JP5034425B2 - ラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置とラインヘッドの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、階調制御が簡略に行なえるラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置とラインヘッドの制御方法に関するものである。

一般に、電子写真方式のトナー像形成手段は、外周面に感光層を有する像担持体としての感光体と、この感光体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像手段とを有している。

カラー画像を形成するタンデム方式の画像形成装置としては、上記のようなトナー像形成手段を、中間転写ベルトに対して、複数個（例えば４個）配置する。これら単色トナー像形成手段による感光体上のトナー像を順次中間転写ベルトに転写して、中間転写ベルト上で複数色（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒））のトナー像を重ね合わせ、中間転写ベルト上でカラー画像を得る中間転写ベルト形式のものがある。

前記構成のタンデム方式の画像形成装置において、画像データの書き込みに用いる光書き込み装置（露光手段）としては、従来から半導体レーザーを光源と使用して、回転多面鏡で偏向し、走査光学系で被走査面に結像させるレーザー走査装置が用いられてきた。これに対して、主走査方向に光源をライン状に配列し、同じくライン状に配列された光学結像素子を用いて、被走査面（像担持体）上にライン状に結像スポットを形成して、多画素を同時に露光するラインヘッドもしばしば用いられている。ラインヘッドは、レーザー走査装置に比べて書き込み部の大きさを飛躍的に小さくできるほか、騒音、振動が少ないなど多くの特徴を有する。

このようなラインヘッドの光源として、従来はＬＥＤが主に用いられてきたが、近年は有機ＥＬを光源に用いることが提案されている。有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に一体に形成することができるので、複数のＬＥＤチップを実装するＬＥＤを用いたラインヘッドに比べて、画素の配列位置精度が高いという特徴がある。また、ガラス基板上にＴＦＴ技術を用いて駆動回路も一体に形成することで、さらに小型化と低コスト化を測ることができるという利点がある。

しかしながら、有機ＥＬ光源は、ＬＥＤに比べて光量が不足するため、高速な画像形成を行うためには、特許文献１、特許文献２に記載されているように、複数のサブ画素で重ね打ち（多重露光）を行う必要があった。この多重露光は、複数の発光部を副走査方向に間隔を空けて配列し、その発光タイミングを制御することで、被走査面上では同じ位置に重なるように露光する方法である。

特開２００３-３４１１４０号公報 特開２００４−５０８１６号公報

しかしながら、このような重ね打ちを行う場合においては、各画素に階調記録を行うためには、特許文献２に示されているように、各サブ画素に対して階調制御回路が必要となる。例えば、１画素に対して１６階調を与える場合に、２つの発光部で重ね打ちを行うためには、各サブ画素の駆動回路として１６階調の制御回路が必要であった。このように、２つの発光部で２回に分けて重ね打ちを行うためには、発光部の数が２倍必要であり、駆動回路も２倍必要になる。また、その階調制御回路も２倍必要になるため、回路規模が非常に大きくなり、基板の大きさが大きくなったり、配線の数が増えるという問題があった。

本発明は、従来技術のこのような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、階調制御が簡略に行なえるラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置とラインヘッドの制御方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のラインヘッドは、主走査方向に配列された複数の発光部からの光束を被走査面に複数の画素を結像させ、その点灯を各画素ごとに個別に制御することによって光書き込みを行うラインヘッドであって、
前記複数の画素は、副走査方向に一定の間隔を置いて複数列に配列された複数のサブ画素で構成されており、各列に配列された複数のサブ画素のうち、主走査方向に同じ位置をなすｎ個のサブ画素が、被走査面の副走査方向への移動によって重なるように点灯の制御を行い、ｎ個のサブ画素の点灯の重ね合わせによって画像の階調を表現し、前記階調値が０〜ｍの値をとるときに、前記ｎ個の各サブ画素が取り得る階調数ｋはｍ未満の数であり、前記ｎ個のサブ画素の点灯開始タイミングが、互いに被走査面上で正確に重なる位置を基準として、各々最小階調値に相当する時間ｔをｎで割った時間ずつずらしてあること、ことを特徴とする。（ただし、ｋ、ｍ、ｎは自然数である）

また、本発明のラインヘッドは、前記ｋは、以下の数であることを特徴とする。
ｋ＝ｉｎｔ（（ｍ−１）／ｎ）＋１
ただし、ｉｎｔ（ ）は除算の整数部のみを取り出す関数である。

また、本発明のラインヘッドは、前記階調の制御は、各発光部の駆動電流の制御であることを特徴とする。

また、本発明のラインヘッドは、前記階調の制御は、各発光部の駆動パルス幅の制御であることを特徴とする。

また、本発明のラインヘッドは、前記光源は、有機ＥＬ素子で構成されることを特徴とする。このような構成によれば、発光部の直径を小さくしなくてよいので、発光部の光パワーを大きく取ることができる。このため、発光効率の高くない有機ＥＬ材料でも使用可能となる。

本発明の画像形成装置は、像担持体の周囲に帯電手段、前記いずれかのラインヘッド、現像手段、転写手段の各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行うことを特徴とする。この構成によれば、タンデム方式の画像形成装置において、階調表現を簡単に行うことができる。

また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持可能に構成された像担持体と、ロータリ現像ユニットと、前記いずれかに記載のラインヘッドとを備え、前記ロータリ現像ユニットは、複数のトナーカートリッジに収納されたトナーをその表面に担持するとともに、所定の回転方向に回転することによって異なる色のトナーを順次前記像担持体との対向位置に搬送し、前記像担持体と前記ロータリ現像ユニットとの間に現像バイアスを印加して、前記トナーを前記ロータリ現像ユニットから前記像担持体に移動させることで、前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成することを特徴とする。この構成によれば、ロータリ方式の画像形成装置において、階調表現を簡単に行うことができる。

本発明の画像形成方法は、主走査方向に配列された複数の発光部からの光束を被走査面に複数の画素を結像させ、その点灯を各画素ごとに個別に制御することによって光書き込みを行うラインヘッドの制御方法であって、
前記複数の画素は、副走査方向に一定の間隔を置いて複数列に配列された複数のサブ画素で構成されており、前記各画素の階調データを形成する段階と、各列に配列された複数のサブ画素のうち、主走査方向に同じ位置をなすｎ個のサブ画素が、被走査面の副走査方向への移動によって重なるように点灯の制御を行う段階と、前記ｎ個のサブ画素の点灯の重ね合わせによって画像の階調を表現する段階と、前記階調値が０〜ｍの値をとるときに、前記ｎ個の各サブ画素が取り得る階調数ｋはｍ未満の数であり、前記ｎ個のサブ画素の点灯開始タイミングを、互いに被走査面上で正確に重なる位置を基準として、各々最小階調値に相当する時間ｔをｎで割った時間ずつずらす段階と、を有することを特徴とする。（ただし、ｋ、ｍ、ｎは自然数である）

本発明のラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置とラインヘッドの制御方法は、次のような特有の効果が得られる。すなわち、複数のサブ画素を重ね合わせて１つの画素を階調露光する場合に、重ね合わせる各サブ画素の階調数を減らすことができるので、階調制御回路や階調データの転送回路が簡素化できる。

本発明の実施形態について、最初に画素の重ね打ちが必要となる背景と画素配列について説明する。有機ＥＬ材料を光源に用いた有機ＥＬラインヘッドにおいては、有機ＥＬ発光材料の単位面積あたりの輝度が低いので１画素の発光パワーを低く押さえざるを得ない事情がある。光量を上げるためには発光部の大きさを大きくすればよいが、発光部からの光束を結像して被走査面にできる結像スポットの大きさも大きくなり、書き込む画像の解像度が低下してしまうことになる。

また、単位面積あたりの輝度の高い材料が得られたとしても、駆動電流が増加し発光素子に加わる電圧も増加する。一方、有機ＥＬ材料を用いた基板には、ガラスなどの透明基板に有機ＥＬ材料を塗布し、発光素子を駆動するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）もガラス基板上に形成することがコストや基板の大きさの観点から望ましい。特に低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）は高速スイッチングが可能であるので、有機ＥＬを光源に用いたラインヘッドに適している。しかしながら、ＬＴＰＳのＴＦＴは耐圧が低いため、上記のように発光部の輝度を上げることは難しいという問題があった。

そこで、これらの問題を解決するために、複数発光部を用いて同じ画素に重ね打ちを行う。例えば、１つの画素に対して２つの発光部で重ね打ちを行う場合には、図１の説明図に示すように、２つの発光部９０を縦（副走査方向）に配列させる。９１は主走査方向に形成される発光素子ラインである。このため、２つの発光部９０、９０からの露光を重ね合わせるためには、２つの発光部の発光タイミングを異ならせる必要がある。よって、この２つの発光部は制御的には独立した２つの画素とみなすことができる。このように被走査面で１つの画素になるように重ねあわされる複数の発光部が作る画素を、本発明の明細書においては「サブ画素」と表現する。

図１の例では、各画素は主走査方向において２５．４ｍｍ（１インチ）当たり６００個、すなわち６００ｄｐｉ（dot per inch）の密度で配列されている。よって、図１で示した１画素のピッチは約４２．３μｍになる。図の丸印は発光部を模式的に表したもので、画素ピッチＰに比べて発光部の直径が大きいので１列に配列できず、奇数／偶数の画素ごとに交互に、すなわち千鳥状に配列されている。本発明の第1の実施形態では、さらに各画素を２つの発光部（サブ画素１Ａ、１Ｂ）で重ね打ちを行っているので、都合４列に発光部が配列されている。なお、発光部の像はＳＬＡなどの結像光学系で被走査面上に投影されるが、光学系の結像性能の制約によって、像の大きさは元の発光部の大きさより大きくなってしまう。

この実施形態では、発光部の輝度を確保するために発光部が大きかったが、被走査面上での像（スポット）を小さくするために発光部の大きさが制限される、などの場合には発光部の大きさは小さくなるので、千鳥配列にする必要はなく図２の説明図に示すように一列に配列できる。この図２の場合でも２つの発光部９０、９０から露光されるサブ画素１Ａ、１Ｂを重ねて露光している。図１と図２は、各画素が２つの発光部９０、９０からの光束を重ねて露光する点では変わりはないので、以下では特に区別せずに説明する。

図１において、発光部９０が形成するサブ画素１Ａと、発光部９０が形成するサブ画素１Ｂは、被走査面上では画素ピッチＰの４倍だけ副走査方向（Ｙ方向）に隔離している。Ｘ方向は主走査方向である。被走査面には、円筒状の感光体などの像担持体が置かれており、副走査方向に速度Ｖで移動する。被走査面で１Ａと１Ｂの画素が重なるためには、サブ画素１Ａが発光してから、４Ｐ／Ｖの時間後にサブ画素１Ｂを発光させればよい。図２の場合には、サブ画素１Ｂを発光させる時間は２Ｐ／Ｖ後になる。

なお、上記の実施形態では、重ね合わせるべき複数列のサブ画素が、副走査方向に画素ピッチの整数倍だけ離れて配置していたが、主走査方向と副走査方向の画素のピッチ（解像度）が異なる場合は、副走査の画素ピッチに対応して間隔を設定すればよい。このように、画素ピッチの整数倍だけサブ画素列の間隔を配置することで、重ね合わせのためのタイミング制御も、副走査方向の画素の書き込みタイミングに同期すればよいので回路構成が容易になる。逆に、必ずしも副走査方向の画素ピッチの整数倍でなくても、適切なタイミングを生成する回路を設けることにより、重ね合わせを行うことは可能である。

次に、図１あるいは図２に示すように、２つの発光部からの光束を重ね打ちして画素を形成する場合の階調制御について説明する。プリンタなどの画像形成装置において、写真などの自然画を表現するためには、各画素に階調を持たせることが望ましい。画素毎に異なる階調値を実現するためには、露光エネルギーを画素毎に変える必要がある。例えば、上記のように６００ｄｐｉの画素密度をもつ画像では、それを露光するラインヘッドにおいても各画素が４ビット、すなわち０〜１５の階調を持つことでできれば、十分な階調画像を記録できる。

ここで図１のサブ画素１Ａ、１Ｂの各々について、４ビットの階調を表現できるように駆動回路を構成し、上記の時間だけずらせて発光させれば、重ね合わせた画素も４ビットの階調が表現できる。しかしながら、この方法では、各サブ画素に対して、重ねてできた画素と同じだけの階調数を制御する回路が必要になる。これに対して、本発明の実施形態においては、重ね合わせるサブ画素１Ａ、１Ｂについては、３ビットの階調を表現できるように制御する。表１に、入力の階調値と重ね合わせるサブ画素１Ａ、１Ｂの階調値への配分の例を示す。

この例では、入力の階調値４ビットに対して、各サブ画素の階調値は３ビットでよいが、各サブ画素は階調値として０〜７の値しか取りえない。このため、２つのサブ画素を重ねても０〜１４の値しか表現できず、入力の階調値４ビットに対して、１階調足りなくなる。表２に示すように階調値を配分すれば、０〜１５の階調が表現できるが、１Ａのサブ画素に関しては、階調値が０〜８の値を取るので３ビットでは足りず４ビットが必要になってしまう。しかしながら、この場合でも各サブ画素１Ａ、１Ｂで必要な階調数は１５階調に比べてはるかに少なくて済むので、階調制御回路を簡素化できる。

以上のように、各画素に対して入力される階調数がｍであって、重ね打ちされるサブ画素の数をｎとすると、元の画素の階調数ｍを表現するのに必要な各サブ画素の階調数ｋは式１で表される。
ｋ＝ｉｎｔ｛（ｍ−１）／ｎ｝＋１ ・・・・・・・（１）
ここで、ｉｎｔ｛ ｝は除算の整数部のみを取り出す関数である。表２の例では、ｍ＝１５、ｎ＝２であるので、ｋ＝｛（１５−１）／２｝＋１＝８となる。

表３は、入力階調値が１６である場合を示している。この場合には、（１）式に当てはめると、ｍ＝１６、ｎ＝２であるので、各サブ画素に必要な階調数ｋは、ｋ＝｛（１６−１）／２｝＋１＝８となる。

各サブ画素（発光部）の階調制御を行うには、各サブ画素の駆動電流を制御するか、発光パルス幅を制御する方法が一般的である。電流を制御する場合には、各サブ画素の電流値を１５段階に制御するよりも、７〜８段階に制御する方が回路が簡単になるのは自明である。また、パルス幅制御の場合も同様であるが、さらに限られた時間を１５パルスに区切るのと、７〜８パルスに区切るのでは制御の基準となるクロック周波数が約半分に低減できるので、回路動作上のメリットが大きい。

図３は、パルス幅制御の例を示す説明図である。図３は、横軸に時間を設定し、重ね合わせを行う各サブ画素１Ａ，１Ｂの発光タイミングを図示したものである。Ｔａは１画素の形成時間である。発光部の配列は、図２の場合を前提としている。先に説明したように、図２においては、重ね合わせるべき２つのサブ画素１Ａ、１Ｂは、２画素ピッチ分だけ副走査方向にずれているので、パルスの位置は２Ｐ／Ｖ時間だけずれている。

図３の例では、サブ画素１Ａの階調値が４（Ｋ４）で、サブ画素１Ｂの階調値が３（Ｋ３）であるので、表１あるいは表２によって重ね合わせた画素の階調値は７になる。図３は、実際のタイミングをあらわしているが、被走査面上での重ね合わせの様子がわかりにくいので、一方のサブ画素を２Ｐ／Ｖだけずらして図上で重なるようにし、さらに横軸を拡大して表示したのが図４の特性図である。

図４は階調値７の例を示しているが、階調値を１、２、３と順次増加させたときのパルスの形状を図５〜図７の特性図に示す。Ｔｂ〜Ｔｄは１画素の形成時間である。図５から図６に示すように、階調値が１増えるとき（Ｋ０からＫ１）は、全く同じ位置にパルスが打ち込まれる。これに対して、図６から図７に示すように、入力階調値が２から３に増えるような場合には、新たな場所までパルスが伸びる。時間軸上での発光位置はそのまま被走査面上での露光エネルギーの分布に反映されるので、階調値が１から２に増えるときと、２から３に増えるときでは、露光エネルギーの分布の広がり方、あるいはその重心の移動のしかたが同じではない。

これに対して、サブ画素１Ｂの発光タイミングをサブ画素１Ａに対して最小階調に相当する時間の半分だけずらすと、図８（Ｋ１、Ｋ１ａ）、図９（Ｋ１ａ、Ｋ２）のように発光する。Ｔｅ、Ｔｆは１画素の形成時間である。このように制御することによって、サブ画素１Ａとサブ画素１Ｂが交互にかつ均等にパルス位置が変化していくことになるので、より階調性が滑らかになる。あるいはサブ画素１Ｂの基板上での位置を階調値の最小値の半分に相当する位置だけずらしても、タイミングをずらすのと同様な結果を得ることができる。

図１０は、上記実施例を実現する制御部のブロック図である。次に図１０を説明する。なお、本発明の主要部であるヘッド制御にかかわらない部分は省略してある。プリンタ７１に対して、外部のホストコンピュータなどから印刷すべき画像データや、図形、文字を定義した印刷コマンド列などのデータＤａが送出される。印刷コマンド列は、プリンタコントローラ７２で解釈され、外部から送られた画像データと合わせて２次元の画像データに展開される。この画像データに対して、位置や大きさの変換、カラーの場合はプリンタの持っている現像剤の色（多くの場合、シアン、マゼンタ、イエロー）への変換、網点や万線などの階調スクリーン処理が行われ、ラインヘッドの各画素の階調データに変換されて、デ０タＤｂがヘッド制御回路７３に送られる。

ヘッド制御回路７３には、階調制御回路７５、７６が設けられている。また、ラインヘッド１０１には、シフトレジスタ７７、７８、サブ画素１Ａ、１Ｂの駆動回路７９、８０、が設けられている。階調制御回路７５、７６のＡ、Ｂの付記は、シフトレジスタ７７、７８のＡ、Ｂの付記と対応しており、このＡ、Ｂはサブ画素１Ａ、１Ｂと対応している。例えば、階調制御回路７５からの階調データＳａはシフトレジスタ７７で転送されて、駆動回路７９に出力され、駆動回路７９はサブ画素１Ａを制御する。サブ画素１Ｂも同様に階調データＳｂに基づき制御される。

本発明の実施形態では、副走査方向に距離をおいて複数列に配列されたサブ画素を重ね合わせて被走査面上では１つの画素を露光するので、各列のサブ画素（発光部）の点灯タイミングを被走査面の移動速度に合わせて制御する必要がある。この制御を行う回路を設ける個所は、図１０において、（Ｉ）ヘッド制御回路７３、（ＩＩ）プリンタコントローラ７２、（ＩＩＩ）ラインヘッド１０１の３つが選択可能である。

（Ｉ）ヘッド制御回路７３でタイミング制御を行う方法
ヘッド制御回路７３内では、表１〜表３に示したように、元の画像の画素毎の階調データを重ね合わせる２つのサブ画素１Ａ、１Ｂの階調値に振り分ける処理を行う。図１０の例では、ヘッド内に階調制御回路７５、７６を有するので、重ね打ちを行う２列のサブ画素１Ａ、１Ｂに対応して、２系列の転送線を用いてヘッド制御回路からラインヘッド１０１へ階調データＳａ、Ｓｂを転送している。ヘッド内では、シフトレジスタ７７、７８により２列の各サブ画素１Ａ、１Ｂに対応する階調データが転送される。

図２のようにサブ画素１Ａ、１Ｂが配列されている場合には、Ａ列とＢ列では副走査方向に２画素分だけずれている。このため、重ね合わせを行うためには、元の２次元画像データの２画素分だけずれた画素の階調データを転送する必要がある。この処理を行うためには、プリンタコントローラ７２から順次送られる階調データを、ヘッド制御回路７３内で画素（ライン）の階調データをバッファメモリなどに一時保存する。そして、Ｂ列の階調データは３列分を保存して、２列分の露光が経過した時点でヘッド側に送り出せばよい。

この方法は、以下に述べる（ＩＩ）あるいは（ＩＩＩ）の方法に比べて、重ね合わせに伴うタイミング処理をヘッド制御回路７３で行うので、重ね合わせ関する仕様を変更する場合も、ヘッド制御基板のみを変更すればよい。このため、プリンタコントローラ７２あるいはラインヘッド１０１には影響が及ばないので、汎用性を高めることができる。

（ＩＩ）プリンタコントローラ７２でタイミング制御を行う方法
プリンタコントローラ７２でタイミング制御を行うには、プリンタコントローラ７２から階調データを出力する時点で、元の２次元画像の読み出す列をＡ列に送り出すデータと、Ｂ列に送り出すデータとで２列分ずらす方法もある。この方法では、ヘッド制御回路７３にバッファメモリなどが不要となるが、プリンタコントローラ７２の回路構成がラインヘッド１０１のサブ画素配列に応じて専用となるので、汎用性が失われるという問題がある。またこの場合は、独立してヘッド制御回路７３を設けずに、プリンタコントローラ７２にその機能を持たせることが可能になるので、電子回路としてはコストダウンを行えると言う利点がある。

（ＩＩＩ）ラインヘッド１０１でタイミング制御を行う方法
以上とは逆に、重ね合わせのための階調データのタイミングをずらす処理をラインヘッド１０１側で行うことも可能である。この場合は、ラインヘッド１０１の内部に、上記で説明した一時保存のバッファメモリを設けて、Ｂ列の階調データのみ２画素（ライン）分遅延して処理を行うことになる。このようにすれば、ラインヘッド１０１の回路規模が大きくなるので、コストや大きさの面で不利である。しかしながら、重ね合わせに伴う処理をラインヘッド１０１の中で完結させることができるので、外部からは、あたかも重ね合わせ処理の必要のない通常のラインヘッド１０１として制御できると言う利点がある。

以上に説明した例では、ラインヘッド１０１は１つしか設けられていなかった。後述する４色の画像を同時に形成するタンデム方式のカラープリンタでは、４つのラインヘッドが設けられ、プリンタコントローラ７２からは４色に分解された階調データが転送される。

図１０で説明した実施形態では、階調制御回路７３、７４がラインヘッド１０１に内蔵されており、ヘッド制御回路７３からラインヘッド１０１に対しては各サブ画素の階調値が転送されていた。しかしながら、階調制御回路７３、７４は、電流制御の場合でも、パルス幅制御の場合でも、一定の規模の回路が必要になってしまう。特に、発光部の駆動が時分割ではなく、全発光部が同時に点灯するようなスタティック駆動の場合には、サブ画素の数だけ階調制御回路が必要となるので、非常に回路規模が大きくなってしまう。

このように、回路規模が大きくなるので、コストが上昇するのみならず、ラインヘッドの回路基板の面積が増大してラインヘッドの小型化が困難になる。また、有機ＥＬ素子を用いてガラス基板上に回路を形成する場合には、同じガラス基板上にＴＦＴ回路で階調制御回路を形成することが望ましいが、ＴＦＴの動作速度や微細化の制約などから難しい。

そこで、ラインヘッドには単なる２値の駆動回路のみを設け、階調制御をヘッド制御基板で行う方法が考えられる。このような実施形態を図１１のブロック図に示す。図１１においては、階調制御回路７５、７６をヘッド制御回路７３に設けている。例えば、表２の階調制御をパルス幅制御で行う場合には、１画素時間を８分割して、重ね合わせるＡ列、Ｂ列に属する各サブ画素の点灯時間幅を、図３〜図９に示したように制御する。すなわち、２値の点灯制御を１画素時間の間で８回行うことになる。

本実施形態では、ラインヘッド１０１には、各サブ画素（発光部）の点灯／非点灯を制御する駆動回路しか設けられていない。これに対して、ヘッド制御回路７３では、分割された各サブ画素の階調値に応じて、８回の点灯サイクルの何回目を点灯させるかを制御して、階調のパルス幅制御を行う。例えば、図４の例では、サブ画素１Ａは、分割された１回目から４回目までは点灯し、それ以後は消灯する。同様に、サブ画素１Ｂは１回目から３回目までは点灯し、それ以後は消灯する。

このように構成することで、ラインヘッドの回路構成を極めて簡素化できる。また、４つのラインヘッドを使用するタンデム方式のカラープリンタでは、４つのラインヘッドの階調制御回路を１つのヘッド制御基板にまとめることができるので、ヘッド側の回路を簡素化することによるコストダウン効果が大きい。

以上で述べた実施形態では、２つのサブ画素を重ね合わせて画素を露光していたが、２つ以上の数であってもよい。図１２は、４つのサブ画素を重ね合わせて露光する場合のサブ画素（発光部９０）１Ａ〜１Ｄの配置を示す説明図である。表３で示したのと同様に、重ね合わせてできる画素の階調数（入力階調値）が１６のときの各サブ画素の階調値への配分を表４に示す。（１）式に当てはめると、ｍ＝１６、ｎ＝４であるので、ｋ＝４となる。

図１２でわかるように、サブ画素１Ａからサブ画素１Ｄまでは、副走査方向に画素ピッチの６倍離れているので、それに相当する時間だけ露光タイミングを遅延させる必要がある。また、ヘッド制御回路やラインヘッド内で階調データを一時保存する場合には、その６画素（ライン）分の階調データを保持できる。

図１３は、図１２の例の特性図である。この実施形態においては、入力階調値が５の場合に、各サブ画素１Ａ〜１Ｄの点灯パルスを示している。図１３においても、図４以下で説明したのと同様に、各サブ画素の副走査方向の位置に起因する、２画素ピッチ分のタイミングの差は示していない。Ｔｇは１画素の形成時間である。

図１３では、図３の場合と同様に、１Ａ〜１Ｄの各サブ画素の点灯タイミング（Ｋ１、Ｋ２）は被走査面上で正確に重なるようになっている。しかしながら、このように制御すると、図４〜図９で説明したように、階調値の増加に伴う被走査面上での露光エネルギーの増加の様子が不均一になる。そこで、図１４の特性図に示すように、各サブ画素の発光タイミング（Ｋ１ａ、Ｋ１ｂ、Ｋ１ｃ、Ｋ２）を各画素の階調値の割り当て順序に応じて、階調パルス幅の１／４ずつずらすとよい。Ｔｈは１画素の形成時間である。

図１０あるいは図１１のブロック図において、ヘッド制御回路の機能をプリンタコントローラ７２に与えて、基板としては一体化することも可能である。その場合には、回路基板のコストと大きさを削減することが可能となる。また、図１０または図１１において、プリンタコントローラ７２の一部あるいは大部分の機能を、ＰＣなどのホストコンピュータ上でソフトウエアで実現することも可能である。その場合には、ホストコンピュータの処理能力が要求されるが、近年ではＰＣの処理能力が向上しているので問題はない。この場合、プリンタコントローラ７２をなくすか簡素化できるので、やはり基板の小型化とコストダウンに寄与できる。

さらに図１０あるいは図１１のブロック図において、ヘッド制御基板からラインヘッドへの階調値の転送方法は様々な方式が適用できる。具体的には、階調値をパラレルで転送してもシリアルで転送しても良い。

発光素子として、有機ＥＬ素子を用いる場合には、本発明の実施形態においては発光部の直径を小さくしなくてよいので、発光部の光パワーを大きく取ることができる。このため、発光効率の高くない有機ＥＬ材料でも使用可能となる。本発明では、通常のラインヘッドに比べて高密度に露光画素を配するので、画素の数は飛躍的に増加する。従来用いられてきたＬＥＤを光源とするラインヘッドに本発明を適用することも可能であるが、多数のＬＥＤが設けられたＬＥＤアレイチップを基板上に位置精度よく実装し、かつ通常より画素数が多いためにチップと基板を接続するボンディングの数も増加するため、製造が難しくなる。

これに対して有機ＥＬ素子を光源に用いる場合には、ガラス基板上に１度に多数の画素を高密度かつ高精度に形成できるので本発明の実施形態として最適である。また、本発明では、画素毎の階調制御回路や光量補正回路が必要なく、各画素の点灯／消灯を制御するだけの駆動回路でよいので、回路構成が簡単になり、発光部と同一のガラス基板上に薄膜トランジスタで駆動回路を作ることが容易になる。薄膜トランジスタは、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、高温ポリシリコン、有機トランジスタなど種種のものが利用できる。

本発明のラインヘッドは、画素数が極めて多いので、画素をいくつかの群に分けて、時分割駆動を行うことも有用である。また、本発明の光源（露光画素）として、有機ＥＬ素子の他にも、本発明の実施形態においては、光源（露光画素）として、例えば、ＬＥＤ、蛍光管、各種シャッターアレイなどを適用することが可能である。

本発明の実施形態においては、４つの感光体に４つのラインヘッドで露光し、４色の画像を同時に形成し、１つの無端状中間転写ベルト（中間転写媒体）に転写する、タンデム式カラープリンター（画像形成装置）に用いるラインヘッドを対象としている。図１５は、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたタンデム式画像形成装置の一例を示す縦断側面図である。この画像形成装置は、同様な構成の４個の有機ＥＬ素子アレイ露光ヘッド１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙを、対応する同様な構成である４個の感光体ドラム（像担持体）４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙの露光位置にそれぞれ配置したものであり、タンデム方式の画像形成装置として構成されている。

図１５に示すように、この画像形成装置は、駆動ローラ５１ｘと従動ローラ５２とテンションローラ５３が設けられており、テンションローラ５３によりテンションを加えて張架されて、図示矢印方向（反時計方向）へ循環駆動される中間転写ベルト（中間転写媒体）５０を備えている。この中間転写ベルト５０に対して所定間隔で配置された４個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。

前記符号の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは、中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動される。各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電させる帯電手段（コロナ帯電器）４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電させられた外周面を感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して順次ライン走査する本発明の上記のような有機ＥＬ素子アレイ露光ヘッド（ラインヘッド）１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）が設けられている。

また、この有機ＥＬ素子露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト５０に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、転写された後に感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とを有している。

ここで、各有機ＥＬ素子アレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、有機ＥＬ素子アレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のアレイ方向が感光体ドラム４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の母線に沿うように設置される。そして、各有機ＥＬ素子アレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の発光エネルギーピーク波長と、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の感度ピーク波長とは略一致するように設定されている。

現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押厚させることにより、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。

このような４色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写され、中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の記録媒体Ｐに二次転写され、定着部である定着ローラ対６１を通ることで記録媒体Ｐ上に定着され、排紙ローラ対６２によって、装置上部に形成された排紙トレイ６８上へ排出される。

なお、図１５中、６３は多数枚の記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット、６４は給紙カセット６３から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ、６５ｘは二次転写ローラ６６の二次転写部への記録媒体Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６６は中間転写ベルト５０との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、６９は二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。

図１６は、像書込手段１０１を拡大して示す概略の斜視図である。図１６において、有機ＥＬ素子アレイ８１は、長尺のハウジング８０中に保持されている。長尺のハウジング８０の両端に設けた位置決めピン８９をケースの対向する位置決め穴に嵌入させると共に、長尺のハウジング８０の両端に設けたねじ挿入孔８８を通して固定ねじをケースのねじ穴にねじ込んで固定することにより、各像書込手段１０１が所定位置に固定される。

像書込手段１０１は、ガラス基板８２上に有機ＥＬ素子アレイ８１の発光素子（有機ＥＬ素子）８３を載置し、同じガラス基板８２上に形成された駆動回路８１により駆動される。屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）６５は結像光学系を構成し、発光素子８３の前面に配置される屈折率分布型ロッドレンズ８４を俵積みしている。ロッドレンズアレイ８５には、前記のような「セルフォックレンズアレイ」（略称ＳＬＡ、日本板硝子株式会社の商標名）が多用されている。

有機ＥＬ素子アレイ８１から射出された光ビームは、ＳＬＡ６５により等倍正立像として被走査面に結像する。このように、ガラス基板８２上に有機ＥＬ素子８３を配列しているので、発光素子の光量を損なうことなく像担持体に照射することができる。また、有機ＥＬ素子は静的な制御が可能であるので、ラインヘッドの制御系を簡略化できる。本発明においては、図１５、図１６に示されたようなタンデム方式の画像形成装置において、階調表現を簡略な手段で実現できる。

図１７は、異なる画像形成装置の縦断側面図である。図１７において、画像形成装置１６０には主要構成部材として、ロータリ構成の現像装置１６１、像担持体として機能する感光体ドラム１６５、有機ＥＬアレイが設けられている像書込手段（ラインヘッド）１６７、中間転写ベルト１６９、用紙搬送路１７４、定着器の加熱ローラ１７２、給紙トレイ１７８が設けられている。

現像装置１６１は、現像ロータリ１６１ａが軸１６１ｂを中心として矢視Ａ方向に回転する。現像ロータリ１６１ａの内部は４分割されており、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色の像形成ユニットが設けられている。１６２ａ〜１６２ｄは、前記４色の各像形成ユニットに配置されており、矢視Ｂ方向に回転する現像ローラ、１６３ａ〜１６３ｄは、矢視Ｃ方向に回転するトナ−供給ローラである。また、１６４ａ〜１６４ｄはトナーを所定の厚さに規制する規制ブレードである。

１６５は、前記のように像担持体として機能する感光体ドラム、１６６は一次転写部材、１６８は帯電器、１６７は像書込手段で有機ＥＬアレイが設けられている。感光体ドラム１６５は、図示を省略した駆動モータ、例えばステップモータにより現像ローラ１６２ａとは逆方向の矢視Ｄ方向に駆動される。中間転写ベルト１６９は、従動ローラ１７０ｂと駆動ローラ１７０ａ間に張架されており、駆動ローラ１７０ａが前記感光体ドラム１６５の駆動モータに連結されて、中間転写ベルトに動力を伝達している。当該駆動モータの駆動により、中間転写ベルト１６９の駆動ローラ１７０ａは感光体ドラム１６５とは逆方向の矢視Ｅ方向に回動される。

用紙搬送路１７４には、複数の搬送ローラと排紙ローラ対１７６などが設けられており、用紙を搬送する。中間転写ベルト１６９に担持されている片面の画像（トナー像）が、二次転写ローラ１７１の位置で用紙の片面に転写される。二次転写ローラ１７１は、クラッチにより中間転写ベルト１６９に離当接され、クラッチオンで中間転写ベルト１６９に当接されて用紙に画像が転写される。

上記のようにして画像が転写された用紙は、次に、定着ヒータＨを有する定着器で定着処理がなされる。定着器には、加熱ローラ１７２、加圧ローラ１７３が設けられている。定着処理後の用紙は、排紙ローラ対１７６に引き込まれて矢視Ｆ方向に進行する。この状態から排紙ローラ対１７６が逆方向に回転すると、用紙は方向を反転して両面プリント用搬送路１７５を矢視Ｇ方向に進行する。１７７は電装品ボックス、１７８は用紙を収納する給紙トレイ、１７９は給紙トレイ１７８の出口に設けられているピックアップローラである。用紙搬送路において、搬送ローラを駆動する駆動モータは、例えば低速のブラシレスモータが用いられる。また、中間転写ベルト１６９は色ずれ補正などが必要となるのでステップモータが用いられている。これらの各モータは、図示を省略している制御手段からの信号により制御される。

図の状態で、イエロー（Ｙ）の静電潜像が感光体ドラム１６５に形成され、現像ローラ６２ａに高電圧が印加されることにより、感光体ドラム１６５にはイエローの画像が形成される。イエローの裏側および表側の画像がすべて中間転写ベルト１６９に担持されると、現像ロータリ１６１ａが矢視Ａ方向に９０度回転する。中間転写ベルト１６９は１回転して感光体ドラム１６５の位置に戻る。次にシアン（Ｃ）の２面の画像が感光体ドラム１６５に形成され、この画像が中間転写ベルト１６９に担持されているイエローの画像に重ねて担持される。以下、同様にして現像ロータリ１６１の９０度回転、中間転写ベルト１６９への画像担持後の１回転処理が繰り返される。

４色のカラー画像担持には中間転写ベルト１６９は４回転して、その後に更に回転位置が制御されて二次転写ローラ１７１の位置で用紙に画像を転写する。給紙トレイ１７８から給紙された用紙を搬送路１７４で搬送し、二次転写ローラ１７１の位置で用紙の片面に前記カラー画像を転写する。片面に画像が転写された用紙は前記のように排紙ローラ対１７６で反転されて、搬送径路で待機している。その後、用紙は適宜のタイミングで二次転写ローラ１７１の位置に搬送されて、他面に前記カラー画像が転写される。ハウジング１８０には、排気ファン１８１が設けられている。本発明においては、図１７に示されたようなロータリ方式の画像形成装置において、階調表現を簡略な手段で実現できる。

以上、本発明のラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置とラインヘッドの制御方法について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドのブロック図である。 本発明にかかるラインヘッドのブロック図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明にかかるラインヘッドの特性図である。 本発明の実施形態を示す画像形成装置の縦断側面図である。 本発明にかかるラインヘッドの斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す画像形成装置の縦断側面図である。

符号の説明

１…画像形成装置、６…画像形成ユニット、９…転写ベルトユニット、１６…中間転写ベルト、１７…クリーニング手段、２０…像担持体、２１…一次転写部材、２２…帯電手段、２３…像書込手段（ラインヘッド）、２４…現像手段、３３…現像ローラ、６０…ハウジング（ホルダ）、６２…基板、６３…画像形成用の発光素子、６５…屈折率分布型ロッドレンズアレイ（ＳＬＡ）、７２…プリンタコントローラ、７３…ヘッド制御回路、７５、７６…階調制御回路、７７、７８…シフトレジシタ、７９、８０…駆動回路、８４…屈折率分布型ロッドレンズ、９０…露光画素、９１…発光素子ライン、１０１…ラインヘッド

Claims (8)

1. 主走査方向に配列された複数の発光部からの光束を被走査面に複数の画素を結像させ、その点灯を各画素ごとに個別に制御することによって光書き込みを行うラインヘッドであって、
   前記複数の画素は、副走査方向に一定の間隔を置いて複数列に配列された複数のサブ画素で構成されており、各列に配列された複数のサブ画素のうち、主走査方向に同じ位置をなすｎ個のサブ画素が、被走査面の副走査方向への移動によって重なるように点灯の制御を行い、ｎ個のサブ画素の点灯の重ね合わせによって画像の階調を表現し、前記階調値が０〜ｍの値をとるときに、前記ｎ個の各サブ画素が取り得る階調数ｋはｍ未満の数であり、
   前記ｎ個のサブ画素の点灯開始タイミングが、互いに被走査面上で正確に重なる位置を基準として、各々最小階調値に相当する時間ｔをｎで割った時間ずつずらしてあること、
   を特徴とする、ラインヘッド。（ただし、ｋ、ｍ、ｎは自然数である）
2. 前記ｋは、以下の数であることを特徴とする、請求項１に記載のラインヘッド。
   ｋ＝ｉｎｔ（（ｍ−１）／ｎ）＋１
   ただし、ｉｎｔ（ ）は除算の整数部のみを取り出す関数である。
3. 前記階調の制御は、各発光部の駆動電流の制御であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のラインヘッド。
4. 前記階調の制御は、各発光部の駆動パルス幅の制御であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のラインヘッド。
5. 前記光源は、有機ＥＬ素子で構成されることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のラインヘッド。
6. 像担持体の周囲に帯電手段と、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
7. 静電潜像を担持可能に構成された像担持体と、ロータリ現像ユニットと、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のラインヘッドとを備え、前記ロータリ現像ユニットは、複数のトナーカートリッジに収納されたトナーをその表面に担持するとともに、所定の回転方向に回転することによって異なる色のトナーを順次前記像担持体との対向位置に搬送し、前記像担持体と前記ロータリ現像ユニットとの間に現像バイアスを印加して、前記トナーを前記ロータリ現像ユニットから前記像担持体に移動させることで、前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成することを特徴とする画像形成装置。
8. 主走査方向に配列された複数の発光部からの光束を被走査面に複数の画素を結像させ、その点灯を各画素ごとに個別に制御することによって光書き込みを行うラインヘッドの制御方法であって、
   前記複数の画素は、副走査方向に一定の間隔を置いて複数列に配列された複数のサブ画素で構成されており、前記各画素の階調データを形成する段階と、各列に配列された複数のサブ画素のうち、主走査方向に同じ位置をなすｎ個のサブ画素が、被走査面の副走査方向への移動によって重なるように点灯の制御を行う段階と、前記ｎ個のサブ画素の点灯の重ね合わせによって画像の階調を表現する段階と、前記階調値が０〜ｍの値をとるときに、前記ｎ個の各サブ画素が取り得る階調数ｋはｍ未満の数であり、
   前記ｎ個のサブ画素の点灯開始タイミングを、互いに被走査面上で正確に重なる位置を基準として、各々最小階調値に相当する時間ｔをｎで割った時間ずつずらす段階と、を有することを特徴とする、ラインヘッドの制御方法。（ただし、ｋ、ｍ、ｎは自然数である）

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