JP2797255B2

JP2797255B2 - Ｌｅｄアレイのドット位置精度安定化装置

Info

Publication number: JP2797255B2
Application number: JP6684690A
Authority: JP
Inventors: 一彦佐藤; 俊雄胡中; 知久三上
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH03268960A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕 LEDカラープリンタ内に組み込まれた複数のLEDアレイ
の温度を一定に保って、各LEDアレイの記録ドットの位
置ずれを防止するための、LEDアレイのドット位置精度
安定化装置に関し、 LEDアレイの温度制御性を高めて、各LEDアレイの記録
ドット位置を精度良く保てるようにすることを目的と
し、複数のLEDアレイを用いた電子写真方式によるカラー
プリンタにおいて、LEDアレイを加熱する加熱手段と、L
EDアレイに加えられた電力を検出する電力検出手段と、
該電力検出手段で検出されたLEDアレイの電力と前記加
熱手段の電力との和が一定となるように、前記加熱手段
に加える電力を制御する電力制御手段とを備えるように
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、LEDカラープリンタ内に組み込まれた複数
のLEDアレイの温度を一定に保って、各LEDアレイの記録
ドットの位置ずれを防止するための、LEDアレイのドッ
ト位置精度安定化装置に関する。

現在、電子写真方式によるプリンタは、レーザプリン
タ、LEDプリンタ、液晶プリンタ等、各種のものが開発
されている。これらのプリンタは、露光部に、それぞれ
レーザ光学系、LEDアレイ光学系、液晶シャッタアレイ
光学系を用いたものであり、いずれも、高速、高解像、
高画質という特徴を持ち、今後も大きく発展すると予想
される。本発明は、上記の各種プリンタの内、特にLED
プリンタについてのものである。

〔従来の技術〕

LEDプリンタは、従来から多く用いられているレーザ
プリンタと比較して、以下（１）〜（３）の特長を持っ
ている。

（１）固体走査であり、機械的な駆動部品を必要としな
い。

（２）光路長を短くすることができ、装置を小型にでき
る。

（３）半導体技術の進歩により、価格を安くできる。

今後、LEDプリンタは、これらの特長を活かし、特に
小型プリンタの分野において、大きな割合を占めるよう
になるものと考えられる。特に電子写真方式は、高速の
記録が可能なため、高速のカラープリンタが実現でき
る。

従来の高速LEDカラープリンタの一例を第４図に示
す。

同図のカラープリンタは、３原色のイエロー、マゼン
タ、シアンと、これにブラックを加えた４色の記録を行
うための４組の記録ユニットU₁〜U₄を備えており、これ
らは、記録紙の搬送方向に沿って一定間隔でライン状に
配置されている。それぞれの記録ユニットは、回転可能
な感光ドラム１と、その周面に沿って順次配置された帯
電器２、LEDアレイ光学系３、現像器４、クリーナ５等
とから構成される。また、記録紙を順次搬送するための
手段として、用紙カセット11、ピックアップローラ12、
記録紙搬送系13、スタッカ14等を備えている。更に、各
記録ユニットの感光ドラム１下方であって、現像器４と
クリーナ５との中間位置には、記録紙搬送系13を介し
て、転写器６がそれぞれ配置されており、また、記録紙
搬送系13とスタッカ14との間には定着器７が配置されて
いる。

上記構成からなるカラープリンタでは、用紙カセット
11に収納されている記録紙が、ピックアップローラ12に
よって一枚ずつピックアップされ、記録紙搬送系13によ
り４つの記録ユニットU₁〜U₄下を順次搬送されていく。
それに伴い、この搬送中の記録紙に対し、各記録ユニッ
トU₁〜U₄により、既知の電子写真方式による画像記録が
行われる。すなわち、感光ドラム１の回転に伴い、ま
ず、その感光面を帯電器２で均一に帯電した後、その帯
電された感光面に対し、LEDアレイ光学系３で画像デー
タに応じた露光を施して、画像に対応する静電潜像を形
成する。続いて、この静電潜像に現像器４でカラートナ
ーを付着させることにより、感光ドラム１上にカラート
ナーによるカラー画像を形成する。このカラートナー像
は、記録紙が感光ドラム１下を通過する際、転写器６に
より記録紙上に転写される。このようにして４つの記録
ユニットU₁〜U₄により４色のカラートナー像が順次重ね
て転写された記録紙は、最後に定着器７を通過すること
により、４色のカラートナー像が記録紙上に熱定着され
てから、スタッカ14上に排出される。

この種のカラープリンタは、各記録ユニットがパイプ
ライン状に並行して記録動作を行うため、高速の記録が
可能である。

次に、上記LEDアレイ光学系３の構成を第５図に示
す。

同図に示すように、LEDアレイ光学系３は、基体31上
に、LEDアレイ32及びこれを駆動するためのドライバIC3
3の配設されたセラミック基板34が配置されており、そ
の上には、LEDアレイ32と一定間隔を保って、セルフォ
ックレンズ（「セルフォック」は登録商標）等の屈折率
分布形レンズアレイ35が配置されている。

上記のドライバIC33は、第６図に示すように、シフト
レジスタ33a、ラッチ33b、ドライバ素子33c等から構成
されている。この構成において、外部の記憶装置等に記
憶されている各色毎の画像データは、画像の１ライン分
毎に、その１ライ分の各ドットに対応したシリアルデー
タとして、転送クロックに従ってシフトレジスタ33aに
順次転送され、このシリアルデータがラッチ信号に従っ
てラッチ33bにパラレルに格納される。そして、発光イ
ネーブル信号により、ドライバ素子33cが、ラッチ33bに
格納されている個々のデータに基づきLEDアレイ32の個
々のLED素子32aを発光させる。このようにしてLEDアレ
イ32から出力された光は、屈折率分布形レンズアレイ35
により、感光ドラム１上に結像される。

上記のような構成からなるドライバIC33では、データ
をシリアルに入力するようにしたことで、信号線を少な
くすると共に、LEDアレイ32の制御を簡素化することが
できる。また、セラミック基板34は熱伝導率が大きいた
め、LEDアレイ32の個々のLED素子32aで発生した熱が効
率良く基板全体に伝えられることにより、LEDアレイ32
の充分な冷却が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のLEDカラープリッタでは、４組の記録
ユニットU₁〜U₄がライン状に並んだ構成を採っているた
め、各LEDアレイ32の記録ドット（露光ドット）位置が
互いに異なっていると、色ずれを起こし、出力画像が劣
化するというおそれがある。そのため、LEDアレイ32の
各記録ドット位置を精度良く保つ必要がある。ところ
が、記録ドット位置を精度良く保とうとしても、プリン
タ装置の設置環境の温度変化や、プリンタ装置内部から
の発熱による温度上昇等で、LEDアレイ32の温度が変化
すると、その温度変化に応じた熱膨張により、各LEDア
レイ32の長さがそれぞれ変化し、その結果、記録ドット
の位置が異なってしまうという問題が発生する。その具
体的な一例を以下に示す。

LEDアレイ32は、セラミック基板34上に、多数のLED素
子32aが集積された複数のLEDチップが配列されて構成さ
れている。ここで、セラミック基板34は6.8×10^-6/deg
の線膨張率を示すので、例えば、LEDアレイ32の全長を3
00mmとし、温度上昇が30℃であるとすると、セラミック
基板34の温度上昇による長さの変化ΔＬは、次の式で算
出される。

ΔＬ＝300×30×6.8×10^-6 ＝0.0612（mm）＝61.2（μｍ）ここで、LEDアレイ32の解像度が400dot/inchであると
すると、１ドットのピッチは63.5μｍなので、約１ドッ
トの長さの変化が生じることになる。例えば、４色の内
のいずれか１色の記録ユニットのLEDアレイが、他の記
録ユニットのLEDアレイに比べて温度が30℃高いとする
と、その色だけ、記録幅がΔＬ長くずれることになる。
仮に、左端のドットの位置が４色とも一致しているとす
ると、右端のドットの位置は、温度の高いLEDアレイの
み、ΔＬ＝約60μｍだけ右にずれる。このように各色の
記録ドット位置がずれると、色ずれが生じたり、画像の
判読が困難になるという問題が発生する。

このことは、LEDアレイの解像度が高くなるほど問題
であり、また、LEDアレイの長さが長い場合や、基板に
金属等の熱膨張率の大きい材質を用いた場合には、長さ
の変化が一層大きくなるため、更に大きな問題となる。

そこで、従来、LEDアレイの温度を安定化させて、LED
アレイの記録ドット位置の精度を保つための方法とし
て、LEDアレイの温度を温度検出器（例えばサーミスタ
等）で検出しながら、LEDアレイに付けたヒータの電力
を制御して、LEDアレイの温度を安定化させる方法が提
案されている。しかしながら、LEDアレイの自己発熱に
よってLEDアレイ全体の温度が変化するには、時間的な
遅れが生じるため、これに伴い制御性が劣化するという
問題、すなわち具体的には、制御に時間遅れが生じ
る、制御のゲインが大きい場合に、温度変化が高低に
振動的な変化を引き起こし、一定値に収まらない、制
御のゲインが小さい場合、温度変化に対する追従性が悪
くなる、等の問題があった。

本発明は、LEDアレイの温度制御性の高めて、各LEDア
レイの記録ドット位置を精度良く保てるようにすること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理構成図である。

本発明のLEDアレイのドット位置精度安定化装置は、
複数のLEDアレイを用いた電子写真方式によるカラープ
リンタに適用され、同図に示すように、加熱手段（ヒー
タ）41、電力検出手段42及び電力制御手段43から構成さ
れる。

加熱手段41は、各LEDアレイ40毎に設けられ、電力制
御手段43によって制御された電力により、LEDアレイ40
を加熱する。また、個々のLEDアレイ40に加えられた電
力を、電力検出手段42が検出する。そして、その検出結
果に基づき、電力制御手段43が加熱手段41に加える電力
を制御して、LEDアレイ40と加熱手段41の両者に加えら
れる電力の総和が一定となるようにする。

〔作用〕

LEDアレイは、記録を行っている時は、記録する画像
により点灯状態が変化する。この点灯の状態により自己
の発熱量が変化し、LEDアレイの温度が変化する現象が
生じる。LED素子の発光効率は0.数％と小さいため、LED
素子に加えられた電力のほとんどは熱に変化する。すな
わち、LEDアレイは一種のヒータとして考えることがで
き、その発熱量は、加えられた電力にほぼ等しいと言え
る。

このことから、上記のようにLEDアレイ40と加熱手段4
1の両者に加えられる電力の総和が常に一定となるよう
に制御すると、この電力の総和が、LEDアレイ40から外
部への放熱量と一致した時点で、LEDアレイ40の点灯状
態にかかわらず、LEDアレイ40の温度は一定に制御され
る。

しかも、従来のようにLEDアレイの温度変化を温度検
出器で検出して制御を行う場合に生じる時間遅れが回避
されるため、この時間遅れに伴う制御性の劣化の問題が
生じない。

すなわち、応答が早く、かつ的確で安定した温度制御
が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第２図は、本発明の一実施例を示す回路図である。な
お、本実施例は、第４図に示したLEDカラープリンタに
本発明を適用した場合の一例である。

同図に示すように、本実施例のドット位置精度安定化
装置は、電流値検出回路51、積分回路52、増幅回路53、
引き算回路54及びヒータドライブ回路55と、LEDアレイ3
2に取りつけられたヒータ56とから構成されている。

電流値検出回路51は、LEDアレイ32に電力を供給する
ための電源ラインＬの途中に接続された電流検出用抵抗
R₁の両端の電位差から、LEDアレイ32に流れる電流値を
検出する回路であり、オペアンプA₁〜A₃及び抵抗R₁〜R₅
から構成されている。積分回路52は、電流値検出回路51
の出力を積分することで、変化の早い電流値から平均電
流値を求める回路であり、オペアンプA₄、抵抗R₆〜R₈及
び容量C₁から構成されている。増幅回路53は、積分回路
52の出力を増幅して電流値を電力値に変換する回路であ
って、オペアンプA₅及び抵抗R₉〜R₁₁からなり、抵抗R₁₁
によりゲインを調整可能である。

引き算回路54は、増幅回路53の出力、すなわちLEDア
レイ32に加えられた電力値を示す電圧を、予め定められ
たLEDアレイ32及びヒータ56の総消費電力値を示す基準
電圧から差し引く回路であって、オペアンプA₆及び抵抗
R₁₂〜R₁₄からなり、抵抗R₁₃により基準電圧値を設定で
きるようになっている。ヒータドライブ回路55は、引き
算回路54から出力された電圧値に従って、PWM（パルス
変調）による電流制御によりヒータ56に加える電流のデ
ューティを変えて、ヒータ56に加わる電力を調整する回
路であり、方形波発振器O₁、オペアンプA₇〜A₉、ダイオ
ードD₁〜D₅、トランジスタT₁、抵抗R₁₅〜R₂₄及び容量C₂
から構成されている。

次に、上記構成からなるドット位置精度安定化装置の
全体的な動作を、第３図に基づき説明する。

まず、電流値検出回路51により、LEDアレイ32に流れ
る電流値が検出され、続いて積分回路52により平均値が
求められた後、増幅回路53により、LEDアレイ32に加え
られる電力値が見積もられる。LEDアレイ32に流れ込む
電流値の変化は早いが、積分回路52を設けたことによ
り、LEDアレイ32に加わる電力の平均値を得ることがで
きる。そして、次の引き算回路54で、上記の見積もった
電力値を示す電圧が、予め基準電力値設定用の抵抗R₁₃
で定められたLEDアレイ32及びヒータ56の総消費電力値
を示す電圧から差し引かれ、この差し引かれた電圧が、
制御信号としてヒータドライブ回路55に与えられる。す
ると、ヒータドライブ回路55により、上記の差し引き値
に従って可変された電力が、ヒータ56に加えられる。す
なわち、PWMによる電流制御において、ヒータ56に加え
る電流のデューティを、上記差し引き値が大きい時には
大きくし、上記差引値が小さい時には小さく変化させる
ことにより、LEDアレイ32及びヒータ56の総消費電力が
常に一定に保たれる。

例えば、電流値検出回路51で得られた電流値が第３図
（ａ）に示すような波形である場合は、積分回路52で得
られる電力値も同図（ｂ）に示すように電流値と同一波
形となり、次に引き算回路54で得られる引き算値は、同
図（ｃ）に示すように電力値の波形が丁度反転した波形
となる。その結果、ヒータドライブ回路55の出力は、同
図（ｄ）に示すように、上記引き算値の波形に応じてデ
ューティの変化する波形となる。

以上の制御を行うことで、LEDアレイ32の点灯の状態
が変化しても、LEDアレイ32とヒータ56の両者に加えら
れる電力の総和は常に一定となる。このため、LEDアレ
イ32及びヒータ56に加えられる電力と、LEDアレイ32か
ら外部への放熱量とが一致した時点で、LEDアレイ32の
点灯状態にかかわらず、LEDアレイ32の温度は一定とな
る。また、従来のようにLEDアレイの温度変化を温度検
出器で検出して制御を行う場合に生じる時間遅れを回避
できるため、この時間遅れに伴う制御性の劣化の問題
（例えば、制御に時間遅れが生じる、制御のゲイン
が大きい場合に、温度変化が高低に振動的な変化を引き
起こし、一定値に収まらない、制御のゲインが小さい
場合に、温度変化に対する追従性が悪くなる、等）が生
じない。従って、応答が速く、かつ的確で安定した温度
制御を行うことができる。

その結果、LEDアレイ32の点灯状態が変化した場合で
も、LEDアレイ32の温度は常に一定に保たれ、よってLED
アレイ32の長さも常に一定になる。このことは、各記録
ユニットの全てのLEDアレイについて実現される。従っ
て、記録ドットの位置ずれがなくなり、これに伴い色ず
れがなくなるので、複雑な画像であっても極めて明確に
判読できるようになる。

なお、第２図に示した具体的な回路は、あくまでも一
実施例であって、本発明はこれに限定されるものではな
い。すなわち、第１図に示した加熱手段（ヒータ）41、
電力検出手段42及び電力制御手段43は、それぞれ既知の
種々の回路により構成可能である。例えば、電力制御手
段としては、第２図に示したPWM制御によるヒータドラ
イブ回路55の他にも、ヒータ56の電流を制御素子を用い
て連続的に変えるようにした通常のドライブ回路であっ
てもよい。ただし、このようにヒータ電流を連続的に変
える制御方法に比べ、PWM制御を行うと、制御素子の電
力消費量が減るため、制御回路の無駄な電力消費が減る
という利点がある。また、第２図の回路はアナログ回路
で構成したが、電流の検出値をＡ−Ｄ変換すること等に
より、その後の回路をデジタル回路で構成するようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、LEDアレイの点灯状態が変化した場
合であっても、LEDアレイ及び加熱手段の総消費電力を
一定にできるので、各LEDアレイの温度を常に一定に保
つことができる。そのため、各LEDアレイの長さが全て
一致し、よって記録ドットの位置ずれがなくなり、従っ
て色ずれのない鮮明な出力画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図は本発明の一実施例を示す回路図、第３図は第２図に示した回路各部の信号波形を示す図、第４図は従来の高速LEDカラープリンタの構成図、第５図は第４図に示したLEDアレイ光学系の構成図、第６図は第５図に示したLEDアレイとそのドライバICの
構成図である。 32、40……LEDアレイ、 41……加熱手段、 42……電力検出手段、 43……電力制御手段、 51……電流値検出回路、 52……積分回路、 53……増幅回路、 54……引き算回路、 55……ヒータドライブ回路、 56……ヒータ．

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のLEDアレイを用いた電子写真方式に
よるカラープリンタにおいて、 LEDアレイを加熱する加熱手段（41）と、 LEDアレイに加えられた電力を検出する電力検出手段（4
2）と、該電力検出手段（42）で検出されたLEDアレイの電力
と、前記加熱手段（41）の電力との和が一定となるよう
に、前記加熱手段（41）に加える電力を制御する電力制
御手段（43）とを備えたことを特徴とするLEDアレイの
ドット位置精度安定化装置。