JPH10258545A - 発光素子アレイ制御ユニットおよびその制御方法 - Google Patents

発光素子アレイ制御ユニットおよびその制御方法

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JPH10258545A
JPH10258545A JP6656397A JP6656397A JPH10258545A JP H10258545 A JPH10258545 A JP H10258545A JP 6656397 A JP6656397 A JP 6656397A JP 6656397 A JP6656397 A JP 6656397A JP H10258545 A JPH10258545 A JP H10258545A
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JP
Japan
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light emitting
emitting element
element array
light
control unit
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Application number
JP6656397A
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English (en)
Inventor
Mitsuru Amimoto
満 網本
Mitsuo Shiraishi
光生 白石
Toshihiko Otsubo
俊彦 大坪
Hiroshi Tanioka
宏 谷岡
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 同時発光の発光素子の個数の変化における光
量の変化を補正する。 【解決手段】 発光素子に対応させて発光の要否を指示
するデータに基づき同時発光の発光素子の個数をカウン
トユニット106により計数し、その計数結果に対応し
て、発光素子の駆動時間を可変設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的に発光する
複数の発光素子を有する発光素子アレイ(LEDアレイ
とも呼ばれる)の発光量を制御する発光素子アレイ制御
ユニットおよびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、発光素子アレイの発光制御は同時
に発光する発光素子の個数については考慮されずに行わ
れていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら発光素子
アレイが電子機器に搭載される場合には配線抵抗が存在
するが、これが共通インピーダンスとなった場合、発光
素子を駆動する駆動電流が配線上を流れることにより駆
動回路の電位が変化する。これにより発光素子の駆動パ
ラメータの変化を招き発光量が変化してしまう。トータ
ルの駆動電流は同時に発光する発光素子の個数の影響を
受けるので、同時に発光する発光素子の個数に反応して
個々の発光素子の発光量がダイナミックに変化してして
しまう。
【0004】そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑み
て、同時に発光させる発光素子の個数を変化させた場合
の個々の発光素子の発光量の変化を緩和する発光素子ア
レイ制御ユニットおよびその制御方法を提供することに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1の発明は複数の発光素子を有する発
光素子アレイの発光量を制御する発光素子アレイ制御ユ
ニットにおいて、同時に発光する発光素子の個数を計数
する計数手段と、該計数手段の計数結果に応じて前記同
時に発光する発光素子の発光量を制御する制御手段とを
具えたことを特徴とする。
【0006】請求項2の発明は、請求項1に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、前記複数の発光素子
は、点灯/非点灯を発光素子毎に指示するデータに基づ
き、駆動され、前記制御手段は、点灯を指示するデータ
の個数を計数することを特徴とする。
【0007】請求項3の発明は、請求項1に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、前記制御手段は、同
時に発光する発光素子の発光時間を制御することを特徴
とする。
【0008】請求項4の発明は、請求項3に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、同時に発光する発光
素子の個数と該個数に対応した発光時間を記載したテー
ブルが前記制御手段内に設けられており、該制御手段
は、該テーブルを参照して、前記計数手段の計数結果に
対応する発光時間を取得することを特徴とする。
【0009】請求項5の発明は、請求項1に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、温度計測手段をさら
に有し、前記制御手段は該温度計測結果に基いて前記発
光量を制御することを特徴とする。
【0010】請求項6の発明は、請求項1に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、前記発光素子アレイ
は電子写真式プリンタの発光ヘッドであることを特徴と
する。
【0011】請求項7の発明は、請求項6に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、前記発光素子アレイ
は1ライン分の発光素子を有し、該1ライン分の発光素
子を複数のブロックに分割し、該ブロックの中の発光素
子を選択的に同時に発光させ、該ブロック単位で、時分
割駆動することを特徴とする。
【0012】請求項8の発明は、請求項1に記載の発光
素子アレイ制御ユニットにおいて、前記発光素子アレイ
の複数の発光素子は自己走査型発光素子であることを特
徴とする。
【0013】請求項9の発明は、複数の発光素子を有す
る発光素子アレイの発光量を制御する発光素子アレイ制
御ユニットの制御方法において、同時に発光する発光素
子の個数を計数し、当該計数の結果に応じて前記同時に
発光する発光素子の発光量を制御することを特徴とす
る。
【0014】請求項10の発明は、請求項9に記載の発
光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、前記複
数の発光素子は、点灯/非点灯を発光素子毎に指示する
データに基づき、駆動され、点灯を指示するデータの個
数を前記同時に発光する発光素子の個数として計数する
ことを特徴とする。
【0015】請求項11の発明は、請求項9に記載の発
光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、前記発
光量の制御として同時に発光する発光素子の発光時間を
制御することを特徴とする。
【0016】請求項12の発明は、請求項11に記載の
発光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、同時
に発光する発光素子の個数と該個数に対応した発光時間
を記載したテーブルを予め設けておき、前記テーブルを
参照して、前記計数の結果に対応する発光時間を取得す
ることを特徴とする。
【0017】請求項13の発明は、請求項9に記載の発
光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、前記は
温度センサを前記発光素子アレイ近傍に設置し、前記温
度センサの計測結果に基いて前記発光量を制御すること
を特徴とする。
【0018】請求項14の発明は、請求項9に記載の発
光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、前記発
光素子アレイは電子写真式プリンタの発光ヘッドである
ことを特徴とする。
【0019】請求項15の発明は、請求項14に記載の
発光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、前記
発光素子アレイは1ライン分の発光素子を有し、該1ラ
イン分の発光素子を複数のブロックに分割し、該ブロッ
クの中の発光素子を選択的に同時に発光させ、該ブロッ
ク単位で、時分割駆動することを特徴とする。
【0020】請求項16の発明は、請求項9に記載の発
光素子アレイ制御ユニットの制御方法において、前記発
光素子アレイの複数の発光素子は自己走査型発光素子で
あることを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。図1は、発光素子アレイ
およびその制御ユニットの回路構成を示す。図1におい
て、101はたとえば、128個の発光素子を有する発
光素子アレイチップである。102は発光駆動IC(D
R)であり、1個の発光駆動IC102が発光素子アレ
イチップ101を5個駆動する。103は発光ヘッド基
板であり、55個の発光素子アレイチップと11個の発
光駆動ICが実装される。104は発光駆動IC102
に供給する駆動電流を制御する発光制御ユニットであ
る。105は後述のデータを発生する発光データ発生ユ
ニットである。106は発光制御ユニット104に組み
込まれたカウントユニットである。107は電源を供給
する電源ユニットであり、発光制御ユニット104を介
して、発光ヘッド基板103に電源が供給される。
【0022】108、110はコネクタ、109はケー
ブルであり、発光ヘッド基板103と発光制御ユニット
104を接続する。111、113はコネクタ、112
はケーブルであり、発光制御ユニット104と電源ユニ
ット107とを接続する。114は発光駆動IC102
内の発光素子1個を駆動するための駆動回路を示す。こ
の例では、駆動回路114は発光サイリスタ115、電
流制限抵抗116、FET117で構成される。A、
B、C、D、E、Fは基板端での電源ラインの測定ポイ
ントを示す。118は温度補正のために環境温度を測定
する温度センサーである。
【0023】このような構成の配線抵抗を考えない動作
を説明する。FET117が発生制御ユニット104か
らの信号でスイッチング−オン(ON)すると、発光サ
イリスタ115がONし、電源ユニット107の電圧お
よび電流制限抵抗116および発光サイリスタ115の
順方向降下電圧で決まる発光電流が流れ、発光量が定ま
る。しかしながら、実際には、コネクタ108、11
0、111、113、ケーブル109、112および発
光制御ユニット104の配線上には抵抗成分が存在し、
電流が流れることによって、電圧降下を引き起こし、発
光サイリスタ115の印加電圧を小さくさせ、発光量が
減少する。この電圧降下は同時に発光する発光素子の数
に関連し、発光量の低下を招く。また、程度は小さいが
発光ヘッド基板103でのパターン抵抗でも同様の現象
が起きる。
【0024】そこで、本実施の形態では、同時に発光す
る発光素子の個数を計数し、発光時間にフィードバック
することで発光積分量を補正する。この処理を図2のタ
イミングチャートを参照して説明する。
【0025】図2において、DATA(7..0)は発
光データ発生ユニット105において発生されるデータ
信号である。このデータ信号は8ビット幅を持ち、7バ
イト分すなわち、56(7×8)ビット分の発光データ
を1ブロックとして発生される。ただし、上記56ビッ
トの内1ビットはダミーデータである。上述したように
128個の発光素子を有する発光素子アレイチップ10
1が55個発光ヘッド基板103に搭載されているの
で、合計7040(128×55)の発光素子がある。
このため、7040個の発光素子で7040個の画素を
形成し、7040個の画素を1ライン(行)とする。
【0026】1ブロック分55ビット(56−1)のD
ATA(7..0)は発光ヘッド基板103上でラッチ
され、次の送り込みタイミングで発光素子アレイチップ
101の55個の発光素子が一斉に発光(点灯)する。
発光素子アレイチップ101の動作は図3により詳述す
るがここで、簡単に説明しておく、本実施の形態では、
128ビットシリアル転送動作を行うので、1ラインの
発光動作は55パラレル×128シリアルの時分割動作
となる。DATA(7..0)は発光制御ユニット10
4に入力され、カウントユニット106で1ブロック5
5チップ中の発光データ数を数える。たとえば、ビット
“1”が点灯、ビット“0”が非点灯の指示なので、D
ATA(7..0)信号の中のビット“1”のデータ数
を計数することになる。また、DATA(7..0)信
号の1ブロックのデータを発光ヘッド基板103上でラ
ッチできるようにラッチクロック信号およびブロックラ
ッチ信号がDATA(7..0)信号と共に発光制御ユ
ニット104から発光ヘッド基板103に送られる。
【0027】発光ON信号ΦP、転送信号Φ1、Φ2、
スタート信号ΦSは共に発光素子アレイチップ101の
発光制御信号で発光制御ユニット104で発生される。
スタート信号ΦSにより128画素中の最初の画素を発
火(点灯)点として動作を開始し、転送信号Φ1、Φ2
により順次、発火点を移動していく。
【0028】発光ON信号ΦPは移動していく発火点に
同期して出力され、発光をON/OFFする。
【0029】カウントユニット106の計数結果は図7
に示すような、テーブルデータと参照され、発光積分量
が一定となるように計数結果に対応する発光時間(PW
M値)が発行制御ユニット104において、求められ
る。この発光時間に基づき、発光ON信号Pが図2中に
示すようにパルス幅補正されて、DATA(7..0)
と論理積をとり、発光ヘッド基板103に出力される。
【0030】上述の発光素子アレイチップ101の等価
回路を図3に示しておく。この回路はPNPNサイリス
タ構造を使用した発光集積素子を有する。この発光集積
素子は発光点のシフトレジスタ機能を果たすことのでき
る自己走査型発光素子(Self−scanning
Light Emitting Device、以下S
LEDと称す)と呼ばれる。SLEDについては以下の
文献、特開平1―238962号、特開平2−2080
67号、特開平2−212170号、特開平3−204
57号、特開平3−194978号、特開平4―233
67号、特開平4−296579号、特開平5−849
71号およびジャパンハードコピー‘91(A−17)
駆動回路を集積した光プリンタ用発光素子アレイの提
案,電子情報通信学会(’90.3.5)PNPNサイ
リスタ構造を用いた自己走査型発光素子(SLED)の
提案等で紹介されている。
【0031】図4は上記SLEDの構成原理図であり発
光サイリスタはPNPN構造を持ち、基板(P形)がア
ノード1、最上層(N形)がカソード2、P形中間層が
ゲート3であり、そのカソードターンオン電圧Vc_o
nは、ゲート電圧VGに依存することが知られている。
すなわち、
【0032】
【数1】Vc_on=VG−Vdif (Vdif:
拡散電位) と表される。なお、サイリスタをターンオフさせるに
は、カソード電圧を+Vccまで、引き上げればよい。
オン状態のゲート端子はアノード電位まで引き上げられ
る。SLEDの発光サイリスタのT(1)からT(6)
までのゲート端子はダイオードDを介して、順次、接続
され、負荷抵抗RLを通して電源VGAに接続される。
【0033】図5は上記SLEDに印加するパルスで、
転送動作のために転送クロックΦ1、Φ2がカソード2
に印加される。転送開始にあたっては、スタートパルス
ΦSが印加される。今、T(3)がクロックΦ1のロー
レベルの電圧によってオン状態であるとすると、オン状
態のゲート電位はダイオードDを通して、右隣のサイリ
スタに影響を与える。次のクロックΦ2のローレベルの
電圧によって、右隣の素子のみ選択的にターンオンされ
るため、右方向への発光の転送が可能となる。上述の図
3の回路は発光サイリスタのシフトレジスタ機能と発光
機能を利用し、同一ウエハー上に、発光用サイリスタと
これを駆動するシフト用サイリスタとを組み合わせた電
子写真プリンタの記録ヘッド用の等価回路となってい
る。
【0034】図3において、1′、2′、3′...が
転送用サイリスタ、1、2、3、...が発光用サイリ
スタでそれぞれ128個が1つの発光集積素子上に形成
されている。図5に示すパルスΦS,Φ1、Φ2を印加
し、画像データに応じてΦPにLOWレベルを印加する
ことで、画像データに応じた発光サイリスタをオンす
る。
【0035】SLEDチップの電流−発光特性を図6に
示す。ここには25℃での出力特性を13.48mA時
の出力で正規化して示している。発光特性は温度勾配を
持ち、−0.6%/℃であることが確認されている。図
6の特性図と配線抵抗から発光素子数−発光制御時間変
換テーブルを作成する。発光制御ユニット104では温
度センサ118により温度を検出して、検出温度に応じ
てテーブル値に補正を加える演算を発光制御ユニット1
04で行う。
【0036】本実施の形態では、図1において、A−B
間抵抗が0.15Ω、B−C間抵抗が0.01Ω、D−
E間抵抗が0.21Ω、E−F間抵抗が0.02Ω、順
方向降下電圧は1.63V、電流制限抵抗116の値2
43Ω、FET117のON抵抗7.00Ω、電源電圧
5.00Vで行う。
【0037】図7にテーブルデータの一例を示す。厳密
には発光ヘッド基板103の中のB−C間抵抗およびE
−F間抵抗の影響をチップ位置に応じて、考慮しなけれ
ばならないが、本実施の形態ではその影響が小さいため
に、B−C間抵抗およびE−F間抵抗は無視する。今、
発光素子1個あたりに流れる電流は電圧降下がない場合
には、 (5.00−1.63)V÷(243+7)Ω で13.48mAである。発光素子1個あたりが引き起
こす電圧降下はそれ自身の電圧降下による電流の減少、
およびB−C間抵抗、E−F間抵抗を無視すると、 13.48mA×(0.21+0.15)Ω で4.85mVである。これがたとえば、55個の発光
素子が同時に発光すると近似的には、4.85mV×5
5で267mVの電圧降下となり、発光電流は、(5.
00−1.63−0.267)V÷(243+7)Ωで
12.41mAとなる。電圧降下がない場合に比べて、
12.41mA÷13.48mAで7.9%電流が減少
し、発光出力は図6のグラフから10.3%減少する。
【0038】以上の点に基づき、図7のテーブルデータ
には発光個数に対する発光時間をPWM制御値で示して
ある。PWMは256分解能で、本実施の形態のSLE
Dチップは発光オフ期間が必要なので、PWM値“3
1”以下の場合、発光はゼロで、PWM値“255”の
場合発光は最大となる。ここでは25℃で55個の発光
素子の発光の場合をPWM値200として、
【0039】
【数2】(200−31)×(100%−10.3%)
=(PWM値−31)×(100%−光量低下) の関係式から図7のようなテーブルを作成する。また、
温度係数−0.6%/℃を加えて補正する。
【0040】以上述べたように本実施の形態ではA−B
間,D−E間の配線抵抗を流れる発光電流の総和が変化
し、個々に発生する電圧降下が発光素子の駆動回路に影
響を与え、駆動電流が変化し、発光量が変化してしまう
点を、発同時に発光する光素子の個数をカウントし、カ
ウント数に応じて、発光制御を変化させることにより、
改善することができる。
【0041】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1、9の
発明では、発光素子の同時駆動の個数を計数し、その計
数結果に応じて発光量を制御するので、従来のような発
光量のばらつきを阻止できる。
【0042】請求項2、10の発明では、個々の発光素
子に対して点灯/非点灯を指示する画像データのような
データを計数することで、発光素子を点灯するまえに同
時発光の発光素子の個数を計数することができる。
【0043】請求項3、11の発明では、発光素子の駆
動電圧や駆動電流によらず、発光時間を制御すること
で、積分発光量を制御する。これにより駆動電圧や駆動
電流の変化があっても発光量を安定させることができ
る。
【0044】請求項4、12の発明では、テーブルを使
用することにより計数結果から、発光時間に簡単に変換
が可能となる。また、発光素子の種類毎に記載情報を書
き換えればよいので、発光素子の種類の異なる発光素子
アレイに対応することができる。
【0045】請求項5、13の発明では、温度補正を加
えることにより発光素子の発光量を安定させることがで
きる。
【0046】請求項6、14の発明では、発光素子アレ
イを、電子写真式プリンタ(レーザプリンタ)の発光ヘ
ッドに使用することで。良好な記録画質を提供すること
ができる。
【0047】請求項7、15の発明では、ブロック単位
で発光素子を時分割駆動することで、アレイ全体を過熱
させることはなく、かつ、迅速な記録を行うことができ
る。
【0048】請求項8、16の発明では、自己走査型の
発光素子を使用することで、回路構成を簡素化すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施の形態の回路構成を示すブロック図
である。
【図2】本発明実施の形態の信号発生タイミングを示す
タイミングチャートである。
【図3】本発明実施の形態の発光集積素子の構成を示す
回路図である。
【図4】本発明実施の形態の発光集積素子の構成を示す
原理図である。
【図5】本発明実施の形態の発光素子の駆動信号の発生
タイミングを示すタイミングチャートである。
【図6】本発明実施の形態の発光集積素子の電流−発光
特性を示す特性図である。
【図7】本発明実施の形態の発光素子の発光数と発光制
御時間の関係を示すテーブルの内容を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
101 発光素子アレイチップ 102 発光駆動IC 103 発光ヘッド基板 104 発光制御ユニット 105 発光データ発生ユニット 106 カウントユニット 107 電源ユニット 108、110、111、113 コネクタ 109、112 ケーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷岡 宏 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の発光素子を有する発光素子アレイ
    の発光量を制御する発光素子アレイ制御ユニットにおい
    て、 同時に発光する発光素子の個数を計数する計数手段と、 該計数手段の計数結果に応じて前記同時に発光する発光
    素子の発光量を制御する制御手段とを具えたことを特徴
    とする発光素子アレイ制御ユニット。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、前記複数の発光素子は、点灯/非点灯
    を発光素子毎に指示するデータに基づき、駆動され、前
    記制御手段は、点灯を指示するデータの個数を計数する
    ことを特徴とする発光素子アレイ制御ユニット。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、前記制御手段は、同時に発光する発光
    素子の発光時間を制御することを特徴とする発光素子ア
    レイ制御ユニット。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、同時に発光する発光素子の個数と該個
    数に対応した発光時間を記載したテーブルが前記制御手
    段内に設けられており、該制御手段は、該テーブルを参
    照して、前記計数手段の計数結果に対応する発光時間を
    取得することを特徴とする発光素子アレイ制御ユニッ
    ト。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、温度計測手段をさらに有し、前記制御
    手段は該温度計測結果に基いて前記発光量を制御するこ
    とを特徴とする発光素子アレイ制御ユニット。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、前記発光素子アレイは電子写真式プリ
    ンタの発光ヘッドであることを特徴とする発光素子アレ
    イ制御ユニット。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、前記発光素子アレイは1ライン分の発
    光素子を有し、該1ライン分の発光素子を複数のブロッ
    クに分割し、該ブロックの中の発光素子を選択的に同時
    に発光させ、該ブロック単位で、時分割駆動することを
    特徴とする発光素子アレイ制御ユニット。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の発光素子アレイ制御ユ
    ニットにおいて、前記発光素子アレイの複数の発光素子
    は自己走査型発光素子であることを特徴とする発光素子
    アレイ制御ユニット。
  9. 【請求項9】 複数の発光素子を有する発光素子アレイ
    の発光量を制御する発光素子アレイ制御ユニットの制御
    方法において、 同時に発光する発光素子の個数を計数し、 当該計数の結果に応じて前記同時に発光する発光素子の
    発光量を制御することを特徴とする発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載の発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法において、前記複数の発光素子は、
    点灯/非点灯を発光素子毎に指示するデータに基づき、
    駆動され、点灯を指示するデータの個数を前記同時に発
    光する発光素子の個数として計数することを特徴とする
    発光素子アレイ制御ユニットの制御方法。
  11. 【請求項11】 請求項9に記載の発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法において、前記発光量の制御として
    同時に発光する発光素子の発光時間を制御することを特
    徴とする発光素子アレイ制御ユニットの制御方法。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載の発光素子アレイ制
    御ユニットの制御方法において、同時に発光する発光素
    子の個数と該個数に対応した発光時間を記載したテーブ
    ルを予め設けておき、 前記テーブルを参照して、前記計数の結果に対応する発
    光時間を取得することを特徴とする発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法。
  13. 【請求項13】 請求項9に記載の発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法において、前記は温度センサを前記
    発光素子アレイ近傍に設置し、前記温度センサの計測結
    果に基いて前記発光量を制御することを特徴とする発光
    素子アレイ制御ユニットの制御方法。
  14. 【請求項14】 請求項9に記載の発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法において、前記発光素子アレイは電
    子写真式プリンタの発光ヘッドであることを特徴とする
    発光素子アレイ制御ユニットの制御方法。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載の発光素子アレイ制
    御ユニットの制御方法において、前記発光素子アレイは
    1ライン分の発光素子を有し、該1ライン分の発光素子
    を複数のブロックに分割し、該ブロックの中の発光素子
    を選択的に同時に発光させ、該ブロック単位で、時分割
    駆動することを特徴とする発光素子アレイ制御ユニット
    の制御方法。
  16. 【請求項16】 請求項9に記載の発光素子アレイ制御
    ユニットの制御方法において、前記発光素子アレイの複
    数の発光素子は自己走査型発光素子であることを特徴と
    する発光素子アレイ制御ユニットの制御方法。
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