JP5568912B2 - 発光素子ヘッドの特性計測装置および発光素子ヘッドの光量補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子ヘッド、画像形成装置、発光素子ヘッドの特性計測装置、発光素子ヘッドの光量補正方法に関する。

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、画像情報を光記録手段によって照射することにより静電潜像を得た後、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することによって画像形成が行なわれる。かかる光記録手段として、レーザを用いて主走査方向にレーザ光を走査させて露光する光走査方式の他、近年では、ＬＥＤ(Light Emitting Diode：発光ダイオード)アレイ光源を主走査方向に多数、配列してなるＬＥＤヘッドを用いた光記録手段が採用されている。

特許文献１には、ライン状に配列された複数のＬＥＤ各々の光量を補正するための光量補正データであって、感光体ドラムの入射光角度依存性に対応して生成された光量補正データを格納したＥＥＰＲＯＭと、ＥＥＰＲＯＭに格納された光量補正データに基づいて、ＬＥＤの光量を補正して発光させる信号発生回路とを含み、ＥＥＰＲＯＭに格納された光量補正データは、感光体ドラムの入射光角度依存性と略等しい入射光角度依存性を有する拡大光学系とラインＣＣＤとを含むセンサ系により測定された光量データに基づいて生成されるプリントヘッドの特性計測装置が開示されている。

特開２００７−８６０２２号公報

ここで、例えば、感光体ドラムの感光体の入射光角度依存性に変化があった場合においても、正確な光量補正データを得ることが望まれる。
本発明は、各発光素子の光量補正データをより正確に得ることができ、発光光量のばらつきが少ない発光素子ヘッド等を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の発光素子が主走査方向に列状に配された発光素子アレイを有する発光素子ヘッドの当該発光素子から出射された光を透過させ、当該発光素子アレイの光出力により露光される感光体の屈折率と同程度の屈折率を有する透過部材と、前記透過部材を透過した光を拡散する拡散部材である積分球と、前記積分球により拡散された光の光量を前記発光素子の光量を補正するための光量補正値を算出するために測定する光量測定手段と、を備えることを特徴とする発光素子ヘッドの特性計測装置である。

請求項２に記載の発明は、前記光量測定手段は、電荷結合素子により光電変換された電荷をフルビニング処理して読み出すことで前記光量を測定することを特徴とする請求項１に記載の発光素子ヘッドの特性計測装置である。
請求項３に記載の発明は、前記光量測定手段は、前記発光素子ヘッドの光軸に対し２０度以下の角度で前記積分球に入射する光の一次反射光を入射させない位置に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子ヘッドの特性計測装置である。

請求項４に記載の発明は、複数の発光素子が主走査方向に列状に配された発光素子アレイを有する発光素子ヘッドの当該発光素子から出射された光を集光し、集光された光を前記発光素子アレイの光出力により露光される感光体の屈折率と同程度の屈折率を有する透過部材を通して透過させ、前記透過部材を透過した光を拡散部材である積分球により拡散させ、前記積分球により拡散した光の光量を測定し、測定された前記光量から前記発光素子の光量を補正するための光量補正値を算出し、前記光量補正値から前記発光素子の光量を補正することを特徴とする発光素子ヘッドの光量補正方法である。

請求項１の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、光学系の収差の影響や迷光の影響をより受けにくい発光素子ヘッドの物性計測ができる。また本構成を採用しない場合に比較して、より簡易な方法で光を拡散することができる。
請求項２の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、より高精度に光量を測定することができる。
請求項３の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、光学系の収差の影響や迷光の影響をより低減することができる。
請求項４の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、各発光素子の光量補正をより正確に行なうことができる。

本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成の一例を示した図である。 本実施の形態が適用される発光素子ヘッドの構成を示した図である。 発光素子ヘッドにおける回路基板および発光部の上面図である。 回路基板上に形成されている配線図を示した図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される発光チップの構造を説明した図である。 自己走査型発光素子アレイ（ＳＬＥＤ）チップである発光チップの回路構成を説明するための図である。 信号発生回路およびレベルシフト回路から出力される駆動信号を示すタイミングチャートである。 信号発生回路の構成を示すブロック図である。 基準クロック発生部の構成を説明するブロック図である。 点灯時間制御・駆動部の構成を説明するブロック図である。 特性計測装置の構成を示した図である。 ＣＣＤボードについて説明した図である。 フルビニング処理について説明した図である。 光量補正値データを生成する際の処理の流れを示すフローチャートである。 補正特性値を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜画像形成装置の説明＞
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成の一例を示した図である。
図１に示す画像形成装置１は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置である。この画像形成装置１は、各色の画像データに対応して画像形成を行な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、例えば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、これらから受信され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を備えている。

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を備えている。この画像形成ユニット１１は、トナー像形成手段の一例である４つの画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋから構成されている。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像保持体の一例としての感光体ドラム１２、感光体ドラム１２の表面に塗布された感光体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によって帯電された感光体を露光し静電潜像を形成する発光素子ヘッド１４、発光素子ヘッド１４によって形成された静電潜像を現像する現像手段の一例としての現像器１５を備えている。ここで、各画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、現像器１５に収納されたトナーを除いて、構成に違いはない。そして、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋは、それぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）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媒体の一例としての記録用紙に多重転写させるために、この記録用紙を搬送する用紙搬送ベルト２１と、用紙搬送ベルト２１を駆動させるロールである駆動ロール２２と、感光体ドラム１２のトナー像を記録用紙に転写させる転写手段の一例としての転写ロール２３と、記録用紙にトナー像を定着させる定着手段の一例としての定着器２４とを備えている。

この画像形成装置１において、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の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（ＰＣ）２や画像読取装置３から受信された画像データは、画像処理部４０によって画像処理が施され、画像形成ユニット１１に供給される。そして、例えば黒（Ｋ）色の画像形成ユニット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発光する発光素子ヘッド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（Ｋ）色画像に関する静電潜像が形成される。そして、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（Ｋ）色のトナー像が形成される。同様に、画像形成ユニット１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃにおいても、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色トナー像が形成される。

各画像形成ユニット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。
その後、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によって熱およ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。

＜発光素子ヘッドの説明＞
図２は、本実施の形態が適用される発光素子ヘッド１４の構成を示した図である。この発光素子ヘッド１４は、ハウジング６１、発光素子として複数のＬＥＤを備えた発光素子アレイ６３、発光素子アレイ６３や発光素子アレイ６３を駆動する信号発生回路１００（後述の図３参照）等を搭載する回路基板６２、発光素子アレイ６３から出射された光出力を集光して感光体ドラム１２表面に結像させる光学素子の一例としてのロッドレンズ（径方向屈折率分布型レンズ）アレイ６４を備えている。

ハウジング６１は、例えば金属で形成され、回路基板６２およびロッドレンズアレイ６４を支持し、発光素子アレイ６３の発光点とロッドレンズアレイ６４の焦点面とが一致するように設定されている。また、ロッドレンズアレイ６４は、感光体ドラム１２の軸方向（主走査方向）に沿って配置されている。

＜発光素子アレイの説明＞
図３は、発光素子ヘッド１４における回路基板６２および発光素子アレイ６３の上面図である。
図３に示すように、発光素子アレイ６３は、回路基板６２上に、６０個の発光素子アレイチップの一例としての発光チップＣ（Ｃ１〜Ｃ６０）を、主走査方向に二列に向かい合わせて千鳥状に配置して構成されている。さらに、前述したように、回路基板６２は、発光素子アレイ６３を駆動する信号発生回路１００を搭載している。

図４は、回路基板６２上に形成されている配線図を示した図である。図４に示したように、回路基板６２上には、発光チップＣ（Ｃ１〜Ｃ６０）に電力を供給する＋３．３Ｖの電源ライン１０５および接地（ＧＮＤ）された電源ライン１０６、信号発生回路１００から発光チップＣに対して点灯信号φＩ（φＩ１〜φＩ５８）を送信する信号ライン１０７（１０７_１〜１０７_５８）、転送信号ＣＫ１（ＣＫ１_１〜１_６）を送信する信号ライン１０８（１０８_１〜１０８_６）、転送信号ＣＫ２（ＣＫ２_１〜２_６）を送信する信号ライン１０９（１０９_１〜１０９_６）が配線されている。
そして、各発光チップＣには、信号ライン１０７を介して、各発光チップＣに対する点灯信号φＩが入力される。また、信号ライン１０８を介して転送信号ＣＫ１（ＣＫ１_１〜１_６）、信号ライン１０９を介して転送信号ＣＫ２（ＣＫ２_１〜２_６）がそれぞれ各発光チップＣに入力される。

＜発光素子アレイチップの説明＞
図５（ａ）〜（ｂ）は、本実施の形態が適用される発光チップＣの構造を説明した図である。
図５（ａ）は、発光チップＣをＬＥＤの光が出射する方向から見た図である。また図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面図である。
発光チップＣには、基板８０の両側にボンディングパッド８１が配され、また両側のボンディングパッド８１に挟まれる領域には、ＬＥＤ８２が直線状に等間隔で列状に配されている。そして、それぞれのＬＥＤ８２には光が出射する側にマイクロレンズ８３が形成されている。このマイクロレンズ８３は、ＬＥＤ８２から出射した光を集光し、感光体ドラム１２（図２参照）に対して、効率よく光を入射させることができる。
このマイクロレンズ８３は、光硬化性樹脂等の透明樹脂からなり、より効率よく光を集光するためその表面は非球面形状をとることが好ましい。また、マイクロレンズ８３の大きさ、厚さ、焦点距離等は、使用されるＬＥＤ８２の波長、使用される光硬化性樹脂の屈折率等により決定される。

＜自己走査型発光素子アレイチップの説明＞
なお、本実施の形態では、発光チップＣとして例示した発光素子アレイチップとして自己走査型発光素子アレイ（ＳＬＥＤ：Self-Scanning Light Emitting Device）チップを使用するのが好ましい。自己走査型発光素子アレイチップは、発光素子アレイチップの構成要素としてｐｎｐｎ構造を持つ発光サイリスタを用い、発光素子の自己走査が実現できるように構成したものである。

図６は、自己走査型発光素子アレイ（ＳＬＥＤ）チップである発光チップＣの回路構成を説明するための図である。なお、ここでは、発光チップＣ１を例として説明を行うが、他の発光チップＣ２〜Ｃ６０も発光チップＣ１と構成に違いはない。

本実施の形態の発光チップＣ１は、レベルシフト回路１０４を介して信号発生回路１００に接続されている。レベルシフト回路１０４は、抵抗Ｒ１ＢとコンデンサＣｏ１、および抵抗Ｒ２ＢとコンデンサＣｏ２がそれぞれ並列に配置された構成を有し、それぞれの一端が発光チップＣ１の入力端子に接続され、他端が信号発生回路１００の出力端子に接続されている。そして、信号発生回路１００から出力される転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃに基づいて、転送信号ＣＫ１および転送信号ＣＫ２を発光チップＣ１に出力するように構成されている。

図６に示したように、発光チップＣ１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ＬＥＤＬ１〜Ｌ１２８、１２８個のダイオードＤ１〜Ｄ１２８、１２８個の抵抗Ｒ１〜Ｒ１２８、さらには信号ライン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。なおここでＬＥＤＬ１〜Ｌ１２８は、図５で説明を行なったＬＥＤ８２に対応する。
なお、ここでは、ＬＥＤＬ１〜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チップＣ１では、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１０５に接続されている。この電源ライン１０５には電源電圧ＶＤＤ（ＶＤＤ＝＋３．３Ｖ）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、信号発生回路１００からレベルシフト回路１０４および転送電流制限抵抗Ｒ１Ａを介して転送信号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、信号発生回路１００からレベルシフト回路１０４および転送電流制限抵抗Ｒ２Ａを介して転送信号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１０６に各々接続されている。なお、電源ライン１０６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ＬＥＤＬ１〜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Ｄ１〜Ｄ１２８はゲート端子Ｇ１〜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およびレベルシフト回路１０４を介して信号発生回路１００に接続され、転送信号ＣＫ２が送信される。また、ＬＥＤＬ１〜Ｌ１２８のカソード端子は、信号発生回路１００に接続されて、点灯信号φＩが送信される。

さらには、発光チップＣ１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５０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１２を露光することを抑制するために設けられている。

次に、信号発生回路１００およびレベルシフト回路１０４から出力される発光チップＣ１を駆動する信号（駆動信号）について説明する。
図７は、信号発生回路１００およびレベルシフト回路１０４から出力される駆動信号を示すタイミングチャートである。なお、図７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１から信号発生回路１００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１００では、転送信号ＣＫ１Ｃをハイレベル（以下、「Ｈ」と記す。）、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（以下、「Ｌ」と記す。）、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がオフの状態に設定される（図７（ａ））。
（２）リセット信号（ＲＳＴ）に続いて、信号発生回路１００から出力されるライン同期信号Ｈｓｙｎｃが「Ｈ」になり（図７（Ａ））、発光チップＣ１の動作を開始する。そして、このライン同期信号Ｈｓｙｎｃに同期して、図７（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７（ｂ））。
（３）次に、図７（Ｃ）に示すように、転送信号ＣＫ１Ｒを「Ｌ」にする（図７（ｃ））。

（４）これに続いて、図７（Ｂ）に示すように、転送信号ＣＫ１Ｃを「Ｌ」にする（図７（ｄ））。
この状態においては、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１００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、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１０４のコンデンサＣｏ１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）予め定められた時間（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１００のトライステートバッファＢ１Ｒを「Ｌ」にする（図７（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ライン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１０４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１０４のコンデンサＣｏ１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、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１０４の抵抗Ｒ１Ｂに流れるが、コンデンサＣｏ１には流れない。
なお、このとき、図７（Ｂ）に示すように、信号発生回路１００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７（ｅ））。

（６）サイリスタＳ１が完全にオンした状態で、図７（Ｈ）に示すように、点灯信号ΦＩを「Ｌ」にする（図７（ｆ））。このとき、ゲートＧ１電位＞ゲートＧ２電位であるため、サイリスタ構造のＬＥＤＬ１のほうが早くオンし、点灯する。ＬＥＤＬ１がオンするのに伴って、信号ラインΦ１の電位が上昇するため、ＬＥＤＬ２以降のＬＥＤはオンすることはない。すなわち、ＬＥＤＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、…は、最もゲート電圧の高いＬＥＤＬ１のみがオン（点灯）することになる。

（７）次に、図７（Ｆ）に示すように、転送信号ＣＫ２Ｒを「Ｌ」にすると（図７（ｇ））、図７（ｃ）の場合と同様に電流が流れ、レベルシフト回路１０４のコンデンサＣｏ２の両端に電圧が発生する。
（８）図７（Ｅ）に示すように、この状態で転送信号ＣＫ２Ｃを「Ｌ」にすると（図７（ｈ））、サイリスタスイッチＳ２がターンオンする。
（９）そして、図７（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、転送信号ＣＫ１Ｃ、ＣＫ１Ｒを同時に「Ｈ」にすると（図７（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は完全にオンする。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、ＬＥＤＬ２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、ＬＥＤＬ１がオンすることはない。

（１０）上記した動作を順次行い、ＬＥＤＬ１〜Ｌ１２８を順次点灯させる。
そして、終端のＬＥＤＬ１２８が消灯した図７中の「転送動作期間」の後においては、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を共に予め定められた時間だけ「Ｈ」の状態に保つ（図７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は消灯（非点灯）の状態に保持される。

（１１）さらに、転送信号ＣＫ１、ＣＫ２を共に予め定められた時間だけ「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７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も非点灯の状態が保持される。
それにより、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１２（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、発光チップＣ１の転送部に対して電流が印加されない。そのため、感光体ドラム１２が回転を停止している状態では、ＬＥＤＬ１〜Ｌ１２８とともに、転送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ので、感光体ドラム１２が不要に露光されることが抑えられている。

＜信号発生回路の説明＞
続いて、信号発生回路１００の構成を詳細に説明する。
図８は、信号発生回路１００の構成を示すブロック図である。信号発生回路１００は、画像データ展開部１１０、濃度ムラ補正データ部１１２、タイミング信号発生部１１４、基準クロック発生部１１６、各発光チップＣに対応して設けられた駆動部の一例としての点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０により主要部が構成されている。
画像データ展開部１１０には、画像処理部（ＩＰＳ）４０から画像データがシリアルに送信されてくる。画像データ展開部１１０は、送信された画像データを１〜１２８ドット目、１２９〜２５６ドット目、…、７５５３〜７６８０ドット目と各発光チップＣ毎の画像データに分割する。画像データ展開部１１０は点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０と接続されており、分割した画像データを各々対応する点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０に出力する。

濃度ムラ補正データ部１１２は、各発光チップＣ内の各ＬＥＤ毎の光量のバラツキ等に起因する画像形成時の画像濃度ムラを修正するための濃度ムラ補正データを生成し、点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０に出力する。この濃度ムラ補正データは、例えば、各ＬＥＤ毎に、各ＬＥＤによる光量のバラツキ等に応じて設定されたパルス数として形成される。
ＥＥＰＲＯＭ１０２には、後段で説明する特性計測装置２００により測定され、算出された各ＬＥＤ毎の光量補正情報としての光量補正値データや、必要に応じて、その他の濃度ムラ補正のためのデータが格納されている。そして、マシン電源投入時に、ＥＥＰＲＯＭ１０２から濃度ムラ補正データ部１１２に対して、各ＬＥＤ毎の光量補正値データ等がダウンロードされる。濃度ムラ補正データ部１１２は、取得した各ＬＥＤ毎の光量補正値データに基づいて、さらには、必要に応じて光量補正値データとその他のデータとに基づいて、濃度ムラ補正データを生成し、それを点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０に出力する。

基準クロック発生部１１６は、本体の制御部３０、タイミング信号発生部１１４、および点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０と接続されている。
図９（基準クロック発生部１１６の構成を説明するブロック図）に示したように、基準クロック発生部１１６は、水晶発振器１４０、分周器１／Ｍ１４２、分周器１／Ｎ１４４、位相比較器１４６、および電圧制御発振器１４８からなるＰＬＬ回路１３４と、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３２とを含んで構成されている。ＬＵＴ１３２には制御部３０からの光量調節データに基づいて分周比Ｍ、Ｎを決定するためのテーブルが記憶されている。水晶発振器１４０は分周器１／Ｎ１４４と接続されており、予め定められた周波数で発振し、発振した信号を分周器１／Ｎ１４４へと出力する。分周器１／Ｎ１４４はＬＵＴ１３２および位相比較器１４６と接続されており、ＬＵＴ１３２からの光量調節データにより決定された分周比Ｎに基づいて水晶発振器１４０で発振された信号を分周する。位相比較器１４６は、分周器１／Ｍ１４２、分周器１／Ｎ１４４、および電圧制御発振器１４８と接続されており、分周器１／Ｍ１４２からの出力信号と、分周器１／Ｎ１４４からの出力信号とを比較する。この位相比較器１４６による比較結果（位相差）に応じて、電圧制御発振器１４８に供給するコントロール電圧が制御される。電圧制御発振器１４８はコントロール電圧に基づく周波数で、クロック信号を出力する。本実施の形態では、点灯可能期間を２５６に分割する周波数に相当するコントロール電圧が供給され、この周波数のクロック信号を生成して、すべての点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０へ出力する。また、電圧制御発振器１４８は分周器１／Ｍ１４２とも接続されており、電圧制御発振器１４８から出力されたクロック信号は、分周器１／Ｍ１４２にも分岐されて入力される。分周器１／Ｍ１４２は、ＬＵＴ１３２からの光量調節データにより決定された分周比Ｍに基づいて、電圧制御発振器１４８からフィードバックされたクロック信号を分周する。

タイミング信号発生部１１４は、制御部３０および基準クロック発生部１１６と接続されており、基準クロック発生部１１６からの発振信号を基に、制御部３０からの水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）と同期して、転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃを生成する。転送信号ＣＫ１Ｒ,ＣＫ１Ｃおよび転送信号ＣＫ２Ｒ,ＣＫ２Ｃは、レベルシフト回路１０４を介することにより転送信号ＣＫ１および転送信号ＣＫ２となって発光素子ヘッド１４に出力される。
また、タイミング信号発生部１１４は、濃度ムラ補正データ部１１２および画像データ展開部１１０と接続されており、基準クロック発生部１１６からの発振信号を基に、制御部３０からのＨｓｙｎｃ信号と同期して、画像データ展開部１１０から各画素に対応した画像データを読み出すためのデータ読出し信号、および濃度ムラ補正データ部１１２から各画素（各ＬＥＤ）に対応した濃度ムラ補正データを読み出すためのデータ読出し信号を各々に対して出力している。さらに、タイミング信号発生部１１４は、点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０とも接続されており、基準クロック発生部１１６からの発振信号を基に、制御部３０からのＨｓｙｎｃ信号と同期して、発光チップＣの点灯開始のトリガ信号を出力している。

点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０は、各画素（各ＬＥＤ）の点灯時間を濃度ムラ補正データに基づいて補正し、発光チップＣの各画素を点灯するための制御信号を生成する。
具体的には、点灯時間制御・駆動部１１８−１〜１１８−６０は、図１０（点灯時間制御・駆動部１１８の構成を説明するブロック図）に示したように、プリセッタブルデジタルワンショットマルチバイブレータ（ＰＤＯＭＶ）１６０、直線性補正部１６２、ＡＮＤ回路１７０を含んで構成されている。ＡＮＤ回路１７０は、画像データ展開部１１０およびタイミング信号発生部１１４と接続されており、画像データ展開部１１０からの画像データが１（ＯＮ）のときには、タイミング信号発生部１１４からのトリガ信号（ＴＲＧ）をＰＤＯＭＶ１６０に出力し、画像データが０（ＯＦＦ）のときには、トリガ信号を出力しないように設定されている。ＰＤＯＭＶ１６０は、ＡＮＤ回路１７０、ＯＲ回路１６８、濃度ムラ補正データ部１１２、および基準クロック発生部１１６と接続されており、ＡＮＤ回路１７０からのトリガ信号に同期して濃度ムラ補正データに応じた基準クロック数の点灯パルスを発生する。

直線性補正部１６２は、発光チップＣ内の各ＬＥＤでの発光開始時間のバラツキを補正するために、ＰＤＯＭＶ１６０からの点灯パルス信号を補正して出力する。具体的には、直線性補正部１６２は、複数の遅延回路１６４（本実施の形態では、１６４−０〜１６４−７の８個）、遅延選択レジスタ１６６、遅延信号選択部１６５、ＡＮＤ回路１６７、ＯＲ回路１６８、点灯信号選択部１６９を含んで構成されている。遅延回路１６４−０〜１６４−７は、ＰＤＯＭＶ１６０と接続されており、各々がＰＤＯＭＶ１６０からの点灯パルス信号を遅延させるための異なる時間が設定されている。遅延選択レジスタ１６６は遅延信号選択部１６５および点灯信号選択部１６９と接続されており、遅延選択レジスタ１６６には、発光チップＣ内の各ＬＥＤ毎の遅延選択データ、および点灯信号選択データが格納されている。各ＬＥＤ毎の遅延選択データおよび点灯信号選択データは予め計測され、ＥＥＰＲＯＭ１０２に格納されている。ＥＥＰＲＯＭ１０２に格納された遅延選択データおよび点灯信号選択データは、マシン電源投入時に濃度ムラ補正データ部１１２を介して遅延選択レジスタ１６６にダウンロードされる。なお、格納手段としてフラッシュＲＯＭを用いることもでき、その場合には、フラッシュＲＯＭ自体を遅延選択レジスタ１６６として機能させることができる。

遅延信号選択部１６５は、ＡＮＤ回路１６７およびＯＲ回路１６８と接続されており、遅延選択レジスタ１６６に格納された遅延選択データに基づいて、遅延回路１６４−０〜１６４−７からの出力のいずれか１つを選択する。ＡＮＤ回路１６７は、ＰＤＯＭＶ１６０からの点灯パルス信号と遅延信号選択部１６５により選択された遅延点灯パルス信号の論理積、すなわち、遅延前の点灯パルス信号と遅延後の点灯パルス信号の両方が点灯状態であれば点灯パルスを出力する。ＯＲ回路１６８は、ＰＤＯＭＶ１６０からの点灯パルス信号と遅延信号選択部１６５により選択された遅延点灯パルス信号の論理和、すなわち、遅延前の点灯パルス信号と遅延後の点灯パルス信号の少なくとも一方が点灯状態であれば点灯パルスを出力する。
点灯信号選択部１６９は、遅延選択レジスタ１６６に格納された点灯選択データに基づいて、ＡＮＤ回路１６７またはＯＲ回路１６８からの出力のいずれか一方を選択する。そして、選択された点灯パルスがＭＯＳＦＥＴ１７２を介して発光素子ヘッド１４へと出力される。

また、図８に示したように、発光素子ヘッド１４には３端子レギュレータ１０１が接続され、発光素子ヘッド１４に対して３端子レギュレータ１０１から安定した＋３．３Ｖの電圧が供給されている。

＜発光素子ヘッドの光量補正値データの測定装置・算出方法の説明＞
続いて、ＥＥＰＲＯＭ１０２に格納される発光素子ヘッド１４に関する光量補正値データの測定装置・算出方法について説明する。上述したように、光量補正値データは、画像形成時のチップＣ内のＬＥＤ毎に生じる光量のバラツキを補正するためのデータであって、濃度ムラ補正データ部１１２において濃度ムラ補正データを生成する際に使用されるデータである。まず、発光素子ヘッド１４の露光エネルギ分布（光量分布）を測定し、光量補正値データの算出を行なう発光素子ヘッド１４の特性計測装置２００について述べる。

図１１は、発光素子ヘッド１４の特性計測装置２００の構成を示した図である。図１１に示したように、特性計測装置２００は、図１２において後述するＣＣＤセンサ２５８を備えＣＣＤセンサ２５８からの出力を用いて発光素子ヘッド１４からの光量分布を測定するＣＣＤボード２５０、発光素子ヘッド１４の発光チップＣ（図５参照）が配列された方向（主走査方向）を移動方向としてＣＣＤボード２５０を移動させる移動ステージ２６２、移動ステージ２６２を等速移動させるステージドライバ２６３、発光素子ヘッド１４に対して駆動信号を出力して各発光チップＣ内のＬＥＤを点灯させる発光素子ヘッドドライバ２６４、ＣＣＤボード２５０から転送されたデータ信号を処理するＣＣＤインタフェース２８０を備えている。

また、得られたデータ信号の処理や、移動ステージ２６２の移動制御、発光素子ヘッドドライバ２６４の制御等は、処理部であるパーソナルコンピュータ(ＰＣ)２６６にて実行される。このＰＣ２６６は、画像データを取り込むためのフレームグラバー２６７、ステータス信号やデータ信号の入力やコントロール信号の出力等を制御するデジタルＩ／Ｏ２６８、ステージドライバ２６３の駆動を制御するモータコントローラ２６９等を備えている。移動ステージ２６２は、例えば、エア軸受けとリニアモータを使用した非接触構造を備えており、モータコントローラ２６９により、リニアエンコーダからのフィードバックによるＰＬＬ制御が行なわれ、ＣＣＤボード２５０の等速移動制御を実現している。
そして、特性計測装置２００は、ＣＣＤセンサ２５８（図１２参照）を有するＣＣＤボード２５０を主走査方向に等速移動させながら、データをデジタル値に変換してＰＣ２６６に取り込んでいる。

次にＣＣＤボード２５０について詳細に説明を行なう。
図１２は、ＣＣＤボード２５０について説明した図である。
図１２に示したように、ＣＣＤボード２５０は、ロッドレンズアレイ６４により集光され発光素子アレイ６３のＬＥＤ８２から出射された光を透過させる透過部材２５４と、透過部材２５４を透過した光を拡散する拡散部材の一例としての積分球２５６と、積分球２５６により拡散された光の光量を測定する光量測定手段の一例としてのＣＣＤ(Charge Coupled Device)センサ２５８とを備える。また、ロッドレンズアレイ６４の焦点面に設けられるスリット２５２を備える。

スリット２５２は、ロッドレンズアレイ６４の焦点面に設けられることで、ロッドレンズアレイ６４を通過した光以外の光が透過部材２５４および積分球２５６に入射することを抑制する部材である。

透過部材２５４は、ロッドレンズアレイ６４およびスリット２５２を通過した光を透過させ、積分球２５６へ透過した光を入射させる。本実施の形態において、透過部材２５４は、発光素子アレイ６３の光出力により露光される感光体の屈折率と同程度の屈折率を有する透明なガラス等の材料により作成される。このようにすることで、透過部材２５４の反射特性を感光体ドラム１２表面に塗布された感光体とほぼ合わせることができる。即ち、透過部材２５４の反射特性と感光体の反射特性とを合わせることで、感光体の角度依存性に対応した光が透過部材２５４を透過することになる。これにより感光体の角度依存性に対応した光量測定が可能となる。また材料の変更等により感光体の角度依存性が変化しても屈折率が同程度の透過部材２５４を用意すれば足りるため対応が容易である。一方、光量測定を行なうにあたり、拡大光学系等の予め定められた光学系を使用した場合、感光体の角度依存性が変化すると、新規な光学系を設計しなくてはならない。この場合、設計が困難となりやすく、また設計ができたとしても高価なものとなりやすい。

積分球２５６は、透過部材２５４を透過した光を拡散するための部材である。光を拡散させてから、後述するＣＣＤセンサ２５８により光量を測定することで、拡大光学系等の予め定められた光学系の角度依存性の影響を抑制して光量測定ができる。即ち、拡大光学系等の予め定められた光学系を使用してＣＣＤセンサ２５８により光量測定を行なう場合は、光学系の軸外に外れるほど収差の影響を受けやすくなる。そのためこの収差の影響により入射する光の角度圧縮率が異なることになり、正確な光量測定が困難になりやすい。対して、本実施の形態では、収差はほぼ存在しないため、より正確な光量測定が可能となる。

更に、ロッドレンズアレイ６４によっては、ロッドレンズアレイ６４から広い角度、広い領域に光が出射されることがある。この場合、光軸から大きな角度で出射する光の光量は、微量ではあるが、積算光量としては無視できない値となる。即ち、このようなロッドレンズアレイ６４を使用し、拡大光学系等の予め定められた光学系で光量補正を行なった場合、上記の光が迷光となるため、十分正確な光量補正が困難となる。対して本実施の形態の場合では、上記の光も積分球２５６により拡散され、ＣＣＤセンサ２５８に入射するため迷光となりにくい。

ＣＣＤセンサ２５８は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)を使用して光量を測定する。即ち、電荷結合素子により光電変換された電荷を読み出すことで光量を測定する。
ここで、本実施の形態では、ＣＣＤセンサ２５８は、積分球２５６の入射ポート２５６ａの位置を基準にして、ロッドレンズアレイ６４の光軸、即ち発光素子ヘッド１４の光軸に対し２０度以下の角度で積分球２５６に入射する光の一次反射光を入射させない位置に配置することが好ましい。一次反射光は、角度依存性を未だ有している光であるため、一次反射光を極力入射させないようにすることで、ＣＣＤの角度依存性を更に低減して光量測定を行なうことができる。またロッドレンズアレイ６４の光軸に対し２０度より上の角度で入射する光は少ないため、２０度以下の角度で積分球２５６に入射する光の一次反射光を入射させないようにすれば、十分な精度の光量測定を行なうことができる。
図１２では、二点鎖線によりロッドレンズアレイ６４の光軸に対し２０度以下の角度の範囲を示している。また光Ｌとして図示した光はロッドレンズアレイ６４の光軸に対し２０度以下の角度で積分球２５６に入射する光の一例である。そして図１２において、ＣＣＤセンサ２５８は、光Ｌの一次反射光、即ち積分球２５６内で１回反射することで入射する光が照射しない位置に配置している。

なお、上記の構成により光量測定を行なった場合、スループットの低さが問題になる場合がある。即ち、透過部材２５４および積分球２５６を介することで、ＣＣＤセンサ２５８まで到達する光量は、ロッドレンズアレイ６４を出射する光の光量に対し、通常１％以下となる。そして、光電子像倍管などを使用して感度を増加させる方法を使用すると、Ｓ／Ｎ比が悪くなるため、高精度な光量測定を行えなくなる。
そこで、本実施の形態では、ＣＣＤセンサ２５８に備えられたＣＣＤ内部の電荷結合素子により光電変換された電荷をフルビニング処理することで、この問題を解決する。
図１３は、フルビニング処理について説明した図である。
図１３に示したＣＣＤ２５８ａは、１０２４ピクセル×９６ピクセルの電荷結合素子よりなる。そして、この電荷結合素子に光が照射するとこの光は光電変換され、光の光量に応じた電荷が発生する。そしてこの電荷は、ＣＣＤ２５８ａの機能として矢印Ｃ方向に順次転送される。そして転送された電荷は最後の読み出しバッファに到達し、この電荷を矢印Ｄ方向で順次読み出すことで光量の測定ができる。ここで一般には、電荷の読み出しを行なう毎に読み出しバッファの電荷はリセットされるが、本実施の形態のフルビニング処理では、読み出しバッファの電荷をリセットせずにそのまま蓄積する。よって、少ない光量でも十分な量の電荷が蓄積される。そしてこの電荷を読み出すことで感度の向上が実現できる。
また本実施の形態では、ＣＣＤボード２５０（図１１参照）の移動方向とＣＣＤ２５８ａの電荷の転送方向である矢印Ｃ方向を一致させている。そしてＣＣＤ２５８ａの電荷の転送をＣＣＤボード２５０移動速度と合わせることで、所謂多重露光を行なうことができる構成としている。これにより更なる感度の向上が実現できる。

続いて、本実施の形態の特性計測装置２００により、光量補正値データを生成する際の処理について述べる。図１４は、光量補正値データを生成する際の処理の流れを示すフローチャートである。なお、光量補正値データ生成処理を行うに際して、予め、特性計測装置２００に、画像形成装置１（図１参照）に使用する発光素子ヘッド１４がホルダー部材（図示省略）によって保持されて、予め定められた位置にセットされる。

まず、図１２において、ＰＣ２６６は、デジタルＩ／Ｏ２６８から発光素子ヘッドドライバ２６４に対し、発光素子ヘッド１４を点灯するように指示するコントロール信号を出力する。それにより、発光素子ヘッドドライバ２６４は、発光素子ヘッド１４を点灯させる（ステップ１０１）。

次に、ＰＣ２６６は、モータコントローラ２６９を介してステージドライバ２６３に対して、移動ステージ２６２を移動させるためのコントロール信号を出力して、ＣＣＤボード２５０を発光素子アレイ６３の配列方向（主走査方向）に等速移動させる（ステップ１０２）。
さらに、ＰＣ２６６は、デジタルＩ／Ｏ２６８からＣＣＤインタフェース２８０を介して、ＣＣＤボード２５０に対して発光素子ヘッド１４の光量の測定を指示するコントロール信号を出力する。そして、ＣＣＤボード２５０は、ＣＣＤセンサ２５８（図１２参照）によって発光素子ヘッド１４の光量を測定する（ステップ１０３）。

次に、ＰＣ２６６は、ＣＣＤインタフェース２８０を介してＣＣＤボード２５０から、ステップ１０３で測定された光量データを取得する。そしてその際に、ブラックレベル補正とシェーディング補正とが施され、光プロファイルを作成する（ステップ１０４）。ここで、ラインＣＣＤ２６１に関するブラックレベル補正値とシェーディング補正値とは、予め求めておく。

続いて、ＰＣ２６６は、ステップ１０４で算出された光プロファイルについて、主走査方向（ｘ）のピーク位置と谷位置とを検出する。そして、光プロファイルにおける谷から谷までの光量を積分し、この積分値を谷から谷までの距離で割算することで谷と谷との間の領域の光量（露光エネルギ）密度を算出する。このようにして求められた各領域の露光エネルギ密度を各発光点（ＬＥＤ）の補正特性値（％）（図１５参照）とする（ステップ１０５）。
さらに、ＰＣ２６６は、この補正特性値を予め定められた目標値に合わせるように、目標値との誤差分に応じて光量を増減することで、すべての領域における補正特性値（％）がフラット（平坦）になるようにする。このような平坦化処理により、各領域毎の光量補正値、すなわち各ＬＥＤ８２（図５参照）についての光量補正値データが算出される（ステップ１０６）。
そして、ＰＣ２６６は、各ＬＥＤ８２についての光量補正値データをメモリに記憶する（ステップ１０７）。

このようにして、発光素子ヘッド１４の光量補正値データが生成される。そして、生成された光量補正値のデータは、ＰＣ２６６から回路基板６２（図２参照）に配設されたＥＥＰＲＯＭ１０２（図１１参照）に格納される。

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…発光素子ヘッド、３０…画像出力制御部、４０…画像処理部、６２…回路基板、６３…発光素子アレイ、６４…ロッドレンズアレイ、１００…信号発生回路、２００…特性計測装置、２５０…ＣＣＤボード、２５４…透過部材、２５６…積分球、２５８…ＣＣＤセンサ、Ｃ１〜Ｃ６０…発光チップ

Claims (4)

1. 複数の発光素子が主走査方向に列状に配された発光素子アレイを有する発光素子ヘッドの当該発光素子から出射された光を透過させ、当該発光素子アレイの光出力により露光される感光体の屈折率と同程度の屈折率を有する透過部材と、
   前記透過部材を透過した光を拡散する拡散部材である積分球と、
   前記積分球により拡散された光の光量を前記発光素子の光量を補正するための光量補正値を算出するために測定する光量測定手段と、
   を備えることを特徴とする発光素子ヘッドの特性計測装置。
2. 前記光量測定手段は、電荷結合素子により光電変換された電荷をフルビニング処理して読み出すことで前記光量を測定することを特徴とする請求項１に記載の発光素子ヘッドの特性計測装置。
3. 前記光量測定手段は、前記発光素子ヘッドの光軸に対し２０度以下の角度で前記積分球に入射する光の一次反射光を入射させない位置に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子ヘッドの特性計測装置。
4. 複数の発光素子が主走査方向に列状に配された発光素子アレイを有する発光素子ヘッドの当該発光素子から出射された光を集光し、
   集光された光を前記発光素子アレイの光出力により露光される感光体の屈折率と同程度の屈折率を有する透過部材を通して透過させ、
   前記透過部材を透過した光を拡散部材である積分球により拡散させ、
   前記積分球により拡散した光の光量を測定し、
   測定された前記光量から前記発光素子の光量を補正するための光量補正値を算出し、
   前記光量補正値から前記発光素子の光量を補正することを特徴とする発光素子ヘッドの光量補正方法。

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