JP2020001240A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施例1における電子写真方式の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。図1に示す画像形成装置は、スキャナ機能とプリンタ機能を備える複合機(MFP)であり、スキャナ部100、作像部103、定着部104、給紙/搬送部105、及びこれらを制御するプリンタ制御部(不図示)から構成される。スキャナ部100は、原稿台に置かれた原稿に照明を照射し原稿画像を光学的に読み取り、読み取った画像を電気信号に変換して画像データを作成する。
次に、感光ドラム102に露光を行う露光ヘッド106について、図2を参照して説明する。図2(a)は、露光ヘッド106と感光ドラム102との位置関係を示す斜視図であり、図2(b)は、露光ヘッド106の内部構成と、露光ヘッド106からの光束がロッドレンズアレイ203により感光ドラム102に集光される様子を説明する図である。図2(a)に示すように、露光ヘッド106は、矢印方向に回転する感光ドラム102の上部の、感光ドラム102に対向する位置に、取付け部材(不図示)によって画像形成装置に取り付けられている(図1)。
図3は、面発光素子アレイ素子群201を説明する図である。図3(a)は、駆動基板202の面発光素子アレイ素子群201が実装された面の構成を示す模式図であり、図3(b)は、駆動基板202の面発光素子アレイ素子群201が実装された面(第1面)とは反対側の面(第2面)の構成を示す模式図である。
図4は、画像データを処理し、露光ヘッド106に出力する制御基板415と、制御基板415から入力された画像データに基づいて、感光ドラム102を露光する駆動基板202の制御ブロック図である。以下に説明する各ブロック401〜414は、IC内部のモジュールを示す。駆動基板202については、図4に示す駆動部303aにより制御される面発光素子アレイチップ1〜15について説明する。なお、駆動部303b(図4には不図示)により制御される面発光素子アレイチップ16〜29も、駆動部303aにより制御される面発光素子アレイチップ1〜15と同様の動作を行う。また、説明を簡易化するために、ここでは1つの色の画像処理について説明するが、本実施例の画像形成装置では、同様の処理を4色同時に並列処理される。図4に示す制御基板415は、露光ヘッド106を制御する信号を送信するためのコネクタ416を有している。コネクタ416からは、露光ヘッド106のコネクタ305に接続されたケーブル417、418を介して、それぞれ画像データ、後述するLine同期信号、制御基板415のCPU400からの制御信号が送信される。
制御基板415は、露光ヘッド106に対して露光ヘッド106を制御するための信号を送信する。この信号は、クロック信号、画像データ、Line同期信号をパラレル−シリアル変換した信号である。この信号は、制御基板415側のコネクタ416から信号を伝送するケーブル417を介して露光ヘッド側のコネクタ305に入力される。また、CPU400の通信信号は、伝送ケーブル418を介して、露光ヘッド106側のコネクタ305に入力される。
データ生成手段である画像データ生成部401は、スキャナ部100又は画像形成装置に接続された外部コンピュータから受信した画像データに対して、CPU400から指示された解像度でディザリング処理を行い、プリント出力のための画像データを生成する。本実施例では、画像データ生成部401は、第2の解像度である2400dpiの解像度でディザリング処理を行うものとする。すなわち、画像データ生成部401が生成する画像データは、2400dpi相当の画素データである。本実施例の2400dpi相当の画素データは1ビットであるものとするが、複数ビットで1画素を表現しても良い。画像データ生成部401が生成する画素データは、副走査方向の2400dpi相当のラインに対応するラインデータである。なお、画像データ生成部401は、1つの集積回路401Aである。
CPU400は、光学センサ113により検知された色ずれ量に基づいて、主走査方向(露光ヘッド106の長手方向)、副走査方向(感光ドラム102の回転方向でもあり、記録紙の搬送方向でもある)の画像シフト量を2400dpi単位で各々決定する。画像シフト量は、例えば、光学センサ113による色ずれ検出用パターン画像の検知結果に基づいて算出される色間の相対的な色ずれ量に基づいて、CPU400によって決定される。そして、CPU400は、補正手段であるラインデータシフト部402に画像シフト量を指示する。ラインデータシフト部402では、CPU400から指示された画像シフト量を基に、記録紙1ページ内の画像領域全域に対して、画像データ生成部401から入力された画像データを2400dpi単位でシフト処理する。なお、ラインデータシフト部402は、記録紙1ページ内の画像領域を複数に分割し、分割された複数の画像領域毎にシフト処理を実行するようにしても良い。
第2の生成手段である同期信号生成部406は、感光ドラム102の回転速度に同期した信号で、感光ドラム102の回転方向における出力画像の解像度の1ライン分に対応する周期信号(以下、Line同期信号という)を生成する。CPU400は、同期信号生成部406にLine同期信号の周期、すなわち予め定められた感光ドラム102の回転速度に対して、感光ドラム102表面が回転方向(副走査方向)に2400dpiの画素サイズ(約10.5μm)移動する時間を指示する。例えば、副走査方向に200mm/秒の速度で印刷する場合には、CPU400は、Line同期信号の周期(副走査方向1ライン分の周期)を約52.9μs(≒(25.4mm/2400ドット)/200mm)として、同期信号生成部406に指示する。画像形成装置が感光ドラム102の回転速度を検知する検知部(例えば感光ドラムの回転軸に設置したエンコーダ)を有している場合は、CPU400は、検知部の結果(エンコーダが出力する信号の発生周期)に基づいて、副走査方向の感光ドラム102の回転速度を算出し、当該算出結果に基づいてLine同期信号の周期を決定する。一方、感光ドラム102の回転速度を検知する検知部を有していない場合、CPU400は、ユーザが操作部から入力するシートの坪量(g/cm2)やシートサイズなどの紙の種類の情報に基づいて、Line同期信号の周期を決定する。
第1の生成手段であるクロック生成部422は、ROM421に格納されている副走査方向の倍率を補正するための補正値(以下、副走査倍率補正値という)に基づき、データ送信部405へ送信するクロック信号の周期(周波数)を作像開始前に決定する。図5に副走査倍率補正値に基づき生成されるクロック信号とLine同期信号との関係を示す。図5には、クロック信号の波形と、クロック信号に基づき生成されるLine周期信号と画像データ(D0、D1、…等)をそれぞれ示し、横軸はいずれも時間を示す。図5(a)は副走査方向の倍率補正を行わない場合、図5(b)は副走査方向の倍率を拡大する場合、図5(c)は副走査方向の倍率を縮小する場合をそれぞれ示している。副走査方向の倍率補正を行わない場合のクロック周期dclk(Tn_clk)を基準の周期とすると、副走査方向の倍率を拡大する場合の第1の周期であるクロック周期dclk(Tm_clk)は長くなる。一方、副走査方向の倍率を縮小する場合の第2の周期であるクロック周期dclk(Tr_clk)は短くなる。クロック周期dclkの1パルスの出力(例えば、D0)は、PWMデータの1ブロック(「0」or「1」)に相当する。
チップデータ変換部403は、Line同期信号に同期して、ラインデータシフト部402より、感光ドラム102の副走査方向の1ライン分ずつ、ラインデータの読み出しを行う。そして、チップデータ変換部403は、読み出したラインデータをチップ毎のラインデータに分割するデータ処理を実行する。
補正手段であるチップデータシフト部404は、CPU400から予め指示された面発光素子アレイチップ毎の副走査方向の画像シフト量に関するデータ(2400dpi単位)に基づいて、メモリ501〜529からのラインデータの相対的な読み出しタイミングを制御する。以下、チップデータシフト部404が実行する副走査方向の画像シフト処理について具体的に説明する。
データ送信部405は、露光ヘッド106に対して、上述した一連のラインデータに対するデータ処理を実行した後のラインデータを駆動基板202に送信する。前述した図6(b)を参照して、画像データの送信タイミングについて説明する。図3(a)に示すように、面発光素子アレイチップのうち、奇数番目の面発光素子アレイチップ1、3、5、・・・29は、副走査方向の上流側に配置され、偶数番目の面発光素子アレイチップ2、4、6、・・・28は、副走査方向の下流側に配置されている。図6(b)に示すタイムチャートでは、奇数番目の面発光素子アレイチップ1、29に対応するメモリ501、メモリ529への画像データの書き込みは、最初のLine同期信号の期間(図中、TL1、TL10)で行われる。そして、次のLine同期信号の期間(図中、TL2)で、奇数番目の面発光素子アレイチップ1、29に対応するメモリ501、メモリ529から、副走査方向1ライン目のデータの読み出しが行われる。同様に、更に次のLine同期信号の期間では、奇数番目の面発光素子アレイチップ1、29に対応するメモリ501、メモリ529から、副走査方向2ライン目のデータの読み出しが行われる。そして、10番目のLine同期信号の期間(図中、TL10)で、奇数番目の面発光素子アレイチップ1、29に対応するメモリ501、メモリ529から、副走査方向9ライン目のデータの読み出しが行われる。また、偶数番目の面発光素子アレイチップ2に対応するメモリ502は、メモリ502への画像データの書き込みが行われた期間TL1から、Line同期信号424の9パルス後の期間(図中、TL10)で、メモリ502から画像データの読み出しが行われる。
(データ受信部)
次に、露光ヘッド106の駆動部303a内部の処理について説明する。データ受信部407は、制御基板415のデータ送信部405から送信されたデータを受信し、それぞれクロック信号420、Line同期信号424、画像データ423を分離する。データ受信部407とデータ送信部405は一般的に知られているパラレルシリアル変換を使用すれば良い。本実施例では、クロック信号420、Line同期信号424、画像データ423をパラレルシリアル変換により駆動部303aへ送信しているが、それぞれパラレルで送信しても良い。また駆動部303aはデータ受信部407で受信したクロック信号を基に動作する。これは駆動部303aにクロック発振器や水晶振動子を不要とすることが可能となるためである。
変換手段であるフィルタ処理部408では、面発光素子アレイチップ1〜29毎の画像データに対して、主走査方向のフィルタ処理による補間処理を行い、主走査方向の解像度を2400dpiから1200dpiに変換する。
続くLUT410は、面発光素子アレイチップ内の発光素子に対応する画素毎の画像データ値(濃度データ値)をルックアップテーブル(Look Up Table)を参照して、データ変換を行う。LUT410では、面発光素子アレイチップの発光時間の応答特性に基づいて、パルス発光させたときの積算光量が所定の値となるように、画素毎のデータ値の変換を行う。例えば、面発光素子アレイチップの発光時間の応答が遅く、積算光量が目標値より小さい場合は、データ値が増えるようにデータ変換を行う。本実施例では、CPU400は、画像形成を開始する前に、ルックアップテーブルに設定される変換テーブルの値を、実験的に得られた発光素子アレイの応答特性に基づいた所定の値に設定するものとする。
続くPWM信号生成部411では、画素毎のデータ値に応じて面発光素子アレイチップが1画素区間内で発光する発光時間に対応したパルス幅信号(以下、PWM信号という)を生成する。PWM信号を出力するタイミングは、タイミング制御部412により制御される。タイミング制御部412は、制御基板415の同期信号生成部406で生成されたLine同期信号より、各画素の画素区間に対応した同期信号を生成し、PWM信号生成部411に出力する。駆動電圧生成部414は、PWM信号に同期して、面発光素子アレイチップを駆動する駆動電圧を生成する。なお、駆動電圧生成部414は、CPU400によって所定の光量となるように出力信号の電圧レベルを5V中心に調整可能な構成とする。本実施例では、各面発光素子アレイチップは、同時に4つの発光素子を独立して駆動できる構成となっている。駆動電圧生成部414は、面発光素子アレイチップ毎に駆動信号4ライン、露光ヘッド106全体では、千鳥状構成の1ライン(15チップ)×4=60ラインに駆動信号を供給する。各面発光素子アレイチップに供給される駆動信号は、ΦW1〜ΦW4とする(図8参照)。一方、後述するシフトサイリスタ(図8参照)の動作により、順次、面発光素子アレイチップが駆動される。制御信号生成部413は、タイミング制御部412で生成された画素区間に対応する同期信号より、画素毎にシフトサイリスタを転送するための制御信号Φs、Φ1、Φ2を生成する(図8参照)。
図8は、本実施例の自己走査型発光素子(Self−Scanning LED:SLED)アレイチップの一部分を抜き出した等価回路である。図8において、Ra、Rgはそれぞれアノード抵抗、ゲート抵抗であり、Tnはシフトサイリスタ、Dnは転送ダイオード、Lnは発光サイリスタを示す。また、Gnは、対応するシフトサイリスタTn、及びシフトサイリスタTnに接続されている発光サイリスタLnの共通ゲートを表している。ここで、nは2以上の整数とする。Φ1は奇数番目のシフトサイリスタTの転送ライン、Φ2は偶数番目のシフトサイリスタTの転送ラインである。ΦW1〜ΦW4は発光サイリスタLの点灯信号ラインであり、それぞれ抵抗RW1〜RW4と接続されている。VGKはゲートラインであり、Φsはスタートパルスラインである。図8に示すように、1個のシフトサイリスタTnに対し、発光サイリスタはL4n−3〜L4nまでの4個が接続されており、同時に4個の発光サイリスタL4n−3〜L4nが点灯可能な構成となっている。
次に、図8に示すSLED回路の動作について説明する。なお、図8の回路図において、ゲートラインVGKには5Vが印加されているものとし、転送ラインΦ1、Φ2、及び点灯信号ラインΦW1〜ΦW4に入力される電圧も、同じく5Vとする。図8において、シフトサイリスタTnがオン状態にあるとき、シフトサイリスタTn、及びシフトサイリスタTnに接続されている発光サイリスタLnの共通ゲートGnの電位は約0.2Vまで引き下げられる。発光サイリスタLnの共通ゲートGnと発光サイリスタLn+1の共通ゲートGn+1との間は、結合ダイオードDnで接続されているため、結合ダイオードDnの拡散電位にほぼ等しい電位差が発生する。本実施例では、結合ダイオードDnの拡散電位は約1.5Vであるので、発光サイリスタLn+1の共通ゲートGn+1の電位は、発光サイリスタLnの共通ゲートGnの電位の0.2Vに、拡散電位の1.5Vを加えた1.7V(=0.2V+1.5V)となる。以下、同様に、発光サイリスタLn+2の共通ゲートGn+2の電位は3.2V(=1.7V+1.5V)、発光サイリスタLn+3(不図示)の共通ゲートGn+3(不図示)の電位は4.7V(=3.2V+1.5V)となる。ただし、発光サイリスタLn+4の共通ゲートGn+4以降の電位は、ゲートラインVGKの電圧が5Vであり、これ以上の高い電圧にはならないので、5Vとなる。また、発光サイリスタLnの共通ゲートGnより前(図8の共通ゲートGnよりも左側)の共通ゲートGn−1の電位については、結合ダイオードDn−1が逆バイアス状態になっているため、ゲートラインVGKの電圧がそのまま印加され、5Vとなっている。
次に、発光サイリスタの発光動作に関して説明する。シフトサイリスタTnのみがオンしているとき、発光サイリスタL4n−3〜L4nまでの4個の発光サイリスタのゲートはシフトサイリスタTnの共通ゲートGnに共通に接続されている。そのため、発光サイリスタL4n−3〜L4nのゲート電位は、共通ゲートGnと同じ0.2Vである。したがって、各々の発光サイリスタのしきい値は1.7V(=0.2V+1.5V)であり、発光サイリスタの点灯信号ラインΦW1〜ΦW4から、1.7V以上の電圧が入力されれば、発光サイリスタL4n−3〜L4nは点灯可能である。したがって、シフトサイリスタTnがオンしているときに、点灯信号ラインΦW1〜ΦW4に点灯信号を入力することにより、発光サイリスタL4n−3〜L4nまでの4個の発光サイリスタを選択的に発光させることが可能である。このとき、シフトサイリスタTnの隣のシフトサイリスタTn+1の共通ゲートGn+1の電位は1.7Vであり、共通ゲートGn+1にゲート接続している発光サイリスタL4n+1〜4n+4のしきい値電圧は3.2V(=1.7V+1.5V)となる。点灯信号ラインΦW1〜ΦW4から入力される点灯信号は5Vであるので、発光サイリスタL4n−3〜4nの点灯パターンと同じ点灯パターンで、発光サイリスタL4n+1〜L4n+4も点灯しそうである。ところが、発光サイリスタL4n−3〜L4nまでの方がしきい値電圧が低いため、点灯信号ラインΦW1〜ΦW4から点灯信号が入力された場合には、発光サイリスタL4n+1〜L4n+4よりも早くオンする。一旦、発光サイリスタL4n−3〜L4nがオンすると、接続されている点灯信号ラインΦW1〜ΦW4が約1.5V(拡散電位)に引き下げられる。そのため、点灯信号ラインΦW1〜ΦW4の電位が、発光サイリスタL4n+1〜L4n+4のしきい値電圧よりも低くなるため、発光サイリスタL4n+1〜L4n+4はオンすることができない。このように、1個のシフトサイリスタTに複数の発光サイリスタLを接続することで、複数個の発光サイリスタLを同時点灯させることができる。
図11は、本実施例の面発光サイリスタ部の概略図である。図11(a)は、メサ(台形)構造922に形成された発光素子が複数配列されている発光素子アレイの平面図(模式図)である。図11(b)は、図11(a)に示すB−B線で、メサ構造922に形成された発光素子を切断したときの断面概略図である。発光素子が形成されたメサ構造922は、所定のピッチ(発光素子間の間隔)(例えば1200dpiの解像度の場合には約21.16μm)で配置されており、各メサ構造922は、素子分離溝924により互いに分離されている。
図12は、データ受信部407から出力されるLine同期信号と画像データとの関係を示す図である。図12で(a)は副走査方向における倍率補正を行わない場合を示し、(b)は副走査方向における倍率を拡大する場合を示し、(c)は副走査方向における倍率を縮小する場合を示す。なお、副走査方向における倍率補正を行わない場合を基準とする。各図には、Line同期信号の波形と、画像データを示す。横軸はいずれも時間を示す。補正を行わない場合のLine同期信号の周期Tnは、Tn_clk×15000であり、倍率を拡大する場合のLine同期信号の周期Tmは、Tm_clk×15000である。また、倍率を縮小する場合のLine同期信号の周期Trは、Tr_clk×15000である。
図13は副走査方向の倍率補正を行わない場合と倍率補正を行う場合の感光ドラム102上に形成されるドット関係を示す。図13で、(a)は副走査方向の倍率を拡大する場合を示し、(b)は副走査方向の倍率補正を行わない(基準の)場合を示し、(c)は副走査方向の倍率を縮小する場合を示す。図13には、副走査方向の1ライン目と2ライン目を示している。副走査方向の倍率補正を行わない場合を基準として、副走査方向の倍率を拡大する場合は、データ受信部407から出力されるクロック周期(Tm_clk)が長くなっているため、感光ドラム102上に形成されるドットは大きくなる。一方、副走査方向の倍率を縮小する場合は、データ受信部407から出力されるクロック周期(Tr_clk)が短くなっているため、感光ドラム102上に形成されるドットは小さくなる。
以上、実施例2によれば、副走査方向の倍率の補正を精度良く行うことができる。
図4の変形例1として、例えば、図15に示すように、フィルタ処理部408がチップデータシフト部404とデータ送信部405との間にあってもよい。
図4の変形例2として、例えば、図16に示すように、フィルタ処理部408がラインデータシフト部402とチップデータ変換部403との間にあってもよい。
106 露光ヘッド
201 面発光素子アレイ素子群
303 駆動部
415 制御基板
422 クロック生成部
Claims (8)
- 回転駆動される感光体と、
前記感光体の回転方向と交差する交差方向においてそれぞれが互いに異なる位置に配列され、前記感光体を露光する複数の発光素子と、前記複数の発光素子を駆動する駆動部と、を備える露光ヘッドと、
を備え、前記交差方向における前記複数の発光素子の配列間隔に対応する解像度の画像を形成する画像形成装置であって、
クロック信号に同期して画像データを前記駆動部に出力する出力手段と、
前記クロック信号を生成する第1の生成手段と、
前記感光体の前記回転方向の解像度に対応する1ライン分の周期信号を生成する第2の生成手段と、
前記感光体の前記回転方向における出力する画像の倍率に応じて前記クロック信号の周期及び前記周期信号の周期を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記制御手段は、
第1の倍率で画像を形成する場合には、前記第2の生成手段により前記周期信号を第1の周期で生成し、前記第1の生成手段により前記クロック信号を第4の周期で生成し、
前記第1の倍率よりも大きい第2の倍率で画像を形成する場合には、前記第2の生成手段により前記周期信号を前記第1の周期よりも長い第2の周期で生成し、前記第1の生成手段により前記クロック信号を第4の周期よりも長い第5の周期で生成し、
前記第1の倍率よりも小さい第3の倍率で画像を形成する場合には、前記第2の生成手段により前記周期信号を前記第1の周期よりも短い第3の周期で生成し、前記第1の生成手段により前記クロック信号を前記第4の周期よりも短い第6の周期で生成することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記複数の発光素子を駆動するための駆動電圧を出力する駆動手段を備え、
前記駆動手段は、前記回転方向の倍率を変化させる際に、前記倍率に応じて前記駆動電圧を変化させることにより前記発光素子の光量を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。 - 前記駆動手段は、前記回転方向の前記画像の倍率を拡大させる場合には前記駆動電圧を、倍率を変化させない場合の基準の駆動電圧よりも高い第1の駆動電圧とし、前記回転方向の倍率を縮小させる場合には前記駆動電圧を前記基準の駆動電圧よりも低い第2の駆動電圧とすることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記複数の発光素子は、前記交差方向に前記解像度に相当する間隔で配列されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記出力手段は、前記複数の発光素子の配列間隔に対応する解像度よりも高い解像度の画像データを前記複数の発光素子の配列間隔に対応する解像度に変換する変換手段を有することを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記回転方向の倍率をN倍とする倍率補正を行う場合に、前記第1の生成手段により生成される前記クロック信号の周期及び前記第2の生成手段により生成される前記周期信号の周期をそれぞれ1/N倍に補正することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記周期信号の周期は、前記クロック信号の周期の整数倍であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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