JP2022100479A - プリントヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】プリントヘッドの駆動回路の負荷軽減に優れたプリントヘッドおよび画像形成装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係るプリントヘッドおよび画像形成装置は、発光素子列、駆動部、及び発光制御部を備える。前記発光素子列は、主走査方向に沿って連続的に配置される複数の発光素子を含む。前記発光制御部は、前記複数の発光素子に含まれる所定数の連続する発光素子で構成される発光素子グループの単位で、画像データに基づき異なる位相の駆動信号を出力させる。前記駆動部は、前記駆動信号に基づき前記複数の発光素子のそれぞれを個別に発光させる。【選択図】 図13

Description

本発明の実施形態は、プリントヘッドおよび画像形成装置に関する。
プリントヘッドを備えた電子写真プリンタ(以下、プリンタ)が広く普及している。プリントヘッドは、複数の発光素子を備える。発光素子としては、LED(Light Emitting Diode)を用いたものや、有機EL(OLED:Organic Light Emitting Diode)を用いたものがある。例えば、プリントヘッドには15400画素相当の発光素子が設けられ、発光素子の並びが主走査方向、主走査方向に直交する方向が副走査方向になる。プリンタは、これら複数の発光素子から照射される光によって感光体ドラムを露光し、感光体ドラムに形成された潜像に対応する画像を記録紙であるシート上にプリントする。
特開2007-283599号公報
上記したように、プリントヘッドには複数の発光素子が設けられているが、直線画像等のプリントに対応して、これら複数の発光素子を同時に発光又は消灯させようとすると、駆動回路への突入電流(変化)が大きくなることが知られている。これに関して、このような電流変化の負荷を低減する技術が要望されている。
本発明の目的は、画像の品質を低下させることのないプリントヘッドの駆動回路の負荷軽減に優れたプリントヘッドおよび画像形成装置を提供することである。
実施形態に係るプリントヘッドおよび画像形成装置は、発光素子列、駆動部(DRV回路)、及び発光制御部を備える。前記発光素子列は、主走査方向に沿って連続的に配置される複数の発光素子を含む。前記発光制御部は、前記複数の発光素子に含まれる所定数の連続する発光素子で構成される発光素子グループの単位で、画像データに基づき異なる位相の駆動信号を出力させる。前記駆動部は、駆動信号に基づき前記複数の発光素子のそれぞれを個別に発光させる。
図1は、実施形態に係る画像形成装置に適用される感光体ドラムとプリントヘッドの位置関係の一例を示す図である。 図2は、実施形態に係るプリントヘッドを構成する1列配置の発光素子の配置例を示す図である。 図3は、実施形態に係るプリントヘッドを構成する2列配置の発光素子列の配置例を示す図である。 図4は、実施形態に係るプリントヘッドを構成する透明基板の一例を示す図である。 図5は、実施形態に係るプリントヘッドの発光素子とDRV回路のレイアウトの一例を示す図である。 図6は、実施形態に係るプリントヘッドの透明基板の断面の一例を示す図である。 図7は、実施形態に係るプリントヘッドの発光素子の構造の一例を説明する図である。 図8は、実施形態に係る発光素子を駆動するためのDRV回路、DRV回路により発光する発光素子、及び発光素子への電流供給を切替えるスイッチを含む回路構成の一例を示す図である。 図9は、実施形態に係るDRV回路に入力されるサンプルホールド信号およびPWM信号と発光素子の発光状態との関係の一例を示すタイミングチャートである。 図10は、実施形態に係るプリントヘッドのヘッド回路ブロックの一例を示す図である。 図11は、本実施形態に係るプリントヘッドを適用した画像形成装置の一例を示す図である。 図12は、実施形態に係る画像形成装置の制御システムの一例を示すブロック図である。 図13は、実施形態に係るプリントヘッドの1列配置の発光素子の発光タイミングチャートの一例を示す図である。 図14は、実施形態に係るプリントヘッドの1列配置の発光素子による感光体ドラム上の露光イメージの一例を示す図である。 図15は、実施形態に係るプリントヘッドの隣接する2つの発光素子グループにより形成される画像イメージの一例を示す図である。 図16は、実施形態に係るプリントヘッドのn個の発光素子グループにより形成される画像イメージの一例を示す図である。 図17は、実施形態に係るプリントヘッドの2列配置の発光素子の発光タイミングチャートの一例を示す図である。 図18は、実施形態に係るプリントヘッドの2列配置の発光素子による感光体ドラム上の露光イメージの一例を示す図である。 図19は、実施形態係る複数のプリントヘッドにより形成される画像イメージの一例を示す図である。
以下、実施形態に係る画像形成装置の一例について図面を用いて説明する。各図において、同一構成については同一の符号を付す。画像形成装置は、プリンタ、複写機、又は複合機(MFP:Multi-Functional Peripheral)である。本実施形態では、MFPに相当する画像形成装置について説明する。
[プリントヘッドの構成]
図1~図10を参照して、実施形態に係る画像形成装置に適用されるプリントヘッドの構成の一例について説明する。
図1は、実施形態に係る画像形成装置に適用される感光体ドラムとプリントヘッドの位置関係の一例を示す図である。
画像形成装置は、図1に示す感光体ドラム17及びプリントヘッド1を備える。プリントヘッド1は、感光体ドラム17に対向して配置される。
感光体ドラム17は、図1に示す矢印の方向に回転する。感光体ドラム17の回転方向を副走査方向(Y軸方向)、副走査方向に直交する方向を主走査方向(X軸方向)と呼ぶ。感光体ドラム17は、帯電器によって一様に帯電し、プリントヘッド1からの光によって露光され、その露光部の電位が下がる。つまり、画像形成装置は、プリントヘッド1の発光を制御し、感光体ドラム17上に静電潜像を形成する。プリントヘッド1の発光を制御することは、プリントヘッド1の発光と消灯(非発光)のタイミングを制御することである。
プリントヘッド1は、発光部10及びロッドレンズアレイ12を備える。発光部10は、透明基板11を備える。例えば、透明基板11は、光を透過するガラス基板である。透明基板11上には、複数の発光素子からなる発光素子列13が形成される。
プリントヘッド1は、複数の発光素子列を備えてもよいし、単一の発光素子列を備えてもよい。例えば、図1に示すように、プリントヘッド1は、第1の発光素子列1301及び第2の発光素子列1302の2列の平行な発光素子列を備える。ロッドレンズアレイ12は、第1の発光素子列1301及び第2の発光素子列1302の2列の各発光素子131からの光を感光体ドラム17上に集光する。これにより、感光体ドラム17上には発光素子131の発光に応じた画像ラインが形成される。また、プリントヘッド1は、ギャップスペーサ121を備える。ギャップスペーサ121は、透明基板11と感光体ドラム17の間を所定距離に保つ。
なお、図1を参照して、2列配置の発光素子列を備えるプリントヘッド1の一例を説明したが、1列配置の発光素子列を備えるプリントヘッド1でもよい。その場合、ロッドレンズアレイ12も1列配置の発光素子列に対応し、1列配置の発光素子からの光を感光体ドラム17に集光する。
図2は、実施形態に係るプリントヘッドを構成する1列配置の発光素子の配置例を示す図である。
図2に示すように、主走査方向(X軸方向)、及び主走査方向に直交する副走査方向(Y軸方向)を定義する。複数の発光素子131は、主走査方向に沿って連続的に配置される。また、後述する透明基板11上のICは、発光制御部として機能し、発光素子グループの単位で、後述する駆動回路を通して複数の発光素子131の発光を制御する。1つの発光素子グループは、複数の発光素子131に含まれる所定数の連続する発光素子で構成される。つまり、複数の発光素子131は、第1から第n(n:自然数)までのn個の発光素子グループの単位で分割して制御される。
発光制御部(透明基板11上のIC)は、異なる位相のPWM信号を各発光素子グループの駆動回路に対して出力する。駆動回路は、駆動部として機能し、発光制御部が出力するPWM信号に基づき複数の発光素子131のそれぞれを個別に発光させる異なる位相の駆動信号を生成する。後述する画像形成部は、異なる位相の駆動信号に基づく複数の発光素子131の発光に対応して画像を形成する。
図2に示すように、各発光素子131の副走査方向のサイズS、主走査方向のサイズM、発光素子131の素子間のピッチPを定義する。例えば、ピッチP、サイズM、サイズSは、以下の通りである。
P=21μm(1200dpiピッチ)
M=19μm
S=17μm
図3は、実施形態に係るプリントヘッドを構成する2列配置の発光素子列の配置例を示す図である。
図3に示すように、主走査方向、及び主走査方向に直交する副走査方向を定義する。第1の発光素子列1301及び第2の発光素子列1302に含まれる複数の発光素子131は、主走査方向に沿って連続的に配置される。例えば、複数の発光素子131に対して1からxまでシリアルナンバーを割り当てると仮定する。2列配置の例では、第1の発光素子列1301は、奇数番目の発光素子131を含み、第2の発光素子列1302は、偶数番目の発光素子131を含む。ここでの連続的な配置は、第1の発光素子列1301に含まれる奇数番目の発光素子131と第2の発光素子列1302に含まれる偶数番目の発光素子131とが交互に連続すること、即ちシリアルナンバー順に連続することを意味する。
また、透明基板11上のICは、発光制御部として機能し、発光素子グループの単位で、後述する駆動回路を通して複数の発光素子131の発光を制御する。1つの発光素子グループは、シリアルナンバー順に連続する所定数の発光素子で構成される。即ち、1つの発光素子グループは、第1の発光素子列1301と第2の発光素子列1302に跨って配置され、且つシリアルナンバー順に連続する所定数の発光素子で構成される。つまり、複数の発光素子131は、第1から第n(n:自然数)までのn個の発光素子グループの単位に分割して制御される。
発光制御部(透明基板11上のIC)は、異なる位相のPWM信号を各発光素子グループの駆動回路に対して出力する。駆動回路は、駆動部として機能し、発光制御部が出力するPWM信号に基づき複数の発光素子131のそれぞれを個別に発光させる異なる位相の駆動信号を生成する。後述する画像形成部は、異なる位相の駆動信号に基づく複数の発光素子131の発光に対応して画像を形成する。
図3に示すように、各発光素子131の副走査方向のサイズS、主走査方向のサイズM、奇数番目の発光素子131と偶数番目の発光素子131の素子間のピッチP、奇数番目の発光素子131と奇数番目の発光素子131の素子間のピッチ2P、偶数番目の発光素子131と偶数番目の発光素子131の素子間のピッチ2Pを定義する。例えば、ピッチP、サイズM、サイズS、レングスLは、以下の通りである。
P=21μm(1200dpiピッチ)
M=25μm
S=20μm
L=63.5μm(1200dpiの3ライン分)
第1の発光素子列1301に含まれる発光素子131と、第2の発光素子列1302に含まれる発光素子131は、主走査方向にピッチPだけシフト配置される。2列配置にすると、主走査方向のサイズMをピッチP以上にすることができる(M≧P)。即ち、1列配置の発光素子131の発光面積より、2列配置の発光素子131の発光面積を大きくすることができる。
発光素子131は、光量を上げるために電流密度を上げると寿命が短くなるが、発光面積を増やすことにより電流密度を上げずに光量を増やすことができる。
図4は、実施形態に係るプリントヘッドを構成する透明基板の一例を示す図である。図4は、2列配置の発光素子列に対応する透明基盤の一例を示すが、プリントヘッドは1列配置の発光素子でもよい。
図4に示すように、透明基板11上の中央部には2つの発光素子列13(第1の発光素子列1301及び第2の発光素子列1302)が、透明基板11の長手方向に沿って形成される。発光素子列13の近傍には、各発光素子を駆動する(発光させる)ための駆動回路列14(第1の駆動回路列1401及び第2の駆動回路列1402)が形成される。以下、「駆動」を「DRV」と表記する。図4では、2つの発光素子列13の両側に発光素子を駆動する(発光させる)ためのDRV回路列14が配置されるが、DRV回路列14を片側に配列するようにしても良い。
透明基板11の端部には、IC(Integrated Circuit)15が配置される。また、透明基板11は、コネクタ16を備える。コネクタ16は、プリントヘッド1とプリンタ、複写機、又は複合機の制御系と電気的に接続する。この接続によって電力供給、ヘッド制御、画像データの転送などが可能になる。透明基板11には、発光素子列13、DRV回路列14などが外気に触れないよう封止するための基板が取り付けられている。尚、透明基板へのコネクタ装着が困難な場合には、FPC(Flexible Printed Circuits)を透明基板に接続し、制御系と電気的に接続しても良い。
図5は、実施形態に係るプリントヘッドの発光素子とDRV回路のレイアウトの一例を示す図である。図5は、2列配置の発光素子列に対応するDRV回路のレイアウトの一例を示すが、プリントヘッドは1列配置の発光素子でもよい。
図5に示すように、プリントヘッド1の発光部10は、複数の発光素子131が並ぶ発光素子列13、及び複数のDRV回路140が並ぶDRV回路列14を備える。DRV回路140は、配線145の信号(後述するサンプルホールド信号21、発光レベル信号22、PWM(Pulse Width Modulation)信号32に相当)に基づきそれぞれに接続された発光素子131を発光させる。
図6は、実施形態に係るプリントヘッドの透明基板の断面の一例を示す図である。図6は、2列配置の発光素子列に対応する透明基盤の断面の一例を示すが、プリントヘッドは1列配置の発光素子でもよい。
図6に示すように、プリントヘッド1の発光部10は、透明基板11の基準面1101に対向配置された複数の発光素子131、複数のDRV回路140、及び配線145を備える。また、発光部10は、封止ガラス1102を備える。透明基板11と封止ガラス1102に囲われた空間に、複数の発光素子131、複数のDRV回路140、及び配線145が配置される。発光素子131からの光は、透明基板11を透過し、感光体ドラム17に向けて照射される。
図7は、実施形態に係るプリントヘッドの発光素子として有機EL(OLED:Organic Light Emitting Diode)を用いた場合の構造の一例を説明する図である。なお、図7では、封止ガラス1102は省略している。
図7に示すように、破線で示された発光素子131は、正孔輸送層1311、発光層1312、電子輸送層1313の一部を積層方向に順に備える。発光素子131は、電極(+)1321と電極(-)1323に接して挟まれ、電極から供給される電流で発光する。電極(-)1323は、発光層1312で発光した光を反射する構造を有する。絶縁層1322の絶縁性により積層方向の電流が遮断されるため、電極(+)1321から積層方向に見て絶縁層1322の陰にならない部分の発光層1312が発光し、この発光する部分が発光素子131となる。従って、先の図2、3で説明した発光素子131の発光形状やサイズは、絶縁層1322のパターン形状によって定まる。このような構造により発光層1312で発光した光は、透明基板11側に出力される。
図8は、実施形態に係る発光素子を駆動するためのDRV回路、DRV回路により発光する発光素子、及び発光素子への電流供給を切替えるスイッチを含む回路構成の一例を示す図である。
DRV回路は、低温ポリシリコン薄膜トランジスターにより構成される。サンプルホールド信号21は、DRV回路140に接続される発光素子131の発光強度を変化させる際に“L”レベルとなる。サンプルホールド信号21が“L”レベルになった際には、発光レベル信号22の電圧に応じてコンデンサ142の電圧が変化する。つまり、コンデンサ142は、後述する補正データに応じて変化する電位を保持する。
サンプルホールド信号21が“H”になると、コンデンサ142の電圧が保持される。発光レベル信号22の電圧が変化してもコンデンサ142の電圧レベルは変化しない。DRV回路140の信号線Iに接続された発光素子131には、コンデンサ142に保持された電圧に応じた電流が流れる。つまり、発光素子131は、コンデンサの電位に応じて発光する。サンプルホールド信号21により、発光素子列13に含まれる複数の発光素子131から所定の発光素子131を選択し、発光レベル信号22により、発光強度を決定し、その発光強度を維持することができる。
また、DRV回路140には、スイッチ144が接続される。スイッチ144は発光素子131への電流供給の供給又は非供給(電流供給のオン又はオフ)を切替える。PWM信号32によりスイッチ144が閉じると、発光素子131に電流が流れ発光素子131は発光する。PWM信号32によりスイッチ144が開くと、発光素子131に電流は流れず発光素子131は消灯する。
尚、図8ではDRV回路140とスイッチ144を個別に説明したが、DRV回路140にスイッチ144を含めて説明することがある。つまりDRV回路140という表現にスイッチ144を含めて説明する場合がある。
図9は、実施形態に係るDRV回路140に入力されるサンプルホールド信号21およびPWM信号32と発光素子131の発光状態との関係の一例を示すタイミングチャートである。
図9に示すように、サンプル期間(S)とホールド期間(H)を含むサンプルホールド信号21のホールド期間とPWM信号32の立ち上がり期間に対応して発光素子131は発光し、PWM信号32の立ち下がり期間に対応して発光素子131は消灯する。
サンプル期間(S)では、IC15に内蔵されているD/A153が出力する電圧がDRV回路内のコンデンサ142にサンプリングされ、ホールド期間(H)でホールド(保持)される。PWM信号による発光は、ホールド期間(H)中に行われる。尚、PWM信号幅を変化させることで、ライン周期あたりの発光素子光量を変化させることができる。
図10は、実施形態に係るプリントヘッドのヘッド回路ブロックの一例を示す図である。図10は、2列配置の発光素子列に対応するヘッド回路ブロックの一例を示すが、プリントヘッドは1列配置の発光素子でもよい。
図10に示すように、発光部10は、第1から第nまでのn個の発光素子グループ160を備え、さらに、IC15を含むヘッド回路ブロックを備える。なお、発光素子グループ160は、IC15による発光制御のためのグループである。IC15は、発光制御部として機能し、発光素子アドレスカウンタ151、デコーダ152、D/A(digital to analog)変換回路153、光量補正メモリ154、及び発光ON/OFF指示回路155などを備える。これら発光素子アドレスカウンタ151、デコーダ152、D/A変換回路153、光量補正メモリ154、及び発光ON/OFF指示回路155は、先に説明したサンプルホールド信号21、発光レベル信号22、及びPWM信号32をDRV回路140等に供給する。
図10に示すように、DRV回路140の各々に発光素子131が接続される。DRV回路140は、駆動部として機能し、発光素子グループ160の単位で、IC15が出力するサンプルホールド信号21、発光レベル信号22、及びPWM信号32に基づき発光素子131を発光させる駆動信号を生成する。それぞれ個別のDRV回路140は、それぞれ個別の発光素子131に個別の駆動信号(電流)を供給する。第1の発光素子列1301に接続される第1のDRV回路列1401に対してD/A変換回路153が接続される。同様に、第2の発光素子列1302に接続されるDRV回路列1402に対してD/A変換回路153が接続される。
光量補正メモリ154は、各発光素子131に流す電流に応じた補正データを記憶する。発光素子アドレスカウンタ151には、コネクタ16を介して、水平同期信号24及び画像データ書き込みクロックCが入力される。水平同期信号24は、発光素子アドレスカウンタ151のカウント値をリセットする。発光素子アドレスカウンタ151は、画像データ書き込みクロックCに同期した発光素子アドレス信号25を出力する。
光量補正メモリ154には、画像データ31、及び発光素子アドレスカウンタ151から出力される発光素子アドレス信号25が入力される。デコーダ152には、発光素子アドレスカウンタ151から出力される発光素子アドレス信号25が入力される。デコーダ152は、発光素子アドレス信号25で指定された発光素子131に対応するサンプルホールド信号21を出力する。光量補正メモリ154は、発光素子アドレス信号25で指定された発光素子131に対応する補正データ33を出力する。D/A変換回路153には、光量補正メモリ154から出力される補正データ33が入力される。D/A変換回路153は、補正データ33に基づく発光レベル信号22の電圧を出力する。DRV回路140のコンデンサ142に発光レベル信号22の電圧がサンプルホールドされる。コンデンサ142へのサンプルホールドは周期的に行われる。
[画像形成装置の構成]
図11は、本実施形態に係るプリントヘッドを適用した画像形成装置の一例を示す図である。図11は、4連タンデム型のカラー画像形成装置の一例であるが、実施形態のプリントヘッド1は、モノクロの画像形成装置に適用することもできる。
図11に示すように、例えば、画像形成装置100は、イエロー(Y)の画像を形成する画像形成ユニット1021、マゼンタ(M)の画像を形成する画像形成ユニット1022、シアン(C)の画像を形成する画像形成ユニット1023、ブラック(K)の画像を形成する画像形成ユニット1024を備えている。画像形成ユニット1021、1022、1023、1024は、それぞれがイエロー、シアン、マゼンダ、ブラックの画像を形成し、転写ベルト103に転写する。これにより、転写ベルト103上でフルカラー画像が形成される。
イエロー(Y)の画像を形成する画像形成ユニット1021は、プリントヘッド1001を備え、プリントヘッド1001は、発光部1011及びロッドレンズアレイ1201を備える。さらに、画像形成ユニット1021は、感光体ドラム1701周辺に、帯電チャージャ1121、プリントヘッド1001、現像器1131、転写ローラ1141、クリーナ1161を備えている。プリントヘッド1001はプリントヘッド1に対応し、発光部1011は発光部10に対応し、ロッドレンズアレイ1201はロッドレンズアレイ12に対応し、感光体ドラム1701は感光体ドラム17に対応し、それぞれの説明を省略する。
マゼンダ(M)の画像を形成する画像形成ユニット1022は、プリントヘッド1002を備え、プリントヘッド1002は、発光部1012及びロッドレンズアレイ1202を備える。さらに、画像形成ユニット1022は、感光体ドラム1702周辺に、帯電チャージャ1122、プリントヘッド1002、現像器1132、転写ローラ1142、クリーナ1162を備えている。プリントヘッド1002はプリントヘッド1に対応し、発光部1012は発光部10に対応し、ロッドレンズアレイ1202はロッドレンズアレイ12に対応し、感光体ドラム1702は感光体ドラム17に対応し、それぞれの説明を省略する。
シアン(C)の画像を形成する画像形成ユニット1023は、プリントヘッド1003を備え、プリントヘッド1003は、発光部1013及びロッドレンズアレイ1203を備える。さらに、画像形成ユニット1023は、感光体ドラム1703周辺に、帯電チャージャ1123、プリントヘッド1003、現像器1133、転写ローラ1143、クリーナ1163を備えている。プリントヘッド1003はプリントヘッド1に対応し、発光部1013は発光部10に対応し、ロッドレンズアレイ1203はロッドレンズアレイ12に対応し、感光体ドラム1703は感光体ドラム17に対応し、それぞれの説明を省略する。
ブラック(K)の画像を形成する画像形成ユニット1024は、プリントヘッド1004を備え、プリントヘッド1004は、発光部1014及びロッドレンズアレイ1204を備える。さらに、画像形成ユニット1024は、感光体ドラム1704周辺に、帯電チャージャ1124、プリントヘッド1004、現像器1134、転写ローラ1144、クリーナ1164を備えている。プリントヘッド1004は、プリントヘッド1に対応し、発光部1014は、発光部10に対応し、ロッドレンズアレイ1204は、ロッドレンズアレイ12に対応し、感光体ドラム1704は感光体ドラム17に対応し、それぞれの説明を省略する。
帯電チャージャ1121、1122、1123、1124は、それぞれ感光体ドラム1701、1702、1703、1704を一様に帯電する。プリントヘッド1001、1002、1003、1004は、それぞれの第1の発光素子列1301と第2の発光素子列1302の発光素子131の発光により、それぞれの感光体ドラム1701、1702、1703、1704を露光し、感光体ドラム1701、1702、1703、1704上に静電潜像を形成する。現像器1131はイエロートナーを、現像器1132はマゼンタトナーを、現像器1133はシアントナーを、現像器1134はブラックトナーを、それぞれの感光体ドラム1701、1702、1703、1704の静電潜像部分に付着させる(現像する)。
転写ローラ1141、1142、1143、1144は、感光体ドラム1701、1702、1703、1704に現像されたトナー画像を転写ベルト103に転写する。クリーナ1161、1162、1163、1164は、感光体ドラム1701、1702、1703、1704の転写されずに残ったトナーをクリーニングし、次の画像形成の待機状態となる。
第1サイズ(小サイズ)の用紙(被画像形成媒体)201は用紙供給手段である用紙カセット1171に格納される。第2サイズ(大サイズ)の用紙(被画像形成媒体)202は用紙供給手段である用紙カセット1172に格納される。
用紙カセット1171又は1172から取り出された用紙201又は202には、転写手段である転写ローラ対118で転写ベルト103からトナー像が転写される。トナー像が転写された用紙201又は202は定着部119の定着ローラ120で加熱および加圧される。定着ローラ120での加熱と加圧により、トナー像は用紙201又は202にしっかりと定着する。以上のプロセス動作を繰り返すことにより、画像形成動作が連続的に行なわれる。
図12は、実施形態に係る画像形成装置の制御システムの一例を示すブロック図である。
図12に示すように、画像形成装置100は、制御基板101を備える。制御基板101は、電源部102、画像読取部171、画像処理部172、画像形成部173、コントローラ174、ROM(読み出し専用メモリ、Read Only Memory)175、RAM(書き換え可能メモリ、Random Access Memory)176、不揮発性メモリ177、通信I/F178、コントロールパネル179、ページメモリ1801、1802、1803、1804、発光コントローラ183、及び画像データバス184を備える。さらに、画像形成装置100は、色ずれセンサ181、メカニカルコントロールドライバ182を備える。なお、画像形成部173は、画像形成ユニット1021、1022、1023、1024を含む。電源部102は、ハーネス104を介して、画像形成部173のプリントヘッド1001、1002、1003、1004に駆動電圧を供給する。
コントローラ174には、ROM175、RAM176、不揮発性メモリ177、通信I/F178、コントロールパネル179、色ずれセンサ181、メカニカルコントロールドライバ182、及び発光コントローラ183が接続される。
画像データバス184には、画像読取部171、画像処理部172、コントローラ174、ページメモリ1801、1802、1803、及び1804が接続される。ページメモリ1801、1802、1803、及び1804のそれぞれは、Y、M、C、又はKの画像データ31を出力する。ページメモリ1801、1802、1803、及び1804には発光コントローラ183が接続され、ページメモリ1801からのYの画像データ31、ページメモリ1802からのMの画像データ31、ページメモリ1803からのCの画像データ31、及びページメモリ1804からのKの画像データ31が入力される。発光コントローラ183には、プリントヘッド1001、1002、1003、及び1004が接続される。発光コントローラ183は、Y、M、C、又はKの画像データ31をプリントヘッド1001、1002、1003、又は1004へ入力する。
コントローラ174は、1以上のプロセッサにより構成され、ROM175及び不揮発性メモリ177の少なくとも一方に記憶される各種のプログラムに沿って、画像読取り、画像処理、及び画像形成等の動作を制御する。
また、コントローラ174は、ページメモリ1801、1802、1803、1804上にテストパターンの画像データを入力し、テストパターンを形成する。色ずれセンサ181は、転写ベルト103上に形成されたテストパターンを検知し、コントローラ174に検知信号を出力する。コントローラ174は、色ずれセンサ181の入力から、各色のテストパターンの位置関係を認識することができる。さらに、コントローラ174は、メカニカルコントロールドライバ182を通して、画像を形成する用紙を給紙する用紙カセット1171又は1172を選択する。
ROM175は、コントローラ174の制御に必要な各種のプログラム等を記憶する。各種のプログラムは、プリントヘッドの発光制御プログラムを含む。発光制御プログラムは、画像データに基づき発光と消灯(非発光)のタイミングを制御するプログラムである。
RAM176は、コントローラ174の制御で必要なデータを一時的に記憶する。不揮発性メモリ177は、各種のプログラムの一部又は全部、及び各種パラメータ等を記憶する。
メカニカルコントロールドライバ182は、コントローラ174の指示に従い、プリント時に必要なモータなどの動作を制御する。通信I/F178は、外部へ各種情報を出力し、また、外部からの各種情報を入力する。例えば、通信I/F178は、複数の画像ラインを含む画像データを取得する。画像形成装置100は、プリント機能により、通信I/F178を介して取得される画像データをプリントする。コントロールパネル179は、ユーザ及びサービスマンからの操作入力を受け付ける。
画像読取部171は、光学的に原稿の画像を読み取り、複数の画像ラインを含む画像データを取得し、画像処理部172へ画像データを出力する。画像処理部172は、通信I/F178を介して入力される画像データ、又は画像読取部171からの画像データに対して補正等の各種画像処理を実行する。ページメモリ1801、1802、1803、1804は、画像処理部172で処理された画像データを記憶する。コントローラ174は、印刷位置やプリントヘッドに合うよう画像データをページメモリ1801、1802、1803、1804上で編集する。画像形成部173は、ページメモリ1801、1802、1803、1804に記憶された画像データに基づき画像を形成する。つまり、画像形成部173は、画像データに応じた各発光素子131の発光(発光及び消灯の状態)に基づき画像を形成する。
発光コントローラ183は、1以上のプロセッサにより構成され、ROM175及び不揮発性メモリ177の少なくとも一方に記憶される各種のプログラムに沿って、画像データに基づく発光素子131の発光を制御する。即ち、発光コントローラ183は、発光素子131を発光させる駆動信号を所定のタイミングで発光素子131に対して出力させる。
[発光制御]
図13は、実施形態に係るプリントヘッドの1列配置の発光素子の発光タイミングチャートの一例を示す図である。この発光タイミングチャートは、主走査方向に沿った直線画像を含む画像データに基づく、発光素子の発光タイミングを示すものである。つまり、この発光タイミングチャートは、直線の画像形成に対応するものである。
図13に示すように、水平同期信号、第1から第nのPWM信号、ライン周期Thsyn、位相差T1、及び発光時間Tpwmを定義する。第1から第nのPWM信号は、第1から第nまでの各発光素子グループ160に対して出力される信号である。ライン周期Thsynは、水平同期信号のライン周期である。位相差T1は、隣接する2つの発光素子グループ160のPWM信号の位相差である。第m(m:自然数、m≦n)の発光素子グループ160のPWM信号の発光時間Tpwmは、第mの発光素子グループ160に含まれる発光素子131の発光時間である。例えば、ライン周期Thsynは、位相差T1と発光素子グループ160の個数(n-1)との積より長くなる(Thsyn>T1×(n-1))。
制御基板101上の発光コントローラ183は、水平同期信号、画像データ、及びクロックをプリントヘッド1の透明基板11上のIC15へ出力する。IC15は発光制御部として機能し、各発光素子グループ160のDRV回路140に水平同期信号に同期した位相の異なる第1から第nのサンプルホールド信号とPWM信号を出力する。尚、IC15がDRV回路140に出力するPWM信号は、発光コントローラ183から出力される画像データに依存する。即ち、画像データが、その画像データに該当する発光素子131を発光させないデータである場合には、IC15はその画像データに該当するDRV回路140にPWM信号を出力しない。またIC15のD/A出力電圧は、各補正データに沿って第1から第nのサンプルホールド信号に同期して変化し、DRV回路140内のコンデンサ電圧を調整する。各発光素子グループ160のDRV回路140は、駆動部として機能し、入力されたD/A出力電圧、サンプルホールド信号およびPWM信号に基づき駆動信号を生成し発光素子に出力する。
図13に示すように、第1から第nのPWM信号は、異なるタイミングの発光時間Tpwnを含む。IC15は、各発光素子グループ160に含まれる発光素子131の発光開始及び発光終了のタイミングに時間差(位相差)を持たせることにより、電流変動が大きくなるのを抑制する。IC15は、ライン周期Thsynの範囲で、全ての発光素子グループ160の発光素子131が発光開始できるように、位相差T1と個数(n-1)の積がライン周期Thsyn未満(Thsyn>T1×(n-1))となるような位相差を有する第1から第nのPWM信号を各発光素子グループ160のDRV回路140へ出力する。
例えば、
ライン周期Thsyn=188μs
位相差=1μs
個数n=70
とすると、位相差T1と個数(n-1)の積は69μsとなり、ライン周期Thsynの188μs未満となる。
図14は、実施形態に係るプリントヘッドの1列配置の発光素子による感光体ドラム上の露光イメージの一例を示す図である。この露光イメージは、主走査方向に沿った直線画像を含む画像データに基づく、感光体ドラムの露光状態を示すものである。つまり、この露光イメージは、直線の画像形成に対応するものである。
図14に示すように、サイズS、位相差T1、発光時間Tpwm、速度Vを定義する。速度Vは、感光体ドラム17の副走査方向の表面速度である。コントローラ174は、感光体ドラム17の回転(回転速度)を制御する。サイズSは、速度Vと位相差T1の積より大きい(S>V×T1)。また、サイズSは、速度Vと位相差T1と個数(n-1)の積より大きい(S>V×T1×(n-1))。さらに、発光時間Tpwmは、位相差T1より大きい(Tpwm>T1)。
例えば、
サイズS=17μm
速度V=112.5mm/s
位相差=1μs
個数n=70
発光時間Tpwm=100μs
とすると、速度Vと位相差T1の積は、0.1125μmとなり、サイズSの17μmに対して十分に小さい。また、速度Vと位相差T1と個数n-1の積は、7.7625μmとなり、サイズSの17μmに対して小さい。さらに、発光時間Tpwmは、位相差T1より大きい(100μs>1μs)。
図15は、実施形態に係るプリントヘッドの隣接する2つの発光素子グループにより形成される画像イメージの一例を示す図である。この画像イメージは、主走査方向に沿った直線画像を示すものである。
図15に示すように、V×Tpwmにより線幅が定まり、V×T1により段差が定まる。段差は、線幅に比べて小さくなる(V×Tpwm>V×T1)。即ち、発光時間Tpwmは、位相差T1より大きい(Tpwm>T1)。IC15が出力するPWM信号により、段差は線幅に比べて小さくなる。
図16は、実施形態に係るプリントヘッドのn個の発光素子グループにより形成される画像イメージの一例を示す図である。この画像イメージは、主走査方向に沿った直線画像を示すものである。
図16に示すように、第1、第2、第3、…、第(n-1)、第nの発光素子グループ160は、副走査方向に連続する第1及び第2の直線画像を形成する。隣接する2つの発光素子グループ160により形成される直線画像の間には、副走査方向の段差が生じる。発光素子グループ160の個数nに対して、個数(n-1)の段差が生じる。
第1の発光素子グループ160による第1の直線画像と第2の発光素子グループ160による第1の直線画像との間には、第1の段差が生じる。また、第2の発光素子グループ160による第1の直線画像と第3の発光素子グループ160による第1の直線画像との間には、第2の段差が生じる。また、第(n-1)の発光素子グループ160による第1の直線画像と第nの発光素子グループ160による第1の直線画像との間には、第(n-1)の段差が生じる。同様に、第2の直線画像についても段差が生じる。
同一の発光素子グループ160に含まれる発光素子131は、同一のタイミングで発光するため、同一の発光素子グループ160に含まれる発光素子131の発光により形成される第1及び第2の直線画像には段差は生じない。
第1の発光素子グループ160による第1の直線画像に対して、第nの発光素子グループ160による第1の直線画像は、副走査方向にV×T1×(n-1)だけシフトする。例えば、ライン周期Thsynが、位相差T1と個数(n-1)の積より小さくなる条件(Thsyn<T1×(n-1))を満たすケースを想定する。このケースでは、第nの発光素子グループ160により形成される第1の直線画像の上側ラインLaは、第1の発光素子グループ160により形成される第2の直線画像の下側ラインLbより下にシフトしてしまう。
そこで、IC15は、水平同期信号に対して以下の条件を満たすPWM信号を出力する。
V×Thsyn>V×T1×(n-1)
つまり、IC15は、以下の条件を満たす水平同期信号及びPWM信号を出力する。
Thsyn>T1×(n-1)
これにより、第1の発光素子グループ160により形成される第1の直線画像と第nの発光素子グループ160により形成される第1の直線画像との副走査方向のシフト量を1ライン未満に抑制する。
なお、位相差T1を小さくしてシフト量を抑制するようにしてもよいが、位相差T1が極端に小さい場合には、サンプル時間の不足により発光制御の精度を保つことが難しくなり、画質低下を招くおそれがある。本実施形態では、上記した条件を満たすことにより、位相差T1を過剰に小さくしなくても、発光制御の精度が保たれるので、画質低下を防止することができる。
また、発光素子グループ160の総数を減らすことにより、段差の数を減らすようにしてもよいが、1つの発光素子グループ160に含まれる発光素子131の総数が増加し、回路規模や配線数が増加することが考えられる。本実施形態では、上記した条件を満たすことにより、発光素子グループ160の総数を過剰に減らさずとも、画質低下を防止することができる。
図17は、実施形態に係るプリントヘッドの2列配置の発光素子の発光タイミングチャートの一例を示す図である。この発光タイミングチャートは、主走査方向に沿った直線画像を含む画像データに基づく、発光素子の発光タイミングを示すものである。つまり、この発光タイミングチャートは、直線の画像形成に対応するものである。
偶数番目の発光素子131と奇数番目の発光素子131とは、副走査方向に所定長だけシフトして配置されている。そのため、偶数番目の発光素子131を含む各発光素子グループ160が発光し、所定長のシフトに対応する所定のタイミングが経過してから、奇数番目の発光素子131を含む各発光素子グループ160が発光する。
図17に示すように、水平同期信号、第1から第nのPWM信号、ライン周期Thsyn、位相差T1、及び発光時間Tpwmを定義する。
発光コントローラ183は、発光制御部として機能し、水平同期信号、画像データ、及びクロックをIC15へ出力する。これにより、IC15は、各発光素子グループ160の奇数番目および偶数番目の発光素子131に対応するDRV回路140およびスイッチ144に対して、それぞれ水平同期信号に同期した位相の異なる第1から第nのサンプルホールド信号およびPWM信号を出力する。即ち、IC15は、発光制御部として機能する。各発光素子グループ160のDRV回路140は、駆動部として機能し、第1から第nのサンプルホールド信号およびPWM信号等に基づく駆動信号を生成し発光素子に出力する。先に図8で説明した動作である。
図17に示すように、各発光素子グループ160に出力されるPWM信号は、異なるタイミングの発光時間Tpwnを含む。即ち、IC15は、各発光素子グループ160に含まれる発光素子131の発光開始及び発光終了のタイミングに時間差(位相差)を持たせることにより、電流変動が大きくなるのを抑制する。IC15は、ライン周期Thsynの範囲に、偶数番目の発光素子131を含む各発光素子グループ160が発光できるように、位相差T1と個数(n-1)の積がライン周期Thsyn未満(Thsyn>T1×(n-1))となるような位相差を有する第1から第nのPWM信号をDRV回路140へ出力する。同様に、IC15は、ライン周期Thsynの範囲に、奇数番目の発光素子131を含む各発光素子グループ160が発光できるように、位相差T1と個数(n-1)の積がライン周期Thsyn未満(Thsyn>T1×(n-1))となるような位相差を有する第1から第nのPWM信号をDRV回路140へ出力する。
図18は、実施形態に係るプリントヘッドの2列配置の発光素子による感光体ドラム上の露光イメージの一例を示す図である。この露光イメージは、主走査方向に沿った直線画像を含む画像データに基づく、感光体ドラムの露光状態を示すものである。つまり、この露光イメージは、直線の画像形成に対応するものである。
図18に示すように、サイズS、位相差T1、発光時間Tpwm、速度Vを定義する。速度Vは、感光体ドラムの副走査方向の表面速度である。サイズSは、速度Vと位相差T1の積より大きい(S>V×T1)。また、サイズSは、速度Vと位相差T1と個数n-1の積より大きい(S>V×T1×(n-1))。さらに、発光時間Tpwmは、位相差T1より大きい(Tpwm>T1)。
例えば、
サイズS=20μm
速度V=112.5mm/s
位相差=1μs
個数n=70
発光時間Tpwm=100μs
とすると、速度Vと位相差T1の積は、0.1125μmとなり、サイズSの20μmに対して十分に小さい。また、速度Vと位相差T1と個数(n-1)の積は、7.7625μmとなり、サイズSの20μmに対して小さい。さらに、発光時間Tpwmは、位相差T1より大きい(100μs>1μs)。
図19は、実施形態係る複数のプリントヘッドにより形成される画像イメージの一例を示す図である。図19は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)各色に対応する複数のプリントヘッドにより形成されるカラーの画像イメージの一例である。
各プリントヘッド1に含まれる発光素子グループ160の発光順序が同一になるように、また、各プリントヘッド1に含まれる発光素子グループ160の位相差T1も同一になるように、IC15は、各プリントヘッド1の発光素子グループ160に対して水平同期信号に同期した位相の異なるPWM信号を出力する。本実施形態によれば、色重ね精度に優れたカラー画像を形成することができる。
以上説明した実施形態によれば、プリントヘッドの駆動回路の負荷軽減に優れた画像形成装置を提供することができる。即ち、画像形成装置は、各発光素子グループに対して、異なる位相の駆動信号を出力することにより、プリントヘッドの駆動回路の配線に流れる電流を減らし、駆動回路の負荷を軽減する。また、画像形成装置は、各発光素子グループの発光時間より小さい位相差の駆動信号を出力することにより、画像の段差を小さくすることができる。さらに発光素子グループを連続する発光素子で構成することにより、段差が生じる箇所を最小限にすることができる。つまり、画像形成装置は、プリントヘッドの駆動回路の負荷軽減と画質劣化の抑制を両立することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…プリントヘッド
10…発光部
11…透明基板
12…ロッドレンズアレイ
13…発光素子列
14…駆動回路列
16…コネクタ
17…感光体ドラム
21…サンプルホールド信号
22…発光レベル信号
24…水平同期信号
25…発光素子アドレス信号
31…画像データ
32…PWM信号
33…補正データ
100…画像形成装置
101…制御基板
102…電源部
103…転写ベルト
104…ハーネス
118…転写ローラ対
119…定着部
120…定着ローラ
121…ギャップスペーサ
131…発光素子
140…DRV回路
142…コンデンサ
144…スイッチ
145…配線
151…発光素子アドレスカウンタ
152…デコーダ
153…D/A変換回路
154…光量補正メモリ
155…発光ON/OFF指示回路
160…発光素子グループ
171…画像読取部
172…画像処理部
173…画像形成部
174…コントローラ
177…不揮発性メモリ
179…コントロールパネル
181…色ずれセンサ
182…メカニカルコントロールドライバ
183…発光コントローラ
184…画像データバス
201、202…用紙
1001、1002、1003、1004…プリントヘッド
1011、1012、1013、1014…発光部
1021、1022、1023、1024…画像形成ユニット
1101…基準面
1102…封止ガラス
1121、1122、1123、1124…帯電チャージャ
1131、1132、1133、1134…現像器
1141、1142、1143、1144…転写ローラ
1161、1162、1163、1164…クリーナ
1171、1172…用紙カセット
1201、1202、1203、1204…ロッドレンズアレイ
1301…第1の発光素子列
1302…第2の発光素子列
1311…正孔輸送層
1312…発光層
1313…電子輸送層
1321…電極(+)
1322…絶縁層
1323…電極(-)
1401…第1の駆動回路列
1402…第2の駆動回路列
1701、1702、1703、1704…感光体ドラム
1801、1802、1803、1804…ページメモリ

Claims (5)

  1. 主走査方向に沿って連続的に配置される複数の発光素子を含む発光素子列と、
    前記複数の発光素子に含まれる所定数の連続する発光素子で構成される発光素子グループの単位で、画像データに基づき異なる位相の駆動信号を出力させる発光制御部と、
    前記駆動信号に基づき前記複数の発光素子のそれぞれを個別に発光させる駆動部と、
    を備えるプリントヘッド。
  2. 前記複数の発光素子の発光周期Thsyn、隣接する2つの発光素子グループの駆動信号の位相差T1、及び前記発光素子グループの個数nに対して、Thsyn>T1×(n-1)の関係を満たす、請求項1のプリントヘッド。
  3. 前記駆動信号の時間幅Tpwm、隣接する2つの発光素子グループの駆動信号の位相差T1に対して、Tpwm>T1の関係を満たす、請求項1乃至2の何れか一つのプリントヘッド。
  4. 前記複数の発光素子の発光により、前記画像データに基づく潜像が露光される感光体を備え、
    前記発光素子の副走査方向のサイズS、及び前記感光体の副走査方向の速度Vに対して、S>V×T1の関係を満たす、請求項1乃至3の何れか一つのプリントヘッドを備えた画像形成装置。
  5. 前記発光素子の副走査方向のサイズS、及び前記感光体の副走査方向の速度Vに対して、S>V×T1×(n-1)の関係を満たす、請求項4の画像形成装置。
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