JP2007276191A - 画像形成装置 - Google Patents

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淳 宇賀神
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Abstract

【課題】VCSEL等の多数の発光点を有するレーザを採用した場合であっても、露光装置に画像データを転送するための伝送信号線数を大幅に減らすことができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像処理基板510には、画像データをシリアル化するためのパラレル/シリアル変換部511が設けられ、露光装置520には、シリアル化されて伝送されてきた画像データを元に戻すためのシリアル/パラレル変換部521が設けられる。上位装置から入力された画像データは、画像処理基板510に実装されている画像処理デバイス512によって所定の画像処理が行われた後に、パラレル/シリアル変換部511によってシリアル化される。シリアル化された画像データは、ケーブル等で露光装置520に伝送され、露光装置520において、シリアル/パラレル変換部521によってパラレルデータとされた後に、レーザ駆動信号としてレーザ駆動部522に渡される。
【選択図】図5

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に、画像形成装置を構成する構成要素間での画像データの伝送に関する。
電子写真方式の画像形成装置には、帯電、潜像形成、現像、転写、定着、クリーニング、除電などの各電子写真プロセスを実行するためのユニットが設けられており、これらの各ユニットは、主制御基板によって制御されている。このような画像形成装置では、まず、形成しようとする画像のデータに基づいて、半導体レーザから射出したレーザビームを、高速回転するポリゴンミラーなどで偏向して、感光体ドラムなどの像担持体表面を露光走査する。そして、露光走査により像担持体表面に形成された静電潜像をトナーなどの現像剤を用いて可視像化した後、可視像化された像を記録紙に転写している。
また、レーザとしては多くの場合、端面発光レーザが用いられており、この場合、1〜4本のレーザビームによって像形成を行なっている。そして、この端面発光レーザによって、通常600dpi程度の解像度を達成している。さらに、このレーザでPWMを行なうことで消点灯タイミングを変え、あたかもより解像度の高いレーザを使った如く、高画質を実現する技術も知られている。一方、VCSEL(Vertical-Cavity-Surface-Emitting Laser)では、ビーム数が飛躍的に増加して、例えば、32本となっており、このVCSELを採用することにより、高生産性、高画質を実現することが可能となる。
ところで、VCSELを駆動するための駆動信号、つまり、画像データを生成している画像処理基板から出力される信号は、現状ではパラレル信号として伝送されている。そのため32ビームVCSELの場合、32ビット分の信号線が必要となる。更に、実際のところ、信号は、伝送速度や伝送距離を考慮して画像処理基板に実装された画像処理デバイスから差動信号として出力されているため、信号の線数は、64本にもなってしまう。このような多数の信号線は、画像処理基板に多くの制約を生じさせることとなる。画像処理デバイスから一斉に出力された32ビットの画像信号は、ケーブルを経由してレーザ露光装置の受信デバイスに、同時に到達することが最も望ましいが、そのためには、画像処理基板において画像処理デバイスの出力端子からコネクタまでの各信号線の長さがすべて等しくなるように配線を行なわなければならない(なお、受信側ついても同様)。例えば、最長配線に長さを揃えるため、短い配線は、ジグザグに配線して意図的に長くさせること(ミアンダ配線)が必要となる。また、信号間の干渉を防ぐために配線の間は一定の距離をあけることも必要となる。すなわち、配線のために、多くの基板面積が必要となることになる。そのため、基板サイズが拡大することになってコストアップにつながるし、装置内のレイアウトや装置の大きさにも影響が出てくることになる。
また、コストダウンを実現する方法として、ひとつのデバイスに複数の機能を詰め込んでワンチップ化することが考えられるが、画像データを出力する画像処理基板側のデバイスや、当該画像データを受信するレーザ露光装置側のデバイスに、VCSEL複数個(例えば、2個又は4個)分の機能を収めることを考えたとき、ピン数が増大し、パッケージが相当に大きくなってしまうことになる。
また、画像処理デバイスが搭載されている画像処理基板とレーザ露光装置とは、通常、なにかしらのケーブルによって接続されているが、このケーブルについては、差動信号を伝送させるため、特性インピーダンスが考慮された導体のケーブル仕様とする必要がある。64本の信号線を通すにはケーブルが硬く太くなってしまい、コストも高くなる。このようなケーブルを、一般オフィス向け等の原価コストが重視される画像形成装置に使うことは難しい。そのため、比較的安価なフレシキブル・フラット・ケーブル(FFC)が利用されるケースが多い。しかしながら、このケーブルでは、画像形成装置で必要とされる伝送距離において、前述した特性インピーダンスの性能を安定して引き出すことは難しく、伝送した信号波形に歪みや伝送損失を生じさせる。このため、将来に向けた画像形成装置の高生産化、高画質化には向いているとは言い難い。特性インピーダンスを確保するためFFCでは、信号線と平行にGND線が設けられている。そのため32ビットVCSEL1個につき、64本の信号線、GND線を含めた幅広いFFCを使い伝送するか、もしくは複数本に分配して伝送することが必要になる。その結果、VCSELを複数個使う画像形成装置においては、配線レイアウトや作業性の悪化が無視できなくなる。
前述してきたとおり32ビームVCSELを採用したときは、高生産性、高画質化には非常に有効であるが、レーザを消点灯させるための画像データを伝送する手段には多くの課題が生じてくる。
一方で、例えば32ビームVCSEL搭載の画像形成装置と同じ性能スペック(プロセススピード、生産性、ポリゴンミラーの回転数など)を有する画像形成装置を、従来の端面発光レーザ(600dpi)4本で実現するには、レーザの消点灯速度を概略ビーム数(8倍)だけ速くしなければ潜像形成が間に合わなくなる。そのため、端面発光レーザにおいて伝送線路の数を減らすためにシリアル化を行おうとしても、面発光レーザのケースよりも、伝送速度を高速化させるためのハードルは高く、難しいことになる。
なお、特開2001−199099号公報には、種々の画像処理を行う画像処理基板を含む印字処理部から、半導体レーザの駆動信号を生成するレーザ制御装置にシリアル画像データを転送する画像形成装置が開示されている。また、特開2001−16382号公報には、内部インタフェースとして、高速シリアルインターフェースを使用したデジタル複写機が開示されている。
特開2001−199099号公報 特開2001−16382号公報
本発明の目的は、VCSEL等の多数の発光点を有するレーザを採用した場合であっても、露光装置に画像データを転送するための伝送信号線数を大幅に減らすことができる画像形成装置を提供することにある。
本発明に係る画像形成装置は、複数の発光点がマトリックス状に配置されたレーザを有する露光部と、前記複数の発光点を消点灯させるための画像データを生成する画像処理部とを備え、前記画像処理部は、前記画像データを前記露光部に送る際、副走査方向に並ぶ複数の発光点で構成される発光点列毎に、各発光点列に対応する画像データを束ねてシリアル化することを特徴とする。
この場合において、前記画像処理部は、前記各発光点列に対応する画像データを伝送する各チャンネル毎に、画像データの出力タイミングを調整する調整手段を備えるようにしてもよい。
また、前記調整手段は、画像データを生成しているクロック信号の位相調整を行う位相調整部を備えるようにしてもよい。更に、前記位相調整部は、位相調整量を変更するようにしてもよい。
また、前記調整手段は、画像データを生成しているクロック信号の周期単位で、画像データを遅延させることができる遅延部を備えるようにしてもよい。更に、前記遅延部は、遅延量を変更することができるようにしてもよい。
また、以上の場合において、前記露光部が有するレーザは、例えば、面発光レーザ(VCSEL)である。
本発明によれば、VCSEL等の多数の発光点を有するレーザを採用した場合であっても、露光装置に画像データを転送するための伝送信号線数を大幅に減らすことが可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明が適用される画像形成装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、本発明が適用される画像形成装置100は、インタフェースボード110と、画像処理基板120A,120Bと、露光装置130Y,130M,130C,130Kと、制御基板140とで構成されている。また、画像形成装置100は、上位装置であるコントローラ150と接続されている。
インタフェースボード110は、コントローラ150と画像形成装置100との画像データのやり取りを制御するものである。
画像処理基板120A,120Bは、コントローラ150からインタフェースボード110を介して渡される画像データに対して所定の画像処理を行うものである。画像処理基板120A,120Bには、画像処理を行うための画像処理デバイスが2個実装されている。本実施形態では、1個の画像処理デバイスで、各VCSEL用のデータを生成しており、各画像処理デバイスが、各露光装置130Y,130M,130C,130Kと接続されている。
露光装置130Y,130M,130C,130Kは、それぞれ、画像処理基板120A,120Bから渡されるY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、K(ブラック)各色の画像データに基づいて、感光体ドラムを露光走査するレーザ光を発生するものである。露光装置130Y,130M,130C,130Kでは、レーザとしてVCSELを採用している。以下では、ビーム数が32の場合について説明するが、ビーム数は32に限られない。
制御基板140は、画像形成装置100の動作を制御するものであり、メモリ等を備える。
コントローラ150から画像データがインタフェースボード110を介して画像処理基板120A,120Bに入力されると、画像処理基板120A,120Bにおいて所定の画像処理がされた後、2値化されて、露光装置130Y,130M,130C,130Kにレーザ駆動信号として出力される。
図2は、画像処理デバイスの機能構成を示す図である。
同図に示すように、画像処理デバイス200は、プロセスコントロール部210と、階調処理部220と、レジストレーションコントロール部230と、多値/2値変換部240と、各種補正処理部250とを備える。画像処理デバイス200は、画像データを差動信号として出力する。
図3は、露光装置の構成を示す図である。
同図に示すように、露光装置300は、レーザ310と、ポリゴンミラー320と、fΘレンズ330とを備える。レーザ310から出力されたレーザ光は、回転するポリゴンミラー320で反射され、fΘレンズ330を介して、感光体ドラム340を露光走査して静電潜像を形成する。
図4は、32ビームVCSELの発光点の配置を示す図である。
同図に示すように、32ビームVCSEL400は、主走査方向(同図における横方向)に、4ビット、副走査方向(同図における縦方向)に8ビットの配列で構成されている。すなわち、副走査方向に直線状に並ぶ8つの発光点で構成される4つの発光点列(第1列〜第4列)によって構成されており、第1列から第4列までの列間は、ビデオクロックで20〜50クロック分程度離れている。なお、ビデオクロックは、画像形成装置によって異なる。
図5は、本実施形態における画像処理基板から露光装置への画像データの伝送方式を説明するための図である。同図に示すように、画像処理基板510には、画像データをシリアル化するためのパラレル/シリアル変換部(P/S変換部)511が設けられ、露光装置520には、シリアル化されて伝送されてきた画像データを元に戻すためのシリアル/パラレル変換部(S/P変換部)521が設けられる。そして、P/S変換部511とS/P変換部521とは、高速シリアルインターフェースによって接続される。コントローラから入力された画像データは、画像処理基板510に実装されている画像処理デバイス512によって所定の画像処理が行われた後に、P/S変換部511によってシリアル化される。シリアル化された画像データは、ケーブル等で露光装置520に伝送され、露光装置520において、S/P変換部521によってパラレルデータとされた後に、レーザ駆動信号としてレーザ駆動部522に渡される。
図6は、図5に示したP/S変換部511とS/P変換部521の構成を示す図である。本実施形態では、画像データは8ビット単位でシリアル化を行う。
同図に示すように、P/S変換部511は、8B10Bエンコーダ611と、シリアライザ612と、PLL613と、位相調整部(PhaseShift)614と、FIFO(First−in First−out)メモリ615と、送信バッファ616とを備える。また、S/P変換部521は、デシリアライザ621と、8B10Bデコーダ622と、CDR(Clock Data Recovery)623と、受信バッファ624と、カンマ検出625と、FIFOメモリ626とを備える。
昨今のデジタルカラー画像形成装置では、高生産性、高解像度対応のため画像データの基本速度となるビデオクロックの周波数は徐々に高くなってきている。シリアル化した場合に伝送帯域が高いと、より具体的にはGHz帯になるようなケースでは、変調符号しないと安定した伝送品質を確保することができない。そのため、本実施形態では、DCバランスが良い8B10B符号化技術を取り入れている。すなわち、画像データは8ビット毎に、8B10Bエンコーダ611によって、ビデオクロックを基づいて符号化されて、10ビットデータに変換される。そして、この10ビットデータが、シリアライザ612によってシリアルデータに変換されて出力される。
また、P/S変換部511は、ビデオクロックを逓倍するためのPLL613と共に、位相調整部614を備えている。位相調整部614は、入力されるビデオクロックの1/k(例えば、1/256)毎の位相調整が可能であり、本実施形態では、位相調整部614によってチャンネル毎に位相の微調整を行う。ところが、前述したようにVCSEL列間は、ビデオクロックの20〜50クロック程度もあるため、ビデオクロックの1/256単位の微細調整だけでは調整範囲が狭いことになる。そこで、本実施形態では、ビデオクロック単位で画像データを出力遅延させる遅延回路(図10参照)を設けて、位相調整によるビデオクロック×n/256との組み合わせで、粗調整と微調整を可能にする。粗調整では、最も早く潜像形成を行う発光点列に対応する画像データに対して、それ以降に潜像形成を行う発光点列に対応する画像データの出力タイミングを、ビデオクロック単位で遅らせる。
従来の画像処理デバイスでは、ビデオクロックの立上りもしくは立下りエッジで調整させていたため、最小調整=ビデオクロック周波数×1/2倍となり、画像形成装置から要求される値に近づけられないという問題があった。例えば、ビデオクロック=80MHzとしたとき、最大微調整範囲=12.5ns×1/2=6.25nsとなる。一方、本実施形態では、高速シリアルインタフェースで使用する位相調整部614を調整用として使うことで、ビデオクロック×1/256=48.8ps単位で調整が可能になる。
P/S変換部511から出力されてS/P変換部521によって受信されたシリアルデータは、デシリアライザ621によってパラレルデータに変換された後、8B10Bデコーダ622によって8ビット毎に復号されて、元の画像データが復元される。
図7及び図8は、本実施形態において画像データを画像処理基板から露光装置に伝送する際の画像データの流れを説明するための図である。図7は、送信側(画像処理基板)の画像データの流れを示し、図8は、受信側(露光装置)の画像データの流れを示す図である。
本実施形態では、VCSELの第1列の8ビット、第2列の8ビット、第3列の8ビット及び第4列の8ビットをそれぞれ束ねてシリアル化する。すなわち、図7に示すように、VCSELの第1列に対応する画像データD1,D5,D9,D13,D17,D21,D25,D29を束ねて、8B10Bエンコーダ710によって10ビットデータに符号化し、シリアライザ720によってシリアルデータに変換してチャンネルCh1によって露光装置に伝送する。同様に、VCSELの第2列に対応する画像データD2,D6,D10,D14,D18,D22,D26,D30を束ねて8B10B符号化した後にシリアル化して、チャンネルCh2によって露光装置に伝送し、VCSELの第3列に対応する画像データD3,D7,D11,D15,D19,D23,D27,D31を束ねて8B10B符号化した後にシリアル化して、チャンネルCh3によって露光装置に伝送し、VCSELの第4列に対応する画像データD4,D8,D12,D16,D20,D24,D28,D32を束ねて8B10B符号化した後にシリアル化して、チャンネルCh4によって露光装置に伝送する。このような束ね方をすることで、VCSELの列間を潜像において調整することが可能になる。
一方、図8に示すように、Ch1によって伝送されてきたシリアルデータは、デシリアライザ810によって10ビットパラレルデータに変換された後に、8B10Bデコーダ820によって復号されて元の画像データD1,D5,D9,D13,D17,D21,D25,D29が復元される。同様に、Ch2によって伝送されてきたシリアルデータは、10ビットパラレルデータに変換された後に、8B10B復号されて元の画像データD2,D6,D10,D14,D18,D22,D26,D30が復元され、Ch3によって伝送されてきたシリアルデータは、10ビットパラレルデータに変換された後に、8B10B復号されて元の画像データD3,D7,D11,D15,D19,D23,D27,D31が復元され、Ch4によって伝送されてきたシリアルデータは、10ビットパラレルデータに変換された後に、8B10B復号されて元の画像データD4,D8,D12,D16,D20,D24,D28,D32が復元される。
図9は、32ビームVCSELが感光体ドラムに縦線の潜像を形成する場合の各チャンネルの出力タイミングを説明するための図である。同図(a)は、32ビームVCSELの発光点の配置と、感光体ドラムに潜像形成されて用紙に転写される縦線との関係を示す図であり、同図(b)は、Ch1〜Ch4において、レーザを点灯させるための画像データを送信するタイミングを示すタイミングチャートである。同図に示すように、画像データは、潜像形成タイミングが早い発光点列の順に(すなわち、Ch4,Ch3,Ch2,Ch1の順で)順次送られるが、Ch1〜Ch4のチャンネル間は、画像形成装置のポリゴンミラーの回転速度やプロセススピードによって決定されることになる。
図10は、本実施形態における位相調整を説明するための図である。
画像データをシリアライザ1011〜1014によってパラレルデータからシリアルデータに変換するとき、PLL1021〜1024で逓倍したクロックでシリアルデータを生成する。本実施形態では、8B10B符号化された10ビットのデータをシリアル化するため、ビデオクロックを10逓倍したクロックがPLL内部で生成される。そして10逓倍クロックに同期して10ビットデータがシリアル化される。
また、本実施形態では、位相調整部1031〜1034によって各チャンネル毎に位相の微調整が行われると共に、遅延回路1041〜1044によって、各チャンネル毎に、ビデオクロック単位で画像データが出力遅延される。各位相調整部1031〜1034における位相調整量及び各遅延回路1041〜1044における遅延量は、それぞれ適当な値に変更・設定することができる。これにより、ビーム間ギャップ補正が可能となる。
以上説明したように、本実施形態においては、画像処理基板(画像処理デバイス)と露光装置とを高速シリアルインタフェースで接続しているので、レーザとしてVCSELを採用することによってレーザ本数が従来より飛躍的に増えた場合であっても、画像データを転送するための伝送信号線数を大幅に減らすことが可能となる。その結果、信号の配線による基板の制約が大幅に軽減されるし、複数色の機能等を1チップ化する場合にも、ピン数の問題を解消することが可能となり、また、パッケージも小さいサイズを選択することが可能となる。更に、伝送ケーブルの課題が解決され、伝送品質の改善、作業性改善、コストダウンなどが図れる。
更に、VCSELの発光点の配置に応じて定まる所定のレーザ駆動信号群を束ねてシリアル伝送することで、ビーム間ギャップの粗調・微調を行うことが可能となる。その結果、従来よりも精度よくビーム間ギャップを調整することが可能となり、更なる高解像度化に対応することができるようになる。
本発明が適用される画像形成装置の構成を示すブロック図である。 画像処理デバイスの機能構成を示す図である。 露光装置の構成を示す図である。 32ビームVCSELの発光点の配置を示す図である。 本実施形態における画像処理基板から露光装置への画像データの伝送方式を説明するための図である。 P/S変換部511及びS/P変換部521の構成を示す図である。 本実施形態において画像データを画像処理基板から露光装置に伝送する際の画像データの流れを説明するための図である(送信側)。 本実施形態において画像データを画像処理基板から露光装置に伝送する際の画像データの流れを説明するための図である(受信側)。 32ビームVCSELが感光体ドラムに縦線の潜像を形成する場合の各チャンネルの出力タイミングを説明するための図である。 本実施形態における位相調整を説明するための図である。
符号の説明
100 画像形成装置
110 インタフェースボード
120A,120B 画像処理基板
130Y,130M,130C,130K 露光装置
140 制御基板
150 コントローラ
200 画像処理デバイス
210 プロセスコントロール部
220 階調処理部
230 レジストレーションコントロール部
240 多値/2値変換部
250 各種補正処理部
300 露光装置
310 レーザ
320 ポリゴンミラー
330 fΘレンズ
340 感光体ドラム
400 32ビームVCSEL
510 画像処理基板
511 パラレル/シリアル変換部
512 画像処理デバイス
520 露光装置
521 シリアル/パラレル変換部
522 レーザ駆動部
611 8B10Bエンコーダ
612 シリアライザ
613 PLL
614 位相調整部
615 FIFOメモリ
616 送信バッファ
621 デシリアライザ
622 8B10Bデコーダ
623 CDR
624 受信バッファ
625 カンマ検出
626 FIFOメモリ
710 8B10Bエンコーダ
720 シリアライザ
810 デシリアライザ
820 8B10Bデコーダ
1011〜1014 シリアライザ
1021〜1024 PLL
1031〜1034 位相調整部
1041〜1044 遅延回路

Claims (7)

  1. 複数の発光点がマトリックス状に配置されたレーザを有する露光部と、
    前記複数の発光点を消点灯させるための画像データを生成する画像処理部と
    を備え、
    前記画像処理部は、前記画像データを前記露光部に送るときに、副走査方向に並ぶ複数の発光点で構成される発光点列毎に、各発光点列に対応する画像データを束ねてシリアル化する
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記画像処理部は、前記各発光点列に対応する画像データを伝送する各チャンネル毎に、
    画像データの出力タイミングを調整する調整手段を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記調整手段は、画像データを生成しているクロック信号の位相調整を行う位相調整部を備える
    ことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記位相調整部は、位相調整量を変更することができる
    ことを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記調整手段は、画像データを生成しているクロック信号の周期単位で、画像データを遅延させることができる遅延部を備える
    ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  6. 前記遅延部は、遅延量を変更することができる
    ことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記露光部が有するレーザは、面発光レーザ(VCSEL)である
    ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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