JP2011152714A - 発光装置、プリントヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光量ばらつきに起因する画層品質低下を抑制する発光装置、プリントヘッド及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数の発光素子(発光サイリスタ)Lを複数の組(ブロック)#I、#II・・に分割し、組毎に一括して点灯制御する。組を構成する全ての素子を同時点灯すると、電流密度の高低により光量ばらつきが生じる。組の中央の発光サイリスタと端部の発光サイリスタを異なる給電線216a、216bで給電することで、光量ばらつきを低減する。
【選択図】図9
【解決手段】複数の発光素子(発光サイリスタ)Lを複数の組(ブロック)#I、#II・・に分割し、組毎に一括して点灯制御する。組を構成する全ての素子を同時点灯すると、電流密度の高低により光量ばらつきが生じる。組の中央の発光サイリスタと端部の発光サイリスタを異なる給電線216a、216bで給電することで、光量ばらつきを低減する。
【選択図】図9
Description
本発明は、発光装置、プリントヘッド及び画像形成装置に関する。
電子写真方式を採用したプリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置では、一様に帯電された感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像にトナーを付加して可視化し、記録紙上に転写して定着させる。静電潜像を形成するための記録手段として、最近では、発光素子としての発光ダイオード(LED)を主走査方向に複数配置してなる、LEDプリントヘッドが採用される場合が多い。
下記の特許文献1には、シフト部サイリスタに、接続すべき対応する発光部サイリスタを設けないことで、複数点灯可能で、途中でデータの書き込みを中断し得る構造の自己走査型発光素子アレイチップが開示されている。また、データラッチ部を設けることで、複数ビットのラッチ部書き込み完了後に一括発光することも開示されている。
また、特許文献2には、自己走査型発光素子アレイの各チップ内の光量ばらつきについて、電流−光量特性(I−L特性)から同一光量となるように電流を調整することが開示されている。
以下、自己走査型発光素子アレイを、SLED(Self scanning Light Emitting Device)と称するものとする。
SLEDでは、光量のばらつきを抑制するために全ての発光サイリスタの電流−光量特性(I−L特性)を同一とするのが基本である。SLEDを1ビットずつ隣接する複数ビットを発光(点灯)させる場合にはビット間に特異的な光量ばらつきはない。
一方、高速に走査するためには発光素子の発光時間を短くする必要があるが、そうすると発光素子に注入する電流量が少なくなるため、書き込みに必要な光量が得られなくなる。すなわち、高速化と光量の間にトレードオフの関係がある。これを解決するための一つの方法として、複数の発光素子をブロック単位とし、ブロック内の発光素子を一括して発光させる駆動方法がある。
ところが、ブロック内の全ての発光素子(全てのビット)を発光させる場合に、当該ブロック内でU字型、つまりブロックの中央部分で光量が相対的に小さく、ブロックの端部部分で光量が相対的に大きくなるような光量ばらつき(光量分布)が生じてしまう場合があることが見出された。
本発明は、複数の発光素子を組(ブロック)単位とし、組(ブロック)毎に一括発光させるように駆動されるSLEDにおいて、組(ブロック)内の発光(点灯)パターンによらずに発光素子間の光量ばらつきを低減する発光装置、プリントヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、複数の発光素子からなる発光素子列と、前記発光素子列のうち隣接する所定の複数の発光素子を組とし、前記組を単位として前記組を構成する複数の発光素子を一括して点灯制御する制御回路と、前記組を構成する発光素子に発光用の電力を供給する、互いに異なる電源に接続されたM個(Mは2以上の自然数)の給電線とを備えることを特徴とする発光装置である。
請求項2記載の発明は、前記組を構成する発光素子の数をn(nは2以上の自然数かつn>M)とすると、1個の給電線で駆動される発光素子の数が(n/M)+1以下であることを特徴とする請求項1記載の発光装置である。
請求項3記載の発明は、前記組を構成する発光素子のうち、中央の発光素子に発光用の電力を供給する第1給電線と、前記組を構成する発光素子のうち、端部の発光素子に発光用の電力を供給する、前記第1給電線と異なる第2給電線とを備えることを特徴とする請求項1記載の発光装置である。
請求項4記載の発明は、前記組を構成する発光素子のうち、中央の発光素子に発光用の電力を供給する第1給電線と、前記組を構成する発光素子のうち、一方の端部の発光素子に発光用の電力を供給する、前記第1給電線と異なる第2給電線と、前駆組を構成する発光素子のうち、他方の端部の発光素子に発光用の電力を供給する、前記第1及び第2給電線と異なる第3給電線とを備えることを特徴とする請求項1記載の発光装置である。
請求項5記載の発明は、互いに異なる前記M個の給電線のうち、少なくともいずれかはトーナメント配線パターンである請求項1記載の発光装置である。
請求項6記載の発明は、複数の発光素子からなる発光素子列と、前記発光素子列のうち隣接する所定の複数の発光素子を組とし、前記組を単位として前記組を構成する複数の発光素子を一括して点灯制御する制御回路と、前記組を構成する発光素子に発光用の電力を供給する、互いに異なる電源に接続されたM個(Mは2以上の自然数)の給電線とを備え、像保持体を露光する露光手段と、前記露光手段から照射される光を前記像保持体上に結像させる光学手段とを備えることを特徴とするプリントヘッドである。
請求項7記載の発明は、像保持体を帯電する帯電手段と、複数の発光素子からなる発光素子列と、前記発光素子列のうち隣接する所定の複数の発光素子を組とし、前記組を単位として前記組を構成する複数の発光素子を一括して点灯制御する制御回路と、前記組を構成する発光素子に発光用の電力を供給する、互いに異なる電源に接続されたM個(Mは2以上の自然数)の給電線とを備え、前記像保持体を露光する露光手段と、前記露光手段から照射される光を前記像保持体上に結像させる光学手段と、前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、前記像保持体に現像された画像を被転写体に転写する転写手段とを備えることを特徴とする画像形成装置である。
請求項1記載の発明によれば、一括して点灯制御される組(ブロック)内の発光素子間の光量ばらつきが低減される。
請求項2記載の発明によれば、無駄なく給電線を配置して一括して点灯制御される組(ブロック)内の発光素子間の光量ばらつきが低減される。
請求項3記載の発明によれば、特に一括して点灯制御される組(ブロック)内の中央の光量が増大し、組全体の光量ばらつきが低減される。
請求項4記載の発明によれば、特に一括して点灯制御される組(ブロック)内の中央の光量が増大し、組全体の光量ばらつきが低減される。
請求項5記載の発明によれば、配線長が平準化され一括して点灯制御される組(ブロック)内の光量ばらつきが低減される。
請求項6記載の発明によれば、露光時の光量ばらつきが低減され、プリント品質が向上する。
請求項7記載の発明によれば、露光時の光量ばらつきが低減され、画像品質が向上する。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
1.SLEDの基本構成
図1に、画像形成装置のプリントヘッドに搭載される回路基板62及び発光部63の平面図を示す。発光部63は、回路基板62上に、発光チップC1〜C60を主走査方向に二列に対向させて千鳥状に配置される。信号発生回路100は、回路基板上62の所定位置に設けられ、発光部63に対して各種駆動信号を供給する。
図1に、画像形成装置のプリントヘッドに搭載される回路基板62及び発光部63の平面図を示す。発光部63は、回路基板62上に、発光チップC1〜C60を主走査方向に二列に対向させて千鳥状に配置される。信号発生回路100は、回路基板上62の所定位置に設けられ、発光部63に対して各種駆動信号を供給する。
図2に、図1における信号発生回路100と発光部63との配線構造を示す。信号発生回路100には、画像処理された画像データ及び各種制御信号が供給される。信号発生回路100は、画像データ及び各種制御信号に基づいて、画像データの並び替え等を行う。信号発生回路100は、各発光チップC1〜C60に対して点灯信号φl1〜φl30を出力する点灯信号発生部110を備える。また、信号発生回路100は、画像データに基づいて、各発光チップC1〜C60において点灯させるべき発光素子を指定し、記憶するための記憶信号φm1A〜φm60A、φm1B〜φm60Bを出力する記憶信号発生部120を備える。さらに、信号発生回路100は、各種制御信号に基づいて、各発光チップC1〜C60に対して第1転送信号φ1と第2転送信号φ2を出力する転送信号発生部130を備える。
回路基板62には、各発光チップC1〜C60のVsub端子に接続され、基準電位Vsub(例えば0V)を与える電源ライン104が設けられる。また、各発光チップC1〜C60のVga端子に接続され、電力供給のための電源電位Vga(例えば−3.3V)を与える電源ライン105が設けられる。また、回路基板62には、信号発生回路100の転送信号発生部130からの第1転送信号φ1と第2転送信号φ2を送信する第1転送信号ライン106及び第2転送信号ライン107が設けられる。第1転送信号ライン106及び第2転送信号ライン107は、それぞれ各発光チップC1〜C60のφ1端子、φ2端子に並列に接続される。また、回路基板62には、信号発生回路100の点灯信号発生部110からの点灯信号φlを送信する点灯信号ライン109が設けられる。点灯信号φlは、2個の発光チップを組にして、組毎に1つ設けられる。また、回路基板62には、信号発生回路100の記憶信号発生部120からの記憶信号φmを送信する記憶信号ライン108が設けられる。要するに、全ての発光チップC1〜C60には基準電位Vsubと電源電位Vgaが共通に供給され、第1転送信号φ1及び第2転送信号φ2が共通に送信される。また、組にした発光チップに対して点灯信号φlが共通に送信され、発光チップ毎に記憶信号φmが個別に送信される。
図3に、発光チップC1の平面図を示す。他の発光チップC2〜C60も同様の構成である。発光チップC1は、複数の発光素子(発光サイリスタ)を組(ブロック)にし、組(ブロック)を単位として点灯/消灯を制御する。図では、8個の発光素子で1つの組を構成する。発光チップC1は、SLED_A及びSLED_Bで示す2個のSLEDを備える。SLED_A及びSLED_Bは、それぞれ128個の発光サイリスタL1〜L128を備える。また、発光チップC1は、φ1端子、φ2端子、2つのφm端子(φmA及びφmB)及びφl端子を備える。また、発光チップC1は、表面にVga端子を備え、裏面にVsub端子を備える。これらの端子から、SLED_AとSLED_Bに基準電位Vsub、電源電位Vga、第1転送信号φ1、第2転送信号φ2、転送信号φlが共通に送信される。また、SLED_Aには記憶信号φmAが送信され、SLED_Bには記憶信号φmBが送信される。
SLED_Aの発光サイリスタL1〜L128は、図中左から順に番号が設定される。図中左から#Iの8個の発光サイリスタL1〜L8、#IIの8個の発光サイリスタL9〜L16、・・・・の順に、8個ずつの組(ブロック)に分けられる。#I、#II、・・・の組を単位として、それぞれの組に属する8個の発光サイリスタの点灯/消灯が制御される。ここで、例えば#Iの組の場合、#Iの発光サイリスタL1〜L8が常に同時に点灯または消灯されるのではなく、発光サイリスタL1〜L8は、それぞれの点灯/消灯が個別に制御される。#Iの発光サイリスタL1〜L8は一括して制御され、全て点灯の場合もあれば、いずれかのみが点灯する場合もある。
図4に、図3におけるSLED_Aにおける#Iの概略構成を示す。#IIその他も同様の構成である。発光素子L1〜L8(これらを適宜、発光素子Lと総称する)は面発光サイリスタで構成され、全発光サイリスタのアノードは基板裏面のVsub端子に接続され、基準電位Vsubに設定される。各発光サイリスタLのアノードと基板裏面のVsub端子との間には基板内抵抗214が存在する。各発光サイリスタLのカソードにはデータ保持部210及び選択部212が設けられる。主走査方向に配置された発光サイリスタLの中から共有のビット選択信号であるφ1、φ2を用いて特定の発光サイリスタを選択し、選択されたデータ保持部210に共有のデータ信号であるφmAで点灯の有無の情報を記憶させる。#Iの組(ブロック)に属する発光サイリスタLの全てに対して情報が記憶された後、共有発光信号であるφIを駆動すると、点灯有りの情報が保持された発光サイリスタのみが点灯する。また、当該組を点灯させている間に、#IIに対して点灯有無情報を記憶させる。
2.光量ばらつきの発生
ところで、密度高く集積された複数の発光サイリスタを同時に駆動すると、発光サイリスタLの組(ブロック)内に電流密度の分布が生じることとなる。その理由は、半導体基板表面を共通電位Vsubとしているが、実際には図4に示すように半導体基板裏面から半導体基板内に微小抵抗214分がネットワークとして接続されており、例えば両端が点灯している素子と点灯していない素子とでは、隣接素子からの電流集中の度合いが異なり、各素子のアノード電位に差が生じて発光サイリスタLに流れる実効的な電流に差が生じるからである。
ところで、密度高く集積された複数の発光サイリスタを同時に駆動すると、発光サイリスタLの組(ブロック)内に電流密度の分布が生じることとなる。その理由は、半導体基板表面を共通電位Vsubとしているが、実際には図4に示すように半導体基板裏面から半導体基板内に微小抵抗214分がネットワークとして接続されており、例えば両端が点灯している素子と点灯していない素子とでは、隣接素子からの電流集中の度合いが異なり、各素子のアノード電位に差が生じて発光サイリスタLに流れる実効的な電流に差が生じるからである。
図5に、同時発光する発光サイリスタLの組の一例として#IIの全発光サイリスタLを点灯させる場合の電位分布及び光量ばらつきの変化を示す。図5(a)は#IIにおける発光サイリスタLの電流集中の変化であり、図5(b)はアノード電位の分布とこれに伴う光量ばらつきである。上記のように、両端が点灯している素子と点灯していない素子では、隣接素子からの電流集中の度合いが異なり、中央の素子では密度が相対的に高く、端部の素子では密度が相対的に低くなる。したがって、密度が相対的に高い中央では、密度が相対的に低い端部よりも電圧降下分が大きくなり、発光サイリスタに流れる実効的な電流が減少して光量が減少する。このような光量ばらつきは、同時点灯する発光サイリスタの組み合わせによって種々変化し、全ての発光サイリスタLが点灯する場合に最も光量ばらつきの変動幅が最大となる。そして、このような光量ばらつきは、プリンタの出力画像の面内の濃度ばらつきを生じ、画像品質の低下を引き起こす。
以下、光量ばらつきについて、より詳細に説明する。
既述したように、電流集中の度合い(電流密度の分布)によって光量ばらつきが生じることとなるが、電流集中の度合いは、配線抵抗の影響も同時に受ける。図6に、代表的な配線パターンを示す。図6(a)は、メイン配線216から各発光サイリスタLの電極に対して分岐配線218を接続する配線パターン(これを通常配線パターンと称する)であり、図6(b)は、メイン配線216からサブ配線217を分岐させ、サブ配線217から所定の複数の電極に対して分岐配線を接続し、サブ配線217を所定の複数の電極に配置させる配線パターン(これをトーナメント方式に因んでトーナメント配線パターンと称する)である。トーナメント配線パターンは、メイン配線とこのメイン配線から分岐した複数のサブ配線が存在し、複数のサブ配線の中央においてメイン配線と接続される配線パターンと定義できる。図6(a)の場合には電源からの距離に応じて配線抵抗が増大するが、図6(b)の場合には配線長、すなわち配線抵抗が平準化され得る。
図7に、通常配線パターンの場合と、トーナメント配線パターンの場合における、#IIの全ての素子を点灯させた場合の光量ばらつきを示す。図において、横軸は#IIの発光サイリスタを左から順に1ビット、2ビット、・・・、8ビットとした場合のビット位置を示し、縦軸はビット位置1における光量を基準値1とした場合の相対的な光量(規格光量)を示す。図中、符号Aは通常配線パターンの光量ばらつきを示し、符号Bはトーナメント配線パターンの光量ばらつきを示す。通常配線パターンの場合、光量ばらつきは配線抵抗分の寄与により右下がりの下に凸の形状となる。つまり、#IIの発光サイリスタLのうち中央が両端よりも光量が小さく、かつ、1ビット位置よりも8ビット位置の光量が小さくなる。一方、トーナメント配線パターンの場合、光量ばらつきは左右対称の下に凸の形状となる。つまり、#IIの発光サイリスタLのうち中央が両端よりも光量が小さく、かつ、1ビット位置と8ビット位置の光量はほぼ等しい(各発光サイリスタLのI−L特性は互いに等しいものとする)。
このように、通常配線パターン、トーナメント配線パターンのいずれの場合にも、発光サイリスタLの組(ブロック)の中央において両端に比べて相対的に光量が低下してしまう。そして、当該組(ブロック)において、いずれかの発光サイリスタLのみを点灯させる場合(1ビット点灯の場合)には、各発光サイリスタLのI−L特性が互いに等しいものであれば光量ばらつきはほとんど生じないから、同時点灯する発光サイリスタの組み合わせに応じて光量ばらつき無しから最大の変動幅の光量ばらつきに至るまで種々の光量ばらつきが生じることになる。
図8に、トーナメント配線パターンにおいて1ビット毎に点灯(1個の発光サイリスタのみ点灯)する場合と、全ビットを同時点灯(8個の発光サイリスタを全て点灯)する場合の光量ばらつきを示す。図中、横軸はビット位置を示し、縦軸は1ビットのみを点灯させたときの光量を基準値1とした場合の相対的な光量(規格光量)を示す。図中、符号Cは1ビット毎に点灯する場合の光量ばらつきを示し、符号Dは全ビット同時点灯した場合の光量ばらつきを示す。1ビット毎に点灯する場合には光量ばらつきはほとんどなく(光量ばらつきの変動幅を0%とする)、全ビットを同時点灯する場合には光量ばらつきの変動幅は7.3%程度生じる。したがって、このような光量のばらつきを低減する必要がある。
そこで、本実施形態では、単一の配線(給電線)から各発光サイリスタLに電力を供給するのではなく、複数の給電線から各発光サイリスタLに電力を供給することで光量ばらつきを低減する。
3.光量ばらつきの低減方法
光量ばらつきは、同時駆動される組(ブロック)内の発光サイリスタLにおいて基板の抵抗ネットワークによる電位分布が生じることに起因しているから、組(ブロック)内の発光サイリスタLに電力を供給する給電線を単一ではなく、互いに異なる電源に接続される複数の給電線に分割してしまえば電位分布が低減される。ある組(ブロック)内の各発光サイリスタLに電力を供給する給電線の数は、複数M個(M≧2)と任意であるが、発光サイリスタLの数に応じて適応的に設定し得る。例えば、組(ブロック)内の発光サイリスタLの数が8個(8ビット)である場合には、給電線の数M=2とし、発光サイリスタLno数が16個(16ビット)である場合には、給電線の数M=2あるいは3とする等である。以下、組の発光サイリスタLが8個であってM=2とする場合を第1実施形態、組の発光サイリスタLが16個であってM=2とする場合を第2実施形態、組の発光サイリスタLが16個であってM=3とする場合を第3実施形態として、それぞれの実施形態について説明する。
光量ばらつきは、同時駆動される組(ブロック)内の発光サイリスタLにおいて基板の抵抗ネットワークによる電位分布が生じることに起因しているから、組(ブロック)内の発光サイリスタLに電力を供給する給電線を単一ではなく、互いに異なる電源に接続される複数の給電線に分割してしまえば電位分布が低減される。ある組(ブロック)内の各発光サイリスタLに電力を供給する給電線の数は、複数M個(M≧2)と任意であるが、発光サイリスタLの数に応じて適応的に設定し得る。例えば、組(ブロック)内の発光サイリスタLの数が8個(8ビット)である場合には、給電線の数M=2とし、発光サイリスタLno数が16個(16ビット)である場合には、給電線の数M=2あるいは3とする等である。以下、組の発光サイリスタLが8個であってM=2とする場合を第1実施形態、組の発光サイリスタLが16個であってM=2とする場合を第2実施形態、組の発光サイリスタLが16個であってM=3とする場合を第3実施形態として、それぞれの実施形態について説明する。
3.1 第1実施形態
図9に、第1実施形態の構成を示す。SLEDの組(ブロック)内に8個の発光サイリスタL1〜L8があり、組の中央の発光サイリスタL3、L4、L5、L6に電力を供給する給電線と、端部の発光サイリスタL1、L2、L7、L8に電力を供給する給電線とを分けて2本の給電線とする。すなわち、互いに異なる電源に接続された給電線として給電線216aと給電線216bが存在し、給電線216aはそれぞれサブ配線218を介して端部の発光サイリスタL1、L2、L7、L8に接続される。また、給電線216bはそれぞれサブ配線218を介して中央の発光サイリスタL3、L4、L5、L6に接続される。給電線216a、216bは、具体的には図2あるいは図3における転送信号φlを供給するラインである。
図9に、第1実施形態の構成を示す。SLEDの組(ブロック)内に8個の発光サイリスタL1〜L8があり、組の中央の発光サイリスタL3、L4、L5、L6に電力を供給する給電線と、端部の発光サイリスタL1、L2、L7、L8に電力を供給する給電線とを分けて2本の給電線とする。すなわち、互いに異なる電源に接続された給電線として給電線216aと給電線216bが存在し、給電線216aはそれぞれサブ配線218を介して端部の発光サイリスタL1、L2、L7、L8に接続される。また、給電線216bはそれぞれサブ配線218を介して中央の発光サイリスタL3、L4、L5、L6に接続される。給電線216a、216bは、具体的には図2あるいは図3における転送信号φlを供給するラインである。
図10に、第1実施形態の回路構成を示す。第1実施形態のSLEDは、選択部210、保持部212、及び発光サイリスタLからなる発光部を備える。以下、これらの機能部について順次説明する。
選択部210は、各発光サイリスタL1〜L8に対応して設けられる転送サイリスタT1〜T8を備える。転送サイリスタT1〜T8は、それぞれアノード端子、カソード端子、ゲート端子を有する。転送サイリスタT1に着目すると、転送サイリスタT1のアノード端子は、発光チップの基板に接続される(アノードコモン)。アノード端子は、基板に設けられたVsub端子を介して電源ラインに接続される。電源ラインには基準電位Vsubが供給される。転送サイリスタT1のゲート端子は、抵抗を介してVGA端子に接続される。VGA端子には電源電位Vgaが供給される。また、転送サイリスタT1のゲート端子は、接続ダイオードを介して保持部212の対応する記憶サイリスタM1のゲート端子に接続される。転送サイリスタT1のカソード端子は、抵抗を介してφ1端子に接続される。また、転送サイリスタT2に着目すると、転送サイリスタT2のアノード端子は、発光チップの基板に接続される(アノードコモン)。転送サイリスタT2のゲート端子は、抵抗を介してVGA端子に接続される。また、転送サイリスタT2のゲート端子は、接続ダイオードを介して保持部212の対応する記憶サイリスタM2のゲート端子に接続される。転送サイリスタT2のカソード端子は、抵抗を介してφ2端子に接続される。以下、同様にして転送サイリスタTn(n=1〜8)のアノード端子は全てVsub端子に接続され、ゲート端子はVGA端子に接続されるとともにそれぞれ対応する記憶サイリスタMn(n=1〜8)のゲート端子に接続され、奇数番目(n=1,3,5、・・・)のカソード端子はφ1端子に接続され、偶数番目(n=2,4,6,・・・)のカソード端子はφ2端子に接続される。
保持部212は、各発光サイリスタL1〜L8に対応して設けられる記憶サイリスタM1〜M8を備える。記憶サイリスタMn(n=1〜8)は、アノード端子、ゲート端子及びカソード端子を有する。記憶サイリスタMn(n=1〜8)のアノード端子はVsub端子に接続され、ゲート端子は接続ダイオードを介して対応する転送サイリスタTnのゲート端子に接続されるとともに、対応する発光サイリスタLnのゲート端子に接続される。カソード端子はφm1端子に接続される。
発光部は、発光サイリスタL1〜L8を備える。発光サイリスタLn(n=1〜8)のアノード端子はVsubに接続され、ゲート端子は対応する記憶サイリスタMnのゲート端子に接続され、カソード端子はφl1端子あるいはφl2端子に接続される。すなわち、組(ブロック)の中央の発光サイリスタL3、L4、L5、L6のカソード端子はφl2端子に接続される。一方、組(ブロック)の端部の発光サイリスタL1、L2、L7、L8のカソード端子はφl1端子に接続される。
このような構成で、半導体基板をGNDに接続し、VGA端子に一定の電圧、例えば−3Vを印加する。選択部210の転送サイリスタTnをφ1、あるいはφ2で順次Low電圧(すなわち−3V)に下げることで、特定のビットが選択される。次に、φm1をLow電圧に下げることで、選択されているビットのみ、保持部212の記憶サイリスタMnがオンする。そして、点灯させる場合にはφm1をLow電圧とすることで、点灯情報を保持部212に記憶させる。この状態でφl1及びφl2をLow電圧に下げると、保持部212をLowに設定したビットに対応した発光部の発光サイリスタLnがオンして電流が流れる。
図11に、第1実施形態の配線パターンで8ビット同時点灯した場合の光量ばらつきを示す。図11において、横軸は組(ブロック)のビット位置、縦軸は発光強度(規格化)を示す。図中、符号Aは図6(a)に示す通常配線の場合の光量ばらつきであり、図7に符号Aで示す光量ばらつきと同じである(発光強度の尺度が図7と図11では異なる点に留意されたい)。また、図11において、符号Cは第1実施形態の光量ばらつきである。第1実施形態では、端部の発光サイリスタL1,L2、つまりビット位置では1ビット目、2ビット目においてφl1端子から(給電線216aを介して)電力供給を受けており、一方、中央の発光サイリスタL3、L4、L5、L6、つまりビット位置では3ビット目、4ビット目、5ビット目、6ビット目において端子φl1と異なる端子φl2から(給電線216bを介して)電力供給を受けており、3ビット目に着目すると、1ビット目及び2ビット目とは異なる電力ラインから電力供給を受けることから、1ビット目及び2ビット目の抵抗ネットワークの影響を受けず、発光量は1ビット目と同程度となる。図では、3ビット目の発光量が増大していることを矢印で示している。また、6ビット目も隣接する7ビット目が異なる電力ラインから電力供給を受けることの影響を受けて発光量が増大する。図では、6ビット目の発光量も増大していることを矢印で示している。
このように、第1実施形態では、組の中央と端部とで異なる給電線を用いて発光サイリスタLに電力を供給し、特に中央の発光サイリスタLの発光量を増大させて光量ばらつきが低減する。
3.2 第2実施形態
図12に、第2実施形態の構成を示す。組(ブロック)内の発光サイリスタLが16個(16ビット)の場合である。発光サイリスタL1〜L16が存在し、端部の発光サイリスタL1〜L4、L13〜L16には給電線216aから電力が供給される。また、中央の発光サイリスタL5〜L12には給電線216bから電力が供給される。第1実施形態では、図9に示すように、2本の給電線216a、216bはともに通常の配線パターンであるが、第2実施形態では互いに異なる電源に接続される給電線216a、216bはトーナメント配線パターンである。トーナメント配線パターンでは、既述したように各発光サイリスタLまでの配線長が通常配線パターンに比べて平準化される。したがって、2本の給電線216a、216bで発光サイリスタLに電力を供給するとともに、給電線216a、216bをトーナメント配線とすることで、発光サイリスタLの光量ばらつきが低減する。
図12に、第2実施形態の構成を示す。組(ブロック)内の発光サイリスタLが16個(16ビット)の場合である。発光サイリスタL1〜L16が存在し、端部の発光サイリスタL1〜L4、L13〜L16には給電線216aから電力が供給される。また、中央の発光サイリスタL5〜L12には給電線216bから電力が供給される。第1実施形態では、図9に示すように、2本の給電線216a、216bはともに通常の配線パターンであるが、第2実施形態では互いに異なる電源に接続される給電線216a、216bはトーナメント配線パターンである。トーナメント配線パターンでは、既述したように各発光サイリスタLまでの配線長が通常配線パターンに比べて平準化される。したがって、2本の給電線216a、216bで発光サイリスタLに電力を供給するとともに、給電線216a、216bをトーナメント配線とすることで、発光サイリスタLの光量ばらつきが低減する。
図13に、第2実施形態の回路構成を示す。第2実施形態のSLEDも、第1実施形態のSLEDと同様に、選択部210、保持部212、及び発光サイリスタLからなる発光部を備える。
選択部210は、各発光サイリスタL1〜L16に対応して設けられる転送サイリスタT1〜T16を備える。転送サイリスタT1〜T16は、それぞれアノード端子、カソード端子、ゲート端子を有する。転送サイリスタT1に着目すると、転送サイリスタT1のアノード端子は、発光チップの基板に接続される(アノードコモン)。アノード端子は、基板に設けられたVsub端子を介して電源ラインに接続される。電源ラインには基準電位Vsubが供給される。転送サイリスタT1のゲート端子は、抵抗を介してVGA端子に接続される。VGA端子には電源電位Vgaが供給される。また、転送サイリスタT1のゲート端子は、接続ダイオードを介して保持部212の対応する記憶サイリスタM1のゲート端子に接続される。転送サイリスタT1のカソード端子は、抵抗を介してφ1端子に接続される。また、転送サイリスタT2に着目すると、転送サイリスタT2のアノード端子は、発光チップの基板に接続される(アノードコモン)。転送サイリスタT2のゲート端子は、抵抗を介してVGA端子に接続される。また、転送サイリスタT2のゲート端子は、接続ダイオードを介して保持部212の対応する記憶サイリスタM2のゲート端子に接続される。転送サイリスタT2のカソード端子は、抵抗を介してφ2端子に接続される。以下、同様にして転送サイリスタTn(n=1〜16)のアノード端子は全てVsub端子に接続され、ゲート端子はVGA端子に接続されるとともにそれぞれ対応する記憶サイリスタMn(n=1〜16)のゲート端子に接続され、奇数番目(n=1,3,5、・・・)のカソード端子はφ1端子に接続され、偶数番目(n=2,4,6,・・・)のカソード端子はφ2端子に接続される。
保持部212は、各発光サイリスタL1〜L16に対応して設けられる記憶サイリスタM1〜M16を備える。記憶サイリスタMn(n=1〜16)は、アノード端子、ゲート端子及びカソード端子を有する。記憶サイリスタMn(n=1〜16)のアノード端子はVsub端子に接続され、ゲート端子は接続ダイオードを介して対応する転送サイリスタTnのゲート端子に接続されるとともに、対応する発光サイリスタLnのゲート端子に接続される。カソード端子はφm1端子に接続される。
発光部は、発光サイリスタL1〜L16を備える。発光サイリスタLn(n=1〜16)のアノード端子はVsubに接続され、ゲート端子は対応する記憶サイリスタMnのゲート端子に接続され、カソード端子はφl1端子あるいはφl2端子に接続される。すなわち、組(ブロック)の中央の発光サイリスタL5〜L12のカソード端子はφl2端子にトーナメント配線パターンで接続される。一方、組(ブロック)の端部の発光サイリスタL1〜L4、及びL13〜L16のカソード端子はφl1端子にトーナメント配線パターンで接続される。
このような構成で、半導体基板をGNDに接続し、VGA端子に一定の電圧、例えば−3Vを印加する。選択部210の転送サイリスタTnをφ1、あるいはφ2で順次Low電圧(すなわち−3V)に下げることで、特定のビットが選択される。次に、φm1をLow電圧に下げることで、選択されているビットのみ、保持部212の記憶サイリスタMnがオンする。そして、点灯させる場合にはφm1をLow電圧とすることで、点灯情報を保持部212に記憶させる。この状態でφl1及びφl2をLow電圧に下げると、保持部212をLowに設定したビットに対応した発光部の発光サイリスタLnがオンして電流が流れる。
図14に、第2実施形態の配線パターンで16ビット同時点灯した場合の、中央の発光サイリスタL5〜L12部分(5ビット目〜12ビット目)の光量ばらつきを示す。図14において、横軸は組(ブロック)のビット位置、縦軸は発光強度(規格化)を示す。図中、符号Aは、図7に符号Aで示す光量ばらつきと同じである。また、図14において、符号Dは第2実施形態の光量ばらつきである。第2実施形態では、中央の発光サイリスタL5〜L12は端部とは別の端子φl2から(給電線216bを介して)電力供給を受けており、しかも給電線216bはトーナメント配線パターンであることから、光量ばらつきは左右対称のU字型形状となるとともに、特に8ビット目、9ビット目といった中央部分のビットにおける光量が増大する。図において、これらのビットの発光量が増大していることを矢印で示している。
3.3 第3実施形態
図15に、第3実施形態の構成を示す。組(ブロック)内の発光サイリスタLが16個(16ビット)の場合であって、給電線数M=3の場合である。発光サイリスタL1〜L16が存在し、一方の端部の発光サイリスタL1〜L6には給電線216aから電力が供給される。また、中央の発光サイリスタL7〜L11には給電線216bから電力が供給される。さらに、他方の端部の発光サイリスタL12〜L16には給電線216cから電力が供給される。互いに異なる電源に接続される各給電線216a、216b、216cの配線パターンは通常配線パターンであるが、これらのいずれか、あるいは全てを第2実施形態で示したトーナメント配線パターンとしてもよい。
図15に、第3実施形態の構成を示す。組(ブロック)内の発光サイリスタLが16個(16ビット)の場合であって、給電線数M=3の場合である。発光サイリスタL1〜L16が存在し、一方の端部の発光サイリスタL1〜L6には給電線216aから電力が供給される。また、中央の発光サイリスタL7〜L11には給電線216bから電力が供給される。さらに、他方の端部の発光サイリスタL12〜L16には給電線216cから電力が供給される。互いに異なる電源に接続される各給電線216a、216b、216cの配線パターンは通常配線パターンであるが、これらのいずれか、あるいは全てを第2実施形態で示したトーナメント配線パターンとしてもよい。
図16に、第3実施形態の配線パターンで16ビット同時点灯した場合の光量ばらつきを示す。図16において、横軸は組(ブロック)のビット位置、縦軸は発光強度(規格化)を示す。符号Eは第3実施形態の光量ばらつきである。1ビット目〜6ビット目は通常の配線パターンであり、抵抗ネットワークの影響で右下がりのU字型の光量ばらつきを示す。しかしながら、7ビット目〜11ビット目は別の給電線216bから電力供給を受けるため、1ビット目〜6ビット目の抵抗ネットワークの影響を受けず、光量が増大する。同様に、12ビット目〜16ビット目は別の給電線216cから電力供給を受けるため、12ビット目で光量が増大する。すなわち、1ビット目、7ビット目、12ビット目において光量が増大する光量ばらつきをなす。したがって、16ビット全体の光量ばらつきは低減する。
4.プリントヘッドの基本構成
図17に、本実施形態のSLED、つまり光量ばらつきが補正されたSLEDを有する回路基板62を備えるプリントヘッド14の構成例を示す。プリントヘッド14は、ハウジング61、発光部63を有する回路基板62、発光部63から射出された光を感光体ドラム12表面に結像させるロッドレンズアレイ64を備える。ハウジング61は、例えば金属で形成され、回路基板62及びロッドレンズアレイ64を支持し、発光部63の発光点とロッドレンズアレイ64の焦点面が一致するように設定される。ロッドレンズアレイ64は、感光体ドラム12の軸方向である主走査方向に沿って配置される。
図17に、本実施形態のSLED、つまり光量ばらつきが補正されたSLEDを有する回路基板62を備えるプリントヘッド14の構成例を示す。プリントヘッド14は、ハウジング61、発光部63を有する回路基板62、発光部63から射出された光を感光体ドラム12表面に結像させるロッドレンズアレイ64を備える。ハウジング61は、例えば金属で形成され、回路基板62及びロッドレンズアレイ64を支持し、発光部63の発光点とロッドレンズアレイ64の焦点面が一致するように設定される。ロッドレンズアレイ64は、感光体ドラム12の軸方向である主走査方向に沿って配置される。
5.画像形成装置の基本構成
図18に、本実施形態のプリントヘッド14を備える画像形成装置1の構成例を示す。画像形成装置1は、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成プロセス部10、画像形成プロセス部10を制御する画像出力制御部30、パーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置3に接続され、これらから受信した画像データに対して予め定められた画像処理を施す画像処理部40を備える。
図18に、本実施形態のプリントヘッド14を備える画像形成装置1の構成例を示す。画像形成装置1は、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成プロセス部10、画像形成プロセス部10を制御する画像出力制御部30、パーソナルコンピュータ(PC)2や画像読取装置3に接続され、これらから受信した画像データに対して予め定められた画像処理を施す画像処理部40を備える。
画像形成プロセス部10は、一定の間隔を置いて並列的に配置される複数のエンジンからなる画像形成ユニット11を備える。画像形成ユニット11は、4つの画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kから構成される。画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kは、それぞれ静電潜像を形成してトナー像を保持する感光体ドラム12、感光体ドラム12の表面を予め定められた電位で一様に帯電する帯電器13、帯電器13により帯電された感光体ドラム12を露光する、図17に示すプリントヘッド14、プリントヘッド14により得られた静電潜像を現像する現像器15を備える。画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナー像を形成する。
また、画像形成プロセス部10は、各画像形成ユニット11Y、11M、11C、11Kの感光体ドラム12にて形成された各色のトナー像を記録用紙に多重転写するために、記録用紙を搬送する用紙搬送ベルト21、用紙搬送ベルトを駆動する駆動ロール22、感光体ドラム12のトナー像を記録用紙に転写する転写ロール23、記録用紙にトナー像を定着する定着器24を備える。
画像形成プロセス部10は、画像出力制御部30から供給される各種制御信号に基づいて画像形成動作を行う。そして、画像出力制御部30による制御の下で、パーソナルコンピュータ2や画像読取装置3から受信した画像データは、画像処理部40により画像処理が施され、画像形成ユニット11に供給される。例えば、画像形成ユニット11Kでは、感光体ドラム12が矢印A方向に回転しながら帯電器13により予め定められた電位に帯電され、画像処理部40から供給された画像データに基づいて点灯するプリントヘッド14により露光される。これにより、感光体ドラム12上には、黒色画像に関する静電潜像が形成される。感光体ドラム12上に形成された静電潜像は現像器15により現像され、感光体ドラム12上には黒色のトナー像が形成される。他の画像形成ユニット11Y、11M、11Cについても同様である。
画像形成ユニット11で形成された感光体ドラム12上の各色トナー像は、矢印B方向に移動する用紙搬送ベルト21の移動に伴って供給された記録用紙に、転写ロール23に印加された転写電界により順次静電転写され、記録用紙上に各色トナーが重畳された合成トナー像が形成される。
合成トナー像が静電転写された記録用紙は、定着器24まで搬送される。定着器24に搬送された記録用紙上の合成トナー像は、定着器24により熱及び圧力による定着処理を受けて記録用紙上に定着され、画像形成装置1から排出される。
以上、実施形態について説明したが、上記の実施期待は例示であって、他の態様も可能である。
例えば、図3に示すように、発光チップに2個のSLED(SLED_A及びSLED_B)が搭載されているが、SLEDの搭載数も任意に変更し得る。また、1個のSLEDに搭載される発光サイリスタLの数も任意の数とし得る。
また、第1実施形態及び第2実施形態では給電線の本数Mを2本、第3実施形態では給電線の本数Mを3本としているが、組を構成する発光サイリスタLの数に応じてM=4、あるいはM=5等としてもよい。一般的に、組を構成する発光サイリスタLの数をn(nは2以上の自然数)とすると、ある給電線により同時に駆動される発光サイリスタの数が(n/M)+1以下となるように組の中で給電線を分割すればよい。例えば、第1実施形態では、n=8であり、M=2であるから、(n/M)+1=5となり、同時駆動される発光サイリスタの数が5個以下となるように分割すればよく、第1実施形態では給電線216aにより4個の発光サイリスタを駆動し、給電線216bにより4個の発光サイリスタを駆動しているからこの条件を満たす。また、第2実施形態では、n=16、M=2であるから、(n/M)+1=9となり、同時駆動される発光サイリスタの数が9個以下となるように分割すればよく、第2実施形態では給電線216aにより8個の発光サイリスタを駆動し、給電線216bでも8個の発光サイリスタを駆動しているからこの条件を満たす。
さらに、第3実施形態では、n=16、M=3であるから、(n/M)+1=6.33となり、同時駆動される発光サイリスタの数が6個以下となるように分割すればよく、第3実施形態では給電線216aにより6個の発光サイリスタを駆動し、給電線216b、216cでそれぞれ5個の発光サイリスタを駆動しているからこの条件を満たす。
さらに、Mを固定とするのではなく、スイッチ機構を設けてMを可変としてもよい。例えば、M=1本の配線パターンとM=2本の配線パターンとを基板に形成し、スイッチを介してM=1本の配線パターンとM=2本の配線パターンのいずれかを適宜選択できるように構成してもよい。
図19に、給電線の本数Mを適応的に切り替える場合の構成例を示す。組の発光サイリスタL1〜L8が存在し、給電線216hには全ての発光サイリスタL1〜L8がスイッチSW1を介して接続される。また、給電線216iには中央の発光サイリスタL3〜L6がスイッチSW2を介して接続される。また、給電線216jには端部の発光サイリスタL1、L2、L7、L8がスイッチSW3を介して接続される。スイッチSW2とスイッチSW3は互いに連動し、スイッチSW2及びスイッチSW3は同時にONし、また同時にOFFする。単一の給電線で発光サイリスタLを駆動する場合には、スイッチSW1をONし、スイッチSW2とスイッチSW3をOFFにする。また、2本の互いに異なる給電線で発光サイリスタLを駆動する場合には、スイッチSW1をOFFし、スイッチSW2とスイッチSW3をONする。スイッチSW1〜SW3を切り替えることで、単一の給電線で給電する場合と、2本の給電線で給電する場合が適応的に切り替わる。組の発光サイリスタの点灯パターンに応じてスイッチSW1〜SW3に切替制御信号を供給すれば、点灯パターンに応じて給電線の本数が適応的に切り替わる。
1 画像形成装置、10 画像形成プロセス部、11 画像形成ユニット、12 感光体ドラム、14 プリントヘッド、30 画像出力制御部、40 画像処理部、62 回路基板、63 発光部、64 ロッドレンズアレイ、L1〜L16,L 発光素子(発光サイリスタ)。
Claims (7)
- 複数の発光素子からなる発光素子列と、
前記発光素子列のうち隣接する所定の複数の発光素子を組とし、前記組を単位として前記組を構成する複数の発光素子を一括して点灯制御する制御回路と、
前記組を構成する発光素子に発光用の電力を供給する、互いに異なる電源に接続されたM個(Mは2以上の自然数)の給電線と、
を備えることを特徴とする発光装置。 - 前記組を構成する発光素子の数をn(nは2以上の自然数かつn>M)とすると、1個の給電線で駆動される発光素子の数が(n/M)+1以下であることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記組を構成する発光素子のうち、中央の発光素子に発光用の電力を供給する第1給電線と、
前記組を構成する発光素子のうち、端部の発光素子に発光用の電力を供給する、前記第1給電線と異なる第2給電線と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の発光装置。 - 前記組を構成する発光素子のうち、中央の発光素子に発光用の電力を供給する第1給電線と、
前記組を構成する発光素子のうち、一方の端部の発光素子に発光用の電力を供給する、前記第1給電線と異なる第2給電線と、
前駆組を構成する発光素子のうち、他方の端部の発光素子に発光用の電力を供給する、前記第1及び第2給電線と異なる第3給電線と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の発光装置。 - 互いに異なる前記M個の給電線のうち、少なくともいずれかはトーナメント配線パターンである請求項1記載の発光装置。
- 複数の発光素子からなる発光素子列と、前記発光素子列のうち隣接する所定の複数の発光素子を組とし、前記組を単位として前記組を構成する複数の発光素子を一括して点灯制御する制御回路と、前記組を構成する発光素子に発光用の電力を供給する、互いに異なる電源に接続されたM個(Mは2以上の自然数)の給電線とを備え、像保持体を露光する露光手段と、
前記露光手段から照射される光を前記像保持体上に結像させる光学手段と、
を備えることを特徴とするプリントヘッド。 - 像保持体を帯電する帯電手段と、
複数の発光素子からなる発光素子列と、前記発光素子列のうち隣接する所定の複数の発光素子を組とし、前記組を単位として前記組を構成する複数の発光素子を一括して点灯制御する制御回路と、前記組を構成する発光素子に発光用の電力を供給する、互いに異なる電源に接続されたM個(Mは2以上の自然数)の給電線とを備え、前記像保持体を露光する露光手段と、
前記露光手段から照射される光を前記像保持体上に結像させる光学手段と、
前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像手段と、
前記像保持体に現像された画像を被転写体に転写する転写手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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JP2015136919A (ja) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | コニカミノルタ株式会社 | 光書込み装置及び画像形成装置 |
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-
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