍ／ｓのプリント速度プリンタでは、４２３μｓに相当する。この場合に、２ライン分の時間よりわずかに異なる時間をずらせて画像信号を与えることによって、偶数番チップと奇数番チップの点灯タイミングをずらすことができる。

このためには、図７に示した回路において、基準クロックＣｌｋをもとに、波形発生回路３０は、シフト部用クロックパルスφ１，φ２、Ｖ_ＧＡ、および、発光部用クロックパルスとして奇数用Ｖ_ｏｄｄ、偶数用Ｖ_ｅｖｅｎを発生させる。

各端子の信号波形を図８に示す。クロックパルスＶ_ｏｄｄおよびＶ_ｅｖｅｎは、クロックパルスφ１とφ２が同時にＬレベルとなっていない期間にＬレベルとなるようにし、その立ち下がりタイミングは、Ｖ_ｏｄｄが先に立ち下がり、その後Ｖ_ｅｖｅｎが立ち下がる。このＶ_ｏｄｄとＶ_ｅｖｅｎの差は、ここでは１０ｎｓで一定とした。

一方、画像信号は、画像信号処理回路３２でチップ毎のデータに変換され、偶数番チップのデータはＦＩＦＯメモリ３４を使って２ライン分の遅延がかけられる。この処理の結果、奇数番端子Ｇ１，Ｇ３，Ｇ５・・・、および偶数番端子Ｇ２，Ｇ４，Ｇ６・・・に画像信号に従ったデータが発生される。ここで、画像の書込み（"1"）はＬレベル、非書込み（"0"）はＨレベルで表す。

ＡＮＤ回路３６で、データＧ１，Ｇ３，Ｇ５，Ｇ７・・・とクロックパルスＶ_ｏｄｄとの論理和をとることによって発光部用の信号φ_Ｉ１，φ_Ｉ３，φ_Ｉ５，φ_Ｉ７・・・が得られる。同様に、ＡＮＤ回路３６で、データＧ２，Ｇ４，Ｇ６，Ｇ８・・・とクロックパルスＶ_ｅｖｅｎとの論理和をとることによって発光部用の信号φ_Ｉ２，φ_Ｉ４，φ_Ｉ６，φ_Ｉ８・・・が得られる。これらの発光部用信号は、電流制限抵抗Ｒ_Ｉおよびケーブルを介し、各ＳＬＥＤチップのφ_Ｉボンディングパッドに与えられる。ここで、奇数番チップ用発光部用信号と偶数番チップ用発光部信号のそれぞれの立ち下がりは、Ｖ_ｏｄｄ，Ｖ_ｅｖｅｎに由来する時間差によって、１０ｎｓずれることになる。

奇数番チップと偶数番チップの発光部用信号をずらすことによって、裏面電極での電位変動は、図９に示すように１．６Ｖから０．８Ｖへと半減した。図９において、曲線１００は、ヘッド内すべてのＳＬＥＤチップを同時に点滅した場合である。時刻０ｎｓに発光部用信号が立ち下がり、時刻１００ｎｓで発光部用信号が立ち上がる場合を示している。発光部用信号が立ち下がると、裏面電極の電位は、−１．６Ｖに振れ、発光部用信号が立ち上がると、裏面電極の電位は、＋１．６Ｖに振れていることがわかる。

曲線１０２は、本実施例により偶数番チップと奇数番チップの立ち下がりタイミングを１０ｎｓずらした場合である。時刻０ｎｓに奇数番チップ用発光部用信号が立ち下がり、１０ｎｓ時に偶数番チップ用発光部用信号が立ち下がり、一方、時刻１００ｎｓで奇数番チップ用発光部用信号が立ち上がり、１１０ｎｓ時に偶数番チップ用発光部用信号が立ち上がる場合を示している。裏面電極の電位の振れは、±０．８Ｖであることがわかる。

本実施例では、クロックパルスφ１，φ２は、奇数番チップ，偶数番チップとも共通としたが、クロックパルスＶ_ｏｄｄ、Ｖ_ｅｖｅｎに合わせてずらしてもよい。Ｖ_ｏｄｄおよびＶ_ｅｖｅｎは、クロックパルスφ１とφ２が同時にＬレベルとなっていない期間にＬレベルとなることができるという制限があるため、φ１，φ２を奇数番チップおよび偶数番チップに共通とすると、Ｖ_ｏｄｄ，Ｖ_ｅｖｅｎは、点灯可能な時間（＝Ｔ−ｔ_ａ−ｔ_ｂ、Ｔは転送周期、ｔ_ａはφ１とφ２がともにＬレベルとなる重なり時間、ｔ_ｂはシフト部サイリスタの転送後、発光部サイリスタが点灯できるまでの待ち時間）に加えて、ずらすために必要な時間（ここでは１０ｎｓ）分短くなる。φ１、φ２をブロック毎に分けると、この分だけ点灯時間を稼ぐことができ、実質的に光出力（積分露出光）を増やすことができる。

また、ここでは偶数，奇数の２つのグループに分けたが、３つ以上のグループに分けてもかまわない。

本発明の方法に係わる光プリンタヘッドが用いられる光プリンタの基本構造を、図１０に示す。

光プリンタには、光書込みヘッド１００が設置される。円筒形の感光ドラム１０２の表面に、アモルフアスＳｉ等の光導電性を持つ材料（感光体）が作られている。このドラムはプリントの速度で回転している。回転しているドラムの感光体表面を、帯電器１０４で一様に帯電させる。そして、光書込みヘッド１００で、印字するドットイメージの光を感光体上に照射し、光の当たったところの帯電を中和し、潜像を形成する。続いて、現像器１０６で感光体上の帯電状態にしたがって、トナーを感光体上につける。そして、転写器１０８でカセット１１０中から送られてきた用紙１１２上に、トナーを転写する。用紙は、定着器１１４にて熱等を加えられ定着され、スタッカ１１６に送られる。一方、転写の終了したドラムは、消去ランプ１１８で帯電が全面にわたって中和され、清掃器１２０で残ったトナーが除去される。

このような光書込みヘッドは、プリンタのみならずファクシミリ，複写機にも利用することができる。図１１は、ファクシミリまたは複写機の基本構造を示す。図１０と同一の構成要素には、同一の参照番号を付して示す。

紙送りローラ１３０で搬送される読取り原稿１２２に光源１２４から光を照射し、反射光を結像レンズ１２６を介して、イメージセンサ１２８で受光する。イメージセンサ１２８の出力に基づいて、光書込みヘッド１００の自己走査型発光素子アレイ１３２が点灯し、ロッドレンズアレイ１３４を介して感光ドラム１０２に照射される。用紙１１２への印字は、光プリンタで説明したとおりである。

ヘッドの構造を示す図である。 自己走査型発光素子アレイチップの構成を示す図である。 ＲＬＣ直列回路を示す図である。 裏面電極電電位の振れを示す図である。 裏面電極電電位の振れを示す図である。 点灯開始タイミング調整回路を示す図である。 補正値電圧Ｖｃおよびノコギリ波電圧Ｖｓの波形図である。 第２の実施例におけるヘッドおよび駆動回路の構成を示す図である。 図７の駆動回路の各端子の信号波形を示す図である。 裏面電極の電位変動を示す図である。 光プリンタの基本構造を示す図である。 ファクシミリまたは複写機の基本構造を示す図である。

符号の説明

１ ヘッド
２ Ｖ_ＧＡライン
３ フラットケーブル
４ φ１ライン
５ 駆動回路
６ φ２ライン
８ φ_Ｉライン
１０ シフト部
１２ 発光部
２０ 補正値発生器
２２ ノコギリ波発生器
２４ 比較器
２６ ＡＮＤ回路
３０ 波形発生回路
３２ 画像信号処理回路
３４ ＦＩＦＯ
４２ 裏面電極

Claims (6)

1. 裏面電極を共通とする複数の自己走査型発光素子アレイチップが１次元状に配列されて構成される光書込みヘッドを、ケーブルを介して接続された駆動回路により駆動する方法であって、
   前記裏面電極の電位の変動を小さくするように、各チップの発光サイリスタの点灯開始タイミングを調整して、光書込みヘッドを駆動する方法。
2. 前記発光サイリスタの点灯開始タイミングの調整は、前記駆動回路において、画像信号から開始タイミングを調整した、発光サイリスタを点灯させる信号を形成することにより行う、請求項１に記載の光書込みヘッドを駆動する方法。
3. 裏面電極を共通とする複数の自己走査型発光素子アレイチップが１次元状に配列されて構成される光書込みヘッドを、ケーブルを介して接続された駆動回路により駆動する方法であって、
   前記裏面電極の電位の変動を小さくするように、各チップを複数のグループに分け、各グループ毎に、各グループに属するチップの発光サイリスタの点灯開始タイミングを調整して、光書込みヘッドを駆動する方法。
4. 各グループに属するチップの発光サイリスタの点灯開始タイミングの調整は、前記駆動回路において、前記各グループ毎に、画像信号から開始タイミングを調整した、発光サイリスタを点灯させる信号を形成することにより行う、請求項３に記載の光書込みヘッドを駆動する方法。
5. 前記複数の自己走査型発光素子アレイチップが千鳥状に１次元状に配列されて構成されている場合には、前記グループの数を第１のグループおよび第２のグループの２個とし、画像信号から、前記第１のグループに属する発光サイリスタ点灯させる第１の信号と、前記第２のグループに属する発光サイリスタ点灯させる第２の信号とを形成し、
   第１の信号と第２の信号とは、時間差が設けられている、請求項４に記載の光書込みヘッドを駆動する方法。
6. 前記第１の信号と前記第２の信号との時間差は、前記千鳥状に配列された第１のグループのチップと第２のグループのチップとの副走査方向の距離に基づいて定める、請求項５に記載の光書込みヘッドを駆動する方法。
   
   

Images