JP4356489B2 - 発光素子アレイ駆動装置およびプリントヘッド - Google Patents

発光素子アレイ駆動装置およびプリントヘッド Download PDF

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Description

本発明は、発光素子アレイ駆動装置等に関し、より詳しくは複写機やプリンタ等の画像形成装置のプリントヘッドに用いられる自己走査型の発光素子アレイを駆動する発光素子アレイ駆動装置等に関する。
従来より、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体(感光体ドラム)を一様に帯電し、この感光体ドラムを画像情報に基づいて制御された露光手段によって露光して感光体ドラム上に静電潜像を形成している。そして現像剤(トナー)を保持した現像手段によってこの静電潜像を現像してトナー像とし、このトナー像を記録紙に転写した後、これを定着することによって画像形成を行っている。
このような画像形成装置においては、装置の小型化を実現するために、機械的な駆動機構を必要としないLEDプリントヘッド(LPH)を露光手段として搭載した画像形成装置が開発されている。このLPHは、LEDアレイとセルフォック(登録商標)レンズアレイ(SLA)とが備えられ、LEDアレイの発光点をSLAの入射側焦点に一致させるとともに、感光体ドラム表面をSLAの出射側焦点に一致させるように配置して、LEDアレイから出射される光を感光体ドラム表面上に結像させるように構成されている。
近年、LPHにおいては、自己走査型LED(SLED)を適用したものが提案されている。SLEDは、選択的に発光点(LEDチップ)をオン・オフさせるスイッチに相当する部分として、サイリスタ構造が採用されている。このサイリスタ構造を採用することにより、LPHでは、スイッチ部を発光点と同一のチップ上に配置することが可能となるため、小型化を図ることが可能となる。さらには、スイッチ部のオン・オフタイミングを2本の信号線によって行うことができることから、データ線を共通化することができ、配線の簡素化も可能となるという利点を有している。
ここで、自己走査型LEDに関する従来技術として、2本の直線上に1個おきに発光素子アレイをジグザグ状に配置し、第1の直線上に配列された発光素子は、第1のクロックパルスのラインに接続され、第2の直線上に配列された発光素子は、第2のクロックパルスのラインに接続されて構成し、そして、第2の直線上に配列された発光素子を書き込み用として用い、第1の直線上に配列された発光素子を転送用のスイッチ素子として用いる自己走査型LEDに関する技術が存在する(例えば、特許文献1参照)。
特開平8−216448号公報(第10頁)
ところで、自己走査型LEDにおいてスイッチ素子として用いられる転送サイリスタでは、消費電力が低く、かつ高い周波数で動作が可能なガリウム砒素(GaAs)系の化合物半導体が用いられることが多い。そのために、転送サイリスタがオン状態にあって電流が流れている状態にある場合には、転送サイリスタ自らも発光するという特性を有している。さらに、転送サイリスタへの電流の流れを制御するために設けられるダイオードも同様に発光する。そのため、このような転送サイリスタやダイオードからの不要光が感光体ドラムを露光しないように、転送サイリスタやダイオードが配置された部分(転送部)は遮光マスクによって光を遮断するように構成されている。
しかしながら、自己走査型LEDを用いたLEDプリントヘッド(LPH)のさらなる小型化を図ろうとする場合には、転送部の面積もそれに応じて小さく構成することから、転送部を覆う遮光マスクの面積も小さくなるのに加えて、遮光マスクの厚みを増やすにも一定の限界が生じる。そのために、転送部からの微少な光が漏れ光となって感光体ドラムを不要に露光してしまう場合があった。
このような漏れ光は、感光体ドラムが回転している場合には問題とならないが、感光体ドラムが停止している場合には、感光体ドラム上の同一の場所に長時間の露光が行なわれることとなるために、感光体上にその履歴が残り、感光体の帯電特性や露光特性がその部分だけ変化して、画像上にゴーストのような欠陥を生じさせる原因となるという新たな課題が生じた。
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、自己走査型LEDを用いたLEDプリントヘッドにおいて、転送サイリスタ等からの不要光の出射を抑え、ゴーストのない良質な画像を形成することにある。
かかる目的のもと、本発明の発光素子アレイ駆動装置は、点灯信号により点灯/非点灯が制御される複数の発光素子と、電力を供給する電源と、複数の発光素子に対応して設けられ、電源からの電力を入力する入力端、入力した電力を出力する出力端、及び入力した電力を出力端から出力させるための制御信号を入力する制御端を有し、制御端に制御信号が入力されることによりオン状態を保持し、発光素子を各々点灯可能状態とする複数のスイッチ素子と、スイッチ素子を順次オンさせるための駆動信号と、制御信号とをスイッチ素子へ出力するとともに、点灯信号を発光素子へ出力する駆動信号発生手段とを備えており、駆動信号発生手段は、点灯信号の送信終了後に、複数のスイッチ素子がまとめてオフされるように駆動信号を設定することを特徴している。
ここで、駆動信号発生手段は、駆動信号がスイッチ素子をオフした後に、制御信号をローレベルに設定することを特徴とすることができる。また、駆動信号発生手段は、点灯信号の送信終了後に、駆動信号をハイインピーダンス状態に設定することもできる。その際、駆動信号発生手段は、さらに制御信号をハイインピーダンス状態に設定することもできる。
また、駆動信号発生手段は、ライン同期信号に同期して、駆動信号と、制御信号と、点灯信号とを出力することを特徴とすることができる。さらに、駆動信号発生手段は、駆動信号と制御信号とを共通化して出力することを特徴とすることができる。
加えて、スイッチ素子がターンオンする期間に、駆動信号発生手段からの駆動信号を電源の電圧よりも低い電圧または高い電圧のレベルシフト電圧に変更するレベルシフト手段をさらに備えた構成とすることもできる。その場合に、レベルシフト手段は、一端がスイッチ素子の出力端に接続され、他端はコンデンサが接続された信号線と抵抗が接続された信号線とに並列に分岐して駆動信号発生手段に接続されたことを特徴とすることができる。
さらに、本発明をプリントヘッドとして捉え、本発明のプリントヘッドは、感光体を露光する露光手段と、露光手段から露光される光を感光体上に結像させる光学手段とを有し、露光手段は、点灯信号により点灯/非点灯が制御される複数の発光素子と、電力を供給する電源と、複数の発光素子に対応して設けられ、電源からの電力を入力する入力端、入力した電力を出力する出力端、及び入力した電力を出力端から出力させるための制御信号を入力する制御端を有し、制御端に制御信号が入力されることによりオン状態を保持し、発光素子を各々点灯可能状態とする複数のスイッチ素子と、スイッチ素子を順次オンさせるための駆動信号と、制御信号とをスイッチ素子へ出力するとともに、点灯信号を発光素子へ出力する駆動信号発生手段とを備えており、駆動信号発生手段は、点灯信号の送信終了後に、すべてのスイッチ素子がオフされるように駆動信号を設定することを特徴としている。
ここで、駆動信号発生手段は、感光体が定常の動作状態にない場合に、すべてのスイッチ素子がオフされるように駆動信号を設定することを特徴とすることができる。特に、感光体の停止時に、すべてのスイッチ素子がオフされるように駆動信号を設定することを特徴とすることもできる。
また、駆動信号発生手段は、駆動信号がスイッチ素子をオフした後に、制御信号をローレベルに設定することを特徴とすることができる。さらに、駆動信号発生手段は、ライン同期信号に同期して、駆動信号と、制御信号と、点灯信号とを出力することを特徴とすることもできる。特に、駆動信号発生手段は、感光体が停止時には、ライン同期信号の出力を禁止するように構成することもできる。
本発明の効果として、自己走査型LEDを用いたLEDプリントヘッドにおいて、転送サイリスタ等からの不要光の出射を抑え、ゴーストのない良質な画像を形成することが可能となった。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明について詳細に説明する。
[実施の形態1]
図1は本実施の形態のLEDプリントヘッド(LPH)の構成を説明する断面図である。図1において、本実施の形態のLPH1は、支持体としてのハウジング61、露光手段を構成する自己走査型LEDアレイ(SLED)63とSLED63を駆動する駆動信号発生手段としての駆動回路(信号発生回路)20(後段の図2参照)とを搭載するLED回路基板62、SLED63からの光を感光体ドラム101表面に結像させる光学手段の一例としてのセルフォック(登録商標)レンズアレイ(SLA)64、SLA64を支持するとともにSLED63を外部から遮蔽するSLAホルダー65、ハウジング61をSLA64方向に付勢する板バネ66を備えている。ここで、SLED63と信号発生回路20とが発光素子アレイ駆動装置10(後段の図2参照)を構成している。
ハウジング61は、アルミニウム、SUS等のブロックまたは板金で形成され、LED回路基板62を支持している。またSLAホルダー65は、ハウジング61およびSLA64を支持し、SLED63の発光点とSLA64の焦点とが一致するように設定している。さらにSLAホルダー65はSLED63を密閉するように構成されている。そのため、SLED63に外部からゴミが付着することを防ぐことができる。一方、板バネ66は、SLED63およびSLA64の位置関係を保持するように、ハウジング61を介してLED回路基板62をSLA64方向に付勢している。
このように構成されたLPH1は、調整ネジ(図示せず)によってSLA64の光軸方向に移動可能に構成され、SLA64の結像位置(焦点)が感光体ドラム101表面上に位置するように調整される。
LED回路基板62では、SLED63上のLEDアレイが感光体ドラム101の軸線方向と平行になるように精度よく列状に配置されている。またSLA64も同様であって、自己集束性のロッドレンズが感光体ドラム101の軸線方向と平行に精度よく列状に配置されている。そして画像信号に基づいてSLED63から光が照射され、SLA64によって感光体ドラム101表面上に結像されて、静電潜像を形成する。なお、感光体として、感光体ドラム101にかかわらず、ベルト状の感光体を用いることもできる。
次に、図2に示すものは、本実施の形態のLPH1における発光素子アレイ駆動装置10の構成を示した回路図である。発光素子アレイ駆動装置10は、SLED63と信号発生回路20とで構成されている。SLED63には、例えば128個のSLEDチップが直列に配列されているが、図2では、1つのSLEDチップだけを示している。なお、以下の説明では、便宜上SLEDチップをSLED63と呼ぶこととする。
図2に示したように、SLED63は、スイッチ素子としての128個のサイリスタS1〜S128、発光素子としての128個の発光ダイオード(LEDチップ)L1〜L128、128個のダイオードD1〜D128、128個の抵抗R1〜R128、さらには信号線に過剰な電流が流れるのを防止する転送電流制限抵抗R1A、R2Aで構成されている。なお、他のSLEDチップも同様に構成されている。
なお、ここでは、LEDチップL1〜L128への電流の供給を制御するサイリスタS1〜S128とダイオードD1〜D128とで主に構成される部分を転送部と呼ぶ。
本実施の形態の発光素子アレイ駆動装置10において、各サイリスタS1〜S128のアノード端子(入力端)A1〜A128は電源ライン11に接続されている。この電源ライン11には電源電圧VDD(VDD=5V)が供給される。
奇数番目サイリスタS1、S3、…、S127のカソード端子(出力端)K1、K3、…、K127には、転送電流制限抵抗R1Aを介して信号発生回路20から転送信号CK1が送信される。
また、偶数番目のサイリスタS2、S4、…、S128のカソード端子(出力端)K2、K4、…、K128には、転送電流制限抵抗R2Aを介して信号発生回路20から転送信号CK2が送信される。
一方、各サイリスタS1〜S128のゲート端子(制御端)G1〜G128は、各サイリスタS1〜S128に対応して設けられた抵抗R1〜R128を介して電源ライン12に各々接続されている。なお、電源ライン12は接地(GND)されている。
また、各サイリスタS1〜S128のゲート端子G1〜G128と、各サイリスタS1〜S128に対応して設けられたLEDチップL1〜L128のゲート端子とは各々接続される。
さらに、各サイリスタS1〜S128のゲート端子G1〜G128には、ダイオードD1〜D128のカソード端子が接続されている。そして、サイリスタS1〜S127のゲート端子G1〜G127には、次段のダイオードD2〜D128のアノード端子に各々接続されている。すなわち、各ダイオードD2〜D128はゲート端子G2〜G127を挟んで直列接続されている。
ダイオードD1のアノード端子は転送電流制限抵抗R2Aを介して信号発生回路20に接続され、転送信号CK2が送信される。また、LEDチップL1〜L128のカソード端子は、信号発生回路20に接続されて、点灯信号ΦIが送信される。
さらには、SLED63には、転送部においてサイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128を覆うように遮光マスク30を配置している。これは、画像形成動作中に、オン状態にあって電流が流れている状態におけるサイリスタS1〜S128や、電流が流れている状態におけるダイオードD1〜D128からの発光を遮断し、不要光が感光体ドラム101を露光することを抑制するために設けている。
続いて、信号発生回路20から出力されるSLED63を駆動する信号(駆動信号)について図3に示すタイミングチャートを参照して説明する。なお、図3に示すタイミングチャートでは、すべてのLEDチップが光書き込みを行う(発光する)場合について表記している。
(1)まず画像形成装置から信号発生回路20にリセット信号(RST)が入力されることによって、信号発生回路20では、転送信号CK1はハイレベル(「H」)、転送信号CK2はローレベル(「L」)に設定され、すべてのサイリスタS1〜S128はオフの状態に設定される(図3(a))。
(2)リセット信号(RST)の入力に続いて、信号発生回路20から出力されるライン同期信号Lsyncが「H」になることで(図3(b))、SLED63の動作を開始する。ライン同期信号Lsyncを入力すると、このライン同期信号Lsyncに同期して、図3(C)に示すように、転送信号CK2を「H」とし、サイリスタS1のゲート端子G1に「H」を入力する(図3(c))。このとき、ダイオードD1を介して、サイリスタS1のゲート端子G1の電圧(ゲート電圧Vg1)は上昇する。このとき、ゲート電圧Vg1は、Vg1=5−Vfとなる。ここで、VfはAlGaAsからなるダイオードD1の順方向電圧であり、約1.4Vであるため、Vg1≒3.6Vとなる。
ここで、ライン同期信号Lsyncは、1ライン分の画像データの出力同期をとるための信号である。
(3)続いて、転送信号CK1を「L」とすると(図3(d))、サイリスタS1がターンオンする。このときのゲート電圧Vg1、Vg2は、Vg1≒5V、Vg2≒3.6Vとなっている。
すなわち、転送信号CK2が「H」になると、転送信号CK1が供給される奇数番目のサイリスタS1、S3、…のうち、ゲート端子の電位が最も高い、すなわちサイリスタの閾値電圧以上のゲート電圧となるサイリスタS1がターンオンする。また、このとき転送信号CK2は「H」なので、偶数番目のサイリスタS2、S4、…のカソード端子K2、K4、…の電位は高いままとなり、サイリスタS2、S4、…はオフの状態が維持される。さらに、点灯信号ΦIは図3(D)に示すように「H」なのでLEDチップL1〜L128のカソード端子の電位が高くLEDチップL1〜L128は点灯しない。
そして、点灯信号ΦIが図3(D)に示すように「H」から「L」になると、LEDチップL1のカソード端子の電位が低くなり、LEDチップL1が点灯する(図3(e))。
(4)次に、サイリスタS1がオンの時に、LEDチップL1を消灯するために点灯信号ΦIを「H」とし、それと同時に、転送信号CK2を「L」にすると、転送信号CK2が供給される偶数番目のサイリスタS2、S4、…のうち、ゲート端子の電位が最も高い、すなわちサイリスタの閾値電圧以上のゲート電圧となるサイリスタS2がターンオンする(図3(f))。
そして、図3(B)に示すように転送信号CK1が「H」になると、サイリスタS1はターンオフし、ゲート端子G1の電圧Vg1が抵抗R1によって徐々に低下するとともに、ゲート端子G2の電圧Vg2は上昇する(図3(g))。
(5)そして、点灯信号端子IDからの画像データに対応した点灯信号ΦIが図3(D)に示すように「H」から「L」になると、LEDチップL2が点灯する(図3(h))。
同様に、サイリスタS2がオンの時に、図3(B)に示すように転送信号CK1が再び「L」になり、点灯信号ΦIが「H」になると、サイリスタS3がターンオンするとともに、LEDチップL2が消灯する(図3(i))。
そして、図3(C)に示すように転送信号CK2が「H」になると、サイリスタS2はターンオフする(図3(j))。
このように、SLED63では、転送信号CK1、CK2が共に「L」になる重なり期間(図3に示すTaの期間)を設けつつ交互に「H」、「L」を切り替えることにより、サイリスタS1〜S128を順次オンさせるとともに、これに同期して点灯信号ΦIを順次「L」にすることにより、LEDチップL1〜L128を順次点灯させることができる。このように、本実施の形態の発光素子アレイ駆動装置10では、SLED63に接続する信号線としては、ライン同期信号Lsync、転送信号CK1、CK2のための3本、点灯信号ΦIのための1本、そして2本の電源線(そのうち1本は接地)の合計6本の信号線だけで駆動することが可能である。
(6)LEDチップL1〜L128を順次点灯させ、終端のLEDチップL128が消灯した後の図3中の「転送部に電流を流す期間」の最後に、転送信号CK1、CK2を共に所定の時間だけ「H」の状態に保つ(図3(k))。それによって、すべてのサイリスタS1〜S128がオフする。したがって、この状態においては、すべてのサイリスタS1〜S128に電流が流れることはないので、サイリスタS1〜S128を消灯(非点灯)の状態に保持することができる。
さらに、転送信号CK1、CK2を共に所定の時間だけ「H」の状態に保った後(「転送部に電流を流す期間」の後)、転送信号CK2を「L」とする(図3中の「転送部に電流を流さない期間」)。これによって、ダイオードD1〜D128にも電流が流れることがないので、すべてのダイオードD1〜D128も非点灯の状態に保持することができる。
このように、本実施の形態のLPH1の発光素子アレイ駆動装置10では、点灯信号ΦIが出力されて画像形成が終了した後の、感光体ドラム101(図1参照)が回転を停止した状態を含んだ非定常動作時においては、SLED63の転送部に対して電流が印加されないように構成されている。このような構成によって、感光体101が回転を停止している状態では、LEDチップL1〜L128は勿論のこと、転写部に配置されたサイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128にも電流が流れることはなく、サイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128から光が出射されることがない。そのため、LPH1のさらなる小型化を図ろうとする場合においては、転送部の面積もそれに応じて小さくなることから、転送部を覆う遮光マスク30の面積も小さく、さらには遮光マスク30の厚みも薄くなることを余儀なくされるとしても、転送部からの発光がなくなるので、感光体ドラム101が不要に露光されることを防ぐことができる。
また、本実施の形態のLPH1では、ライン同期信号Lsyncに同期させて、転送信号CK1、CK2を送信し、転送動作および発光動作を行なっている。そして、感光体ドラム101の非定常動作時において、ライン同期信号Lsyncの出力が禁止されるように構成されている。
図4は、ライン同期信号Lsyncを生成させる構成を説明するブロック図である。図4に示したように、ライン同期信号LsyncはLsync発生部412において生成され、Lsync発生部412において生成されたライン同期信号LsyncはAND回路413に送信される。一方、画像形成装置の制御部411からは、感光体駆動部414に対して感光体ドラム101の駆動を制御する駆動制御信号が出力されるが、その感光体駆動部414への駆動制御信号とともに、AND回路413に対してLsync_ENB信号が送信される。そして、ライン同期信号LsyncとLsync_ENB信号とは、AND回路413によって論理処理されてLPH1に送信されるように構成されている。
ここで、制御部411は、感光体ドラム101の駆動を開始する駆動開始信号を感光体駆動部414へ出力して、感光体駆動部414から感光体ドラム101が定速動作に達したことを通知する信号を受信した後に、Lsync_ENB信号をローレベル(「L」)からハイレベル(「H」)に変換するように設定されている。したがって、Lsync発生部412において生成されたライン同期信号Lsyncは、感光体ドラム101が定速動作に達したことを条件として、LPH1に送信されることとなる。
このように構成することによって、感光体ドラム101が停止している状態では、ライン同期信号Lsyncが送信されず、LEDチップL1〜L128は発光しないので、感光体ドラム101上の同一の場所が露光されることが抑制され、画像上にゴーストのような欠陥を生じさせることを防ぐことが可能となる。
さらに加えて、点灯信号ΦIが出力されて画像形成が終了した後では、感光体ドラム101(図1参照)が回転を停止する状態を含めた非定常動作時においては、ライン同期信号Lsyncが送信されず、SLED63の転送部に対しても電流を印加しないように構成することによって、転写部に配置されたサイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128からも光が出射されることがないので、画像上にゴーストのような欠陥のない高品質な画像を形成することが可能となる。
ところで、本実施の形態のLPH1では、サイリスタS1〜S128のゲート端子G1〜G128に送信する転送スタートビット信号と、偶数番目のサイリスタS2、S4、…、S128のカソード端子K2、K4、…、K128に送信される転送信号CK2との共通化を実現している。そのため、転送スタートビット信号をSLED63に入力するためのパッドおよび配線をLED回路基板62上に設ける必要がない。それによって、LPH1の小型化および低コスト化を一層推進することが可能となる。
以上説明したように、本実施の形態のLPH1の発光素子アレイ駆動装置10では、点灯信号ΦIが出力されて画像形成が終了した後の、感光体ドラム101が回転を停止した状態を含んだ非定常動作時においては、SLED63の転送部に対して電流が印加されないように構成されている。このように構成することで、感光体ドラム101が回転を停止している状態において、LEDチップL1〜L128は勿論のこと、転写部に配置されたサイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128にも電流が流れることはないので、サイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128から光が出射されることがない。そのため、LPH1のさらなる小型化を図ろうとする場合においては、転送部の面積もそれに応じて小さくなることから、転送部を覆う遮光マスク30の面積も小さく、さらには遮光マスク30の厚みも薄くなることを余儀なくされるとしても、転送部からの発光がなくなるので、感光体ドラム101が不要に露光されることを防ぐことができる。その結果、感光体ドラム101が停止している場合において、不要光が感光体ドラム101上の同一の場所を長時間に亘って露光してしまうことによってゴーストのような露光履歴が画像欠陥として発生することを抑制し、高品質な画像を形成することが可能となる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、電源電圧VDDが5Vで駆動するSLED63を用いたLEDプリントヘッド(LPH)1について説明した。実施の形態2では、電源電圧VDDが3.3Vで駆動するSLED63を用いたLEDプリントヘッド(LPH)1について説明する。近年シリコンチップは微細化が進み、より小さいチップ面積で多くの機能を搭載できるようになり、小型化、低コスト化が進んでいるが、例えば0.25μm等の微細デザインルールを使用すると、I/O(入出力端子)の電源電圧は、トランジスタの耐圧との関係で3.3Vであることが必要となる。したがって、3.3Vで駆動できるSLED63のメリットは大きいものとなる。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
図5に示すものは、本実施の形態のLPH1における発光素子アレイ駆動装置50の構成を示した回路図である。図5において、本実施の形態のLPH1は、SLED63、SLED63を駆動するための信号発生回路21、さらにはSLED63と信号発生回路21との間に設けられたレベルシフト回路22を備えている。なお、図5に示すように、SLED63は、電源電圧VDDとして3.3Vが供給されていることを除いては、実施の形態1におけるものと同様に構成されている。
ここで、レベルシフト回路22を介して信号発生回路21から出力されるSLED63を駆動する信号(駆動信号)について図6に示すタイミングチャートを参照して説明する。なお、図6に示すタイミングチャートでは、すべてのLEDが光書き込みを行う(発光する)場合について表記している。
(1)まず画像形成装置から信号発生回路21にリセット信号(RST)が入力されることによって、信号発生回路20では、転送信号CK1Cをハイレベル(「H」)、転送信号CK1Rを「H」として、転送信号CK1が「H」に設定され、また、転送信号CK2Cをローレベル(「L」)、転送信号CK2Rを「L」として、転送信号CK2がローレベル(「L」)に設定されて、すべてのサイリスタS1〜S128をオフの状態に設定される。(図6(a))。
(2)リセット信号(RST)に続いて、信号発生回路21から出力されるライン同期信号Lsyncが「H」になり(図6(A))、SLED63の動作を開始する。そして、このライン同期信号Lsyncに同期して、図6(E)、(F)、(G)に示すように、転送信号CK2Cおよび転送信号CK2Rを「H」として、転送信号CK2を「H」とする(図6(b))。
(3)次に、図6(C)に示すように、転送信号CK1Rを「L」にすると(図6(c))、レベルシフト回路22では、図7に示したように点線矢印の方向へ電流が流れ、やがて転送信号CK1の電位がGNDになる。転送信号CK1Cの電位は3.3Vなので、コンデンサC1の両端電位は3.3V(VDD)となる。
(4)これに続いて、図6(B)に示すように、転送信号CK1Cを「L」にすると(図6(d))、転送信号CK1の電位は、コンデンサC1に電荷が蓄積されているため、約−3.3Vになる。また、ゲートG1の電位(Vg1)は、Vg1=CK2電位−Vf=約1.9Vとなる。ここで、転送信号CK2電位=約3.3Vであり、VfはAlGaAsからなるダイオードD1の順方向電圧であり、約1.4Vである。さらに、Φ1電位=G1電位(Vg1)−Vf=0.5Vとなる。このため、信号線Φ1と転送信号CK1との間に約3.8Vの電位差が生じる。
この状態においては、図8に示すように、ゲートG1→信号線Φ1→転送信号CK1のルートでサイリスタS1のゲート電流が流れ始める。その際に、信号発生回路21のトライステートバッファB1Rをハイインピーダンス(Hiz)にすることで、電流の逆流防止を行う。
その後、サイリスタS1のゲート電流により、Tr2がオンし、それによってTr1のベース電流(Tr2のコレクタ電流)が流れ、Tr1がオンするという順序でサイリスタS1がオンし始め、ゲート電流が徐々に上昇する。それとともに、レベルシフト回路22のコンデンサC1に電流が流れ込むことで、転送信号CK1の電位も徐々に上昇する。
(5)所定時間(転送信号CK1電位がGND近傍になる時間)の経過後、信号発生回路21のトライステートバッファB1Rを「L」にする(図6(e))。そうすると、ゲートG1電位が上昇することによって信号線Φ1電位の上昇および転送信号CK1電位の上昇が生じ、それに伴いレベルシフト回路22の抵抗R1B側に電流が流れ始める。その一方で、転送信号CK1電位が上昇するのに従い、レベルシフト回路22のコンデンサC1に流れ込む電流は徐々に減少する。
そしてサイリスタS1が完全にオンし、定常状態になると各点の電位は図9に示したようになる。すなわち、サイリスタS1のオン状態を保持するための電流がレベルシフト回路22の抵抗R1Bに流れるが、コンデンサC1には流れない。なお、転送信号CK1の電位は、CK1電位=(3.3−Vf)×R1B/(R1A+R1B)である。
なお、このとき、図6(B)に示すように、信号発生回路21のトライステートバッファB1Cをハイインピーダンス(Hiz)に設定する(図6(e))。
(6)サイリスタS1が完全にオンした状態で、図6(H)に示すように、点灯信号IDを「L」にする(図6(f))。このとき、ゲートG1電位>ゲートG2電位(ゲートG1電位−ゲートG2電位=1.4V)であるため、サイリスタ構造のLEDチップL1のほうが早くオンし、点灯する。LEDチップL1がオンするのに伴って、信号線Φ1電位が上昇し、信号線Φ1電位=ゲートG2電位=1.9Vとなるため、LEDチップL2以降のLEDはオンすることはない。すなわち、LEDチップL1、L2、L3、L4、…は、最もゲート電圧の高いLEDチップL1のみがオン(点灯)することになる。
(7)次に、図6(F)に示すように、転送信号CK2Rを「L」にすると(図6(g))、図6(c)の場合と同様に電流が流れ、レベルシフト回路22のコンデンサC2の両端に電圧が発生する。図6(g)の終了直前の定常状態において、ゲートG2電位が1.9Vであるため、各点の電圧値は図6(c)の場合とは若干異なるが、動作上影響はない。これは、図6(g)の終了直前の定常状態では、信号線Φ2電位=ゲートG2電位−Vf=1.9V−1.4V=0.5V程度あるため、図10に示したように、点線矢印の方向にサイリスタS2にゲート電流が流れるが、これがわずかであるためサイリスタS2はオンしないからである。なお、この場合の転送信号CK2電位は、CK2電位=0.5×R2B/(R2A+R2B)≒0.15V程度である。
(8)図6(E)に示すように、この状態で転送信号CK2Cを「L」にすると(図6(h))、サイリスタスイッチS2がターンオンする。
(9)そして、図6(B)、(C)に示すように、転送信号CK1C、CK1Rを同時に「H」にすると(図6(i))、サイリスタスイッチS1はターンオフし、抵抗R1を通って放電することによってゲートG1電位は除々に下降する。その際、サイリスタスイッチS2のゲートG2は3.3Vになり、完全にオンする。したがって、点灯信号端子IDからの画像データに対応した点灯信号ΦIを「L」/「H」することで、LEDチップL2を点灯/非点灯させることが可能となる。なお、この場合ゲートG1の電位はすでにゲートG2の電位より低くなっているため、LEDチップL1がオンすることはない。
なお、この場合、図6(B)に示すように、信号発生回路21のトライステートバッファB1Cがハイインピーダンス(Hiz)に設定されているので(図6(e)〜(h))、CK1電位=(3.3−Vf)×R1B/(R1A+R1B)ではあるが、レベルシフト回路22のコンデンサC1はあまり充電されず、コンデンサC1には大きな電位差が生じることがない。そのため、転送信号CK1C、CK1Rを同時に「H」にした際に(図6(i))、転送信号CK1に大きなスパイク電位が生じることを抑制できるので、抵抗R1Bを通って信号発生回路21に瞬間的に大きな電流が流れることがなく、信号発生回路21に過大な負荷がかかることを防ぐことができる。
すなわち、図6(i)での転送信号CK1C、CK1Rを同時に「H」にする前に、転送信号CK1Cが「L」に設定されていると、レベルシフト回路22のコンデンサC1の両端には、転送信号CK1の電位と同じ電位(3.3−Vf)×R1B/(R1A+R1B)が発生する。この状態で、転送信号CK1C、CK1Rを同時に「H」にすると(図6(i))、図11に示したように、点線矢印で示したような抵抗R1Bを通って信号発生回路21に瞬間的に流れる大きな電流が発生して、信号発生回路21に過大な負荷がかかることとなる。
それに対し、本実施の形態の発光素子アレイ駆動装置50では、図6(i)での転送信号CK1C、CK1Rを同時に「H」にする前において、信号発生回路21のトライステートバッファB1Cがハイインピーダンス(Hiz)に設定されているので、コンデンサC1には電流が流れ込まないために大きな電位差が生じることがない。そのため、転送信号CK1において大きなスパイク電位が発生することが抑制されるので、信号発生回路21に大きな電流が流れる込むことが防止される。
(10)上記した動作を順次行い、LEDチップL1〜L128を順次点灯させ、終端のLEDチップL128が消灯した図6中の「転送動作期間」の後に、転送信号CK1C、CK1Rを「H」として転送信号CK1を「H」とし、さらに転送信号CK2C、CK2Rを「H」として転送信号CK2を「H」として、転送信号CK1および転送信号CK2を共に所定の時間だけ「H」の状態に保つ(図6中、「転送サイリスタをオフ」)。それによって、すべてのサイリスタS1〜S128がオフする。したがって、この状態においては、すべてのサイリスタS1〜S128に電流が流れることはないので、サイリスタS1〜S128を消灯(非点灯)の状態に保持することができる。
(11)さらに、転送信号CK1、CK2を共に所定の時間だけ「H」の状態に保った後、転送信号CK2C、CK2Rを「L」として転送信号CK2を「L」とする(図6中、「転送部に電流を流さない期間」)。これによって、ダイオードD1〜D128にも電流が流れることがないので、すべてのダイオードD1〜D128も非点灯の状態に保持することができる。
このように、本実施の形態のLPH1の発光素子アレイ駆動装置50においても、点灯信号ΦIが出力されて画像形成が終了した後の、感光体ドラム101(図1参照)が回転を停止した状態を含んだ非定常動作時においては、SLED63の転送部に対して電流が印加されないように構成されている。このような構成によって、感光体ドラム101が回転を停止している状態では、LEDチップL1〜L128は勿論のこと、転写部に配置されたサイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128にも電流が流れることはなく、サイリスタS1〜S128およびダイオードD1〜D128から光が出射されることがない。そのため、LPH1のさらなる小型化を図ろうとする場合においては、転送部の面積もそれに応じて小さくなることから、転送部を覆う遮光マスク30の面積も小さく、さらには遮光マスク30の厚みも薄くなることを余儀なくされるとしても、転送部からの発光がなくなるので、感光体ドラム101が不要に露光されることを防ぐことができる。
その結果、感光体ドラム101が停止している場合において、不要光が感光体ドラム101上の同一の場所を長時間に亘って露光してしまうことによってゴーストのような露光履歴が画像欠陥として発生することを抑制し、高品質な画像を形成することが可能となる。
なお、図6に示した信号発生回路21から出力される駆動信号では、「転送サイリスタをオフ」の期間において、転送信号CK2C、CK2Rを「H」として転送信号CK2を「H」とすることで、すべてのサイリスタS1〜S128をオフし、「転送部に電流を流さない期間」において、転送信号CK2C、CK2Rを「L」として転送信号CK2を「L」とすることで、すべてのダイオードD1〜D128も非点灯の状態に保持している。
本実施の形態のLPH1の発光素子アレイ駆動装置50では、このような駆動信号の設定の他に、図12に示すように、駆動信号の「転送動作期間」の経過後に、信号発生回路21のトライステートバッファB2C、B2Rをハイインピーダンス(Hiz)に設定することで、「転送部に電流を流さない期間」において、転送信号CK2C、CK2RをHizとして転送信号CK2をHizに設定することもできる。このように、転送信号CK2をHizと設定することで、サイリスタS1〜S128を通る電流路は遮断されるので、すべてのサイリスタS1〜S128をオフすることができる。それと同時に、ダイオードD1〜D128への電流も遮断することができる。それによって、サイリスタS1〜S128とダイオードD1〜D128とを同時に消灯(非点灯)の状態に設定することが可能となる。なお、この場合、転送信号CK1が送信される信号線Φ1にはダイオードが接続されていないため、転送信号CK1は「H」に設定しておくことができる。
次に、本実施の形態に係る発光素子アレイ駆動装置50をLPH1に搭載した場合の回路について説明する。図13は、発光素子アレイ駆動装置50をLPH1に搭載した回路図である。図13では、A3サイズの記録用紙に600dpi(dot per inch)で記録する場合であって、7424dotのLED素子を駆動する構成である。すなわち、本実施の形態のLPH1は、128個のLEDを組み込んだSLED63を58チップ搭載している。
図13において、LPH1の信号発生回路21には6組の駆動部が配設されている。1つの駆動部から出力される転送信号CK1、CK2は、1本当たり9〜10チップのSLED63を駆動する。また、画像データに対応した点灯信号ΦIは、SLED63の1チップ当たり1本出力され、6個の駆動部から全部で58の点灯信号ΦI1〜ΦI58が出力される。そして、それぞれの駆動部ごとにレベルシフト回路22が配置されている。
このように構成することによって、転送信号CK1、CK2の信号線数を少なくしながら、すべてのLED素子を安定して低電圧駆動することが可能となる。
ところで、本実施の形態のLPH1の発光素子アレイ駆動装置50は電源電圧を3.3Vで駆動することができることから、0.25μm等の微細デザインルールでの設計が可能となる。このため、チップ面積を小さく構成することができ、またドライバICの数も削減することができる。そのため、本実施の形態のLPH1では、発光素子アレイ駆動装置50をLED回路基板62に実装することが可能となり、しかもLED回路基板62の感光体ドラム101円周方向の幅面積を短く構成することができるため、LPH1の小型化を実現することができる。さらに、レベルシフト回路22は、コンデンサと抵抗だけで構成することができるため、安価に製造することが可能となる。
本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置において、例えば感光体ドラムを露光して静電潜像を形成する印字ヘッドに適用することができる。
LEDプリントヘッド(LPH)の構成を説明する断面図である。 実施の形態1における発光素子アレイ駆動装置の構成を示した回路図である。 SLEDを駆動する駆動信号のタイミングチャートである。 ライン同期信号Lsyncを生成させる構成を説明するブロック図である。 実施の形態2における発光素子アレイ駆動装置の構成を示した回路図である。 SLEDを駆動する駆動信号のタイミングチャートである。 初期状態から転送信号CK1Rを「L」、にした場合のレベルシフト回路の電流の流れを説明する図である。 転送信号CK1Cを「L」、転送信号CK1Rをハイインピーダンス(Hiz)にした直後の電流の流れを説明する図である。 サイリスタS1が完全にオンした定常状態での各部の電位を説明する図である。 サイリスタS2にゲート電流が流れる状態を説明する図である。 転送信号CK1Cが「L」に設定されている場合の信号発生回路に流れる電流を説明する図である。 SLEDを駆動する駆動信号のタイミングチャートである。 発光素子アレイ駆動装置をLPHに搭載した回路図である
符号の説明
1…LEDプリントヘッド(LPH)、10,50…発光素子アレイ駆動装置、11,12…電源ライン、20,21…信号発生回路、22…レベルシフト回路、61…ハウジング、62…LED回路基板、63…SLED、64…SLA、65…SLAホルダー、66…板バネ、S1〜S128…サイリスタ、A1〜A128…アノード端子、K1〜K128…カソード端子、G1〜G128…ゲート端子、D1〜D128…ダイオード、L1〜L128…発光ダイオード(LEDチップ)、R1A, R2A…転送電流制限抵抗、R1B,R2B,RID,R1〜R128…抵抗、C1,C2…コンデンサ、101…感光体ドラム、411…制御部、412…Lsync発生部、413…AND回路、414…感光体駆動部

Claims (12)

  1. 点灯信号により点灯/非点灯が制御され、感光体を露光するための光を照射する複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子に対応して設けられ、電力を供給する電源から当該電力を入力する入力端、入力した電力を出力する出力端、及び入力した電力を当該出力端から出力させるための制御信号を入力する制御端を有し、当該制御端に制御信号が入力されることによりオン状態を保持し、前記発光素子を各々点灯可能状態とする複数のスイッチ素子と、
    前記スイッチ素子を順次オンさせるための駆動信号と、前記制御信号とを前記スイッチ素子へ出力するとともに、前記点灯信号を前記発光素子へ出力する駆動信号発生手段とを備え、
    前記駆動信号発生手段は、前記感光体が回転を停止している状態にて前記複数のスイッチ素子がオフされるように前記駆動信号を設定することを特徴とする発光素子アレイ駆動装置。
  2. 前記駆動信号発生手段は、前記駆動信号が前記スイッチ素子をオフした後に、前記制御信号をローレベルに設定することを特徴とする請求項1記載の発光素子アレイ駆動装置。
  3. 前記駆動信号発生手段は、前記感光体が回転を停止している状態にて前記駆動信号をハイインピーダンス状態に設定することを特徴とする請求項1記載の発光素子アレイ駆動装置。
  4. 前記駆動信号発生手段は、さらに前記制御信号をハイインピーダンス状態に設定することを特徴とする請求項3記載の発光素子アレイ駆動装置。
  5. 前記駆動信号発生手段は、ライン同期信号に同期して、前記駆動信号と、前記制御信号と、前記点灯信号とを出力することを特徴とする請求項1記載の発光素子アレイ駆動装置。
  6. 前記駆動信号発生手段は、前記駆動信号と前記制御信号とを共通化して出力することを特徴とする請求項1記載の発光素子アレイ駆動装置。
  7. 前記スイッチ素子がターンオンする期間に、前記駆動信号発生手段からの駆動信号を前記電源の電圧よりも低い電圧または高い電圧のレベルシフト電圧に変更するレベルシフト手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1記載の発光素子アレイ駆動装置。
  8. 前記レベルシフト手段は、一端が前記スイッチ素子の出力端に接続され、他端はコンデンサが接続された信号線と抵抗が接続された信号線とに並列に分岐して前記駆動信号発生手段に接続されたことを特徴とする請求項7記載の発光素子アレイ駆動装置。
  9. 感光体を露光する露光手段と、
    前記露光手段から露光される光を前記感光体上に結像させる光学手段とを有し、
    前記露光手段は、
    点灯信号により点灯/非点灯が制御される複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子に対応して設けられ、電力を供給する電源から当該電力を入力する入力端、入力した電力を出力する出力端、及び入力した電力を当該出力端から出力させるための制御信号を入力する制御端を有し、当該制御端に制御信号が入力されることによりオン状態を保持し、前記発光素子を各々点灯可能状態とする複数のスイッチ素子と、
    前記スイッチ素子を順次オンさせるための駆動信号と、前記制御信号とを前記スイッチ素子へ出力するとともに、前記点灯信号を前記発光素子へ出力する駆動信号発生手段とを備え、
    前記駆動信号発生手段は、前記感光体が回転を停止している状態にて前記スイッチ素子がオフされるように前記駆動信号を設定することを特徴とするプリントヘッド。
  10. 前記駆動信号発生手段は、前記駆動信号が前記スイッチ素子をオフした後に、前記制御信号をローレベルに設定することを特徴とする請求項9記載のプリントヘッド。
  11. 前記駆動信号発生手段は、ライン同期信号に同期して、前記駆動信号と、前記制御信号と、前記点灯信号とを出力することを特徴とする請求項9記載のプリントヘッド。
  12. 前記駆動信号発生手段は、前記感光体が停止時には、前記ライン同期信号の出力を禁止することを特徴とする請求項11記載のプリントヘッド。
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