JP2856262B2 - Ｌｅｄアレイのドット位置精度安定化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 LEDカラープリンタ内に組み込まれた複数のLEDアレイ
における記録ドットの位置ずれを防止するための、LED
アレイのドット位置精度安定化装置に関し、 LEDアレイの温度を安定化させて、各LEDアレイの記録
ドット位置を精度良く保てるようにすることを目的と
し、 複数のLEDアレイを用いた電子写真方式によるカラー
プリンタにおいて、各LEDアレイを加熱する加熱手段
と、各LEDアレイの温度を検出する温度検出手段と、該
温度検出手段で検出された温度と、所定の基準温度との
差に基づいて基準電力を設定する基準電力設定手段と、
各LEDアレイに加えられた電力を検出する電力検出手段
と、該電力検出手段で検出された電力と、前記基準電力
設定手段で設定された基準電力との差に応じて、前記加
熱手段に加える電力を制御する電力制御手段とを備える
ように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、LEDカラープリンタ内に組み込まれた複数
のLEDアレイにおける記録ドットの位置ずれを防止する
ための、LEDアレイのドット位置精度安定化装置に関す
る。

現在、電子写真方式によるプリンタは、レーザプリン
タ、LEDプリンタ、液晶プリンタ等、各種のものが開発
されている。これらのプリンタは、露光部に、それぞれ
レーザ光学系、LEDアレイ光学系、液晶シャッタアレイ
光学系を用いたものであり、いずれも、高速、高解像、
高画質という特徴を持ち、今後も大きく発展すると予想
される。本発明は、上記の各種プリンタの内、特にLED
プリンタについてのものである。

〔従来の技術〕

LEDプリンタは、従来から多く用いられているレーザ
プリンタと比較して、以下（１）〜（３）の特長を持っ
ている。

（１） 固体走査であり、機械的な駆動部品を必要とし
ない。

（２） 光路長を短くすることができ、装置を小型にで
きる。

（３） 半導体技術の進歩により、価格を安くできる。

今後、LEDプリンタは、これらの特長を活かし、特に
小型プリンタの分野において、大きな割合を占めるよう
になるものと考えられる。特に電子写真方式は、高速の
記録が可能なため、高速のカラープリンタが実現でき
る。

従来の高速LEDカラープリンタの一例を、第11図に示
す。

同図のカラープリンタは、３原色のイエロー、マゼン
タ、シアンと、これにブラックを加えた４色の記録を行
うための４組の記録ユニットＵ₁〜Ｕ₄を備えており、こ
れらは、記録紙の搬送方向に沿って一定間隔でライン状
に配置されている。それぞれの記録ユニットは、回転可
能な感光ドラム１と、その周面に沿って順次配置された
帯電器２、LEDアレイ光学系３、現像器４、クリーナ５
等とから構成される。また、記録紙を順次搬送するため
の手段として、用紙カセット11、ピックアップローラ1
2、記録紙搬送系13、スタッカ14等を備えている。更
に、各記録ユニットの感光ドラム１下方であって、現像
器４とクリーナ５との中間位置には、記録紙搬送系13を
介して、転写器６がそれぞれ配置されており、また、記
録紙搬送系13とスタッカ14との間には定着器７が配置さ
れている。

上記構成からなるカラープリンタでは、用紙カセット
11に収納されている記録紙が、ピックアップローラ12に
よって一枚ずつピックアップされ、記録紙搬送系13によ
り４つの記録ユニットＵ₁〜Ｕ₄下を順次搬送されてい
く。それに伴い、この搬送中の記録紙に対し、各記録ユ
ニットＵ₁〜Ｕ₄により、既知の電子写真方式による画像
記録が行われる。すなわち、感光ドラム１の回転に伴
い、まず、その感光面を帯電器２で均一に帯電した後、
その帯電された感光面に対し、LEDアレイ光学系３で画
像データに応じた露光を施して、画像に対応する静電潜
像を形成する。続いて、この静電潜像に現像器４でカラ
ートナーを付着させることにより、感光ドラム１上にカ
ラートナーによるカラー画像を形成する。このカラート
ナー像は、記録紙が感光ドラム１下を通過する際、転写
器６により記録紙上に転写される。このようにして４つ
の記録ユニットＵ₁〜Ｕ₄により４色のカラートナー像が
順次重ねて転写された記録紙は、最後に定着器７を通過
することにより、４色のカラートナー像が記録紙上に熱
定着されてから、スタッカ14上に排出される。

この種のカラープリンタは、各記録ユニットがパイプ
ライン状に並行して記録動作を行うため、高速の記録が
可能である。

次に、上記LEDアレイ光学系３の構成を、第12図に示
す。

同図に示すように、LEDアレイ光学系３は、基体31上
に、LEDアレイ32及びこれを駆動するためのドライバIC3
3の配設されたセラミック基板34が配置されており、そ
の上には、LEDアレイ32と一定間隔を保って、セルフォ
ックレンズ（「セルフォック」は登録商標）等の屈折率
分布形レンズアレイ35が配置されている。

上記のドライバIC33は、第13図に示すように、シフト
レジスタ33a、ラッチ33b、ドライバ素子33c等から構成
されている。この構成において、外部の記憶装置等に記
憶されている各色毎の画像データは、画像の１ライン分
毎に、その１ライン分の各ドットに対応したシリアルデ
ータとして、転送クロックに従ってシフトレジスタ33a
に順次転送され、このシリアルデータがラッチ信号に従
ってラッチ33bにパラレルに格納される。そして、発光
イネーブル信号により、ドライバ素子33cが、ラッチ33b
に格納されている個々のデータに基づきLEDアレイ32の
個々のLED素子32aを発光させる。このようにしてLEDア
レイ32から出力された光は、屈折率分布形レンズアレイ
35により、感光ドラム１上に結像される。

上記のような構成からなるドライバIC33では、データ
をシリアルに入力するようにしたことで、信号線を少な
くすると共に、LEDアレイ32の制御を簡素化することが
できる。また、セラミック基板34は熱伝導率が大きいた
め、LEDアレイ32の個々のLED素子32aで発生した熱が効
率良く基板全体に伝えられることにより、LEDアレイ32
の充分な冷却が可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のLEDカラープリンタでは、４組の記録
ユニットＵ₁〜Ｕ₄がライン状に並んだ構成を採っている
ため、各LEDアレイ32の記録ドット（露光ドット）位置
が互いに異なっていると、色ずれを起こし、出力画像が
劣化するというおそれがある。そのため、LEDアレイ32
の各記録ドット位置を精度良く保つ必要がある。ところ
が、記録ドット位置を精度良く保とうとしても、プリン
タ装置の設置環境の温度変化や、プリンタ装置内部から
の発熱による温度上昇等で、LEDアレイ32の温度が変化
すると、その温度変化に応じた熱膨張により、各LEDア
レイ32の長さがそれぞれ変化し、その結果、記録ドット
の位置が異なってしまうという問題が発生する。その具
体的な一例を以下に示す。

LEDアレイ32は、セラミック基板34上に、多数のLED素
子32aが集積された複数のLEDチップが配列されて構成さ
れている。ここで、セラミック基板34は6.8×10^-6/deg
の線膨張率を示すので、例えば、LEDアレイ32の全長を3
00mmとし、温度上昇が30℃であるとすると、セラミック
基板34の温度上昇による長さの変化ΔＬは、次の式で算
出される。

ΔＬ＝300×30×6.8×10^-6 ＝0.0612（mm） ＝61.2（μｍ） ここで、LEDアレイ32の解像度が400dot/inchであると
すると、１ドットのピッチは63.5μｍなので、約１ドッ
トの長さの変化が生じることになる。例えば、４色の内
のいずれか１色の記録ユニットのLEDアレイが、他の記
録ユニットのLEDアレイに比べて温度が30℃高いとする
と、その色だけ、記録幅がΔＬ長くずれることになる。
仮に、左端のドットの位置が４色とも一致しているとす
ると、右端のドットの位置は、温度の高いLEDアレイの
み、ΔＬ＝約60μｍだけ右にずれる。このように各色の
記録ドット位置がずれると、色ずれが生じたり、画像の
判読が困難になるという問題が発生する。

このことは、LEDアレイの解像度が高くなるほど問題
であり、また、LEDアレイの長さが長い場合や、基板に
金属等の熱膨張率の大きい材質を用いた場合には、長さ
の変化が一層大きくなるため、更に大きな問題となる。

本発明は、LEDアレイの温度を安定化させて、各LEDア
レイの記録ドット位置を精度良く保てるようにすること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の各装置の原理構成図である。本発
明は、いずれも、複数のLEDアレイを用いた電子写真方
式によるカラープリンタに適用される。

第１の発明は、第１図（ａ）に示すように、各LEDア
レイ40毎に設けられた加熱手段（ヒータ）41、温度検出
手段42、基準電力設定手段43、電力検出手段44及び電力
制御手段45から構成される。

加熱手段41は、電力制御手段45によって制御された電
力により、LEDアレイ40を加熱する。温度検出手段42がL
EDアレイ40の温度を検出し、その検出された温度と、所
定の基準温度との差に基づき、基準電力設定手段43が基
準電力を設定する。上記の基準温度は、予め設定された
一定温度であってもよく、或いは複数のLEDアレイの温
度の中の最高温度であってもよい。一方、LEDアレイ40
に加えられた電力を、電力検出手段44が検出する。そし
て、その検出された電力と、基準電力設定手段で設定さ
れた基準電力との差に応じて、電力制御手段45が加熱手
段41に加える電力を制御する。

第２の発明は、第１図（ｂ）に示すように、各LEDア
レイ40毎に設けられた加熱手段41、温度検出手段42、電
力検出手段44及び温度推定手段46と、基準温度設定手段
47及び電力制御手段48とから構成される。

上記第１の発明と同様に、加熱手段41が、電力制御手
段48によって制御された電力により、LEDアレイ40を加
熱し、その温度を温度検出手段42が検出し、またLEDア
レイ40に加えられた電力を電力検出手段44が検出する。
電力検出手段44で検出された電力と、温度検出手段42で
検出された現在の温度とから、温度推定手段46がLEDア
レイ40のこれから到達する温度を推定する。続いて、基
準温度設定手段47が、各LEDアレイ毎に温度推定手段46
で得られた推定温度の中から最大値を検出し、この最大
値に基づき基準温度を設定する。この基準温度と、各温
度推定手段46で推定された温度との差に応じて、電力制
御手段48が各LEDアレイ毎に加熱手段41に加える電力を
制御する。

第３の発明は、第１図（ｃ）に示すように、各LEDア
レイ毎に設けられた、複数の加熱手段41、温度検出器42
aを含む複数の温度検出手段42、平均温度算出手段49及
び電力制御手段50から構成される。

加熱手段41と温度検出器42aは、LEDアレイ40の長手方
向に沿った複数箇所にそれぞれ配設される。複数の加熱
手段41が、電力制御手段50によって制御された電力によ
り、LEDアレイ40の複数箇所をそれぞれ加熱し、その温
度を、温度検出器42aを用いて複数の温度検出手段42が
それぞれ検出する。続いて、平均温度算出手段49が、複
数の温度検出手段42のそれぞれで検出された温度を平均
化して平均温度を求める。そして、この平均温度が所定
の基準温度に等しくなり、かつLEDアレイ40の長手方向
に沿った複数箇所の温度が均一となるように、電力制御
手段50が複数の加熱手段41にそれぞれ加える電力を制御
する。上記の基準温度は、予め設定された一定温度であ
ってもよく、或いは複数のLEDアレイの各平均温度算出
手段で得られた平均温度の中の最高温度であってもよ
い。

〔作用〕

LEDアレイは、記録を行っている時は、記録する画像
により点灯状態が変化する。この点灯状態の変化により
LEDアレイの発熱量が変化し、LEDアレイの温度が変化す
る現象が生じる。LED素子の発光効率は0.数％と小さい
ため、LED素子に加えられた電力のほとんどは熱に変化
する。すなわち、LEDアレイは一種のヒータとして考え
ることができ、その発熱量は、加えられた電力を検出す
ることで見積もることが可能である。

このことから、第１の発明において、電力制御手段45
が、例えば電力検出手段44で検出されたLEDアレイ40の
電力を基準電力から差し引いて得られる電力を加熱手段
41に加え、すなわちLEDアレイ40と加熱手段41の両者に
加わる電力の総和が基準電力に等しくなるように電力制
御すること等により、LEDアレイ40の点灯状態が変化し
ても、LEDアレイ40の温度は一定に制御される。更に、
上記の基準電力は、温度検出手段42で検出されたLEDア
レイ40の温度と基準温度との差に基づいて適宜補正され
るので、たとえ各LEDアレイの周囲の温度や放熱の状態
がそれぞれ異なっているような場合であっても、全部の
LEDアレイの温度を一致させるようにすることが可能で
ある。

また、第２の発明において、基準温度設定手段47は、
各LEDアレイの推定温度の中から最大値を検出し、この
最大値に基づき基準温度を設定するようにしている。す
なわち、この基準温度は一定ではなく、その時々の最高
温度に応じて変化する。よって、このような基準温度と
各LEDアレイの推定温度との差に応じて各加熱手段41に
加える電力を制御すれば、その時々のできるだけ低い温
度に全部のLEDアレイの温度を一致させることが可能と
なる。

また、第３の発明では、各LEDアレイ40の長手方向に
沿った複数箇所の温度を検出し、それらの平均温度が基
準温度に等しくなり、かつLEDアレイ40の長手方向に沿
った複数箇所の温度が均一となるように、複数の加熱手
段41にそれぞれ加える電力を制御するようにしたので、
全部のLEDアレイの温度が一致すると同時に、各LEDアレ
イは、その長手方向の全体にわたって均一の温度に安定
する。すなわち、第２図（ａ）に示すようにLEDアレイ4
0の長手方向にわたって温度分布が生じているような場
合であっても、第２図（ｂ）に示すように上記温度分布
を平坦化するように各加熱手段41に電力を加えることに
より、結果的には、第２図（ｃ）に示すようにLEDアレ
イの温度を長手方向に均一に補正することが可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第３図は、本発明の第１の実施例を示す回路図であ
る。

同図に示すように、本実施例のドット位置精度安定化
装置は、LEDアレイ32の配置されているセラミック基板
に取りつけられたヒータ51及びサーミスタ52と、温度検
出回路53、基準電力設定回路54、電流値検出回路55、積
分回路56、増幅回路57、引き算回路58及びヒータドライ
ブ回路59とから構成されている。

温度検出回路53は、サーミスタ52を用いてLEDアレイ3
2の温度を検出する回路であって、オペアンプＡ₁及び抵
抗Ｒ₁、Ｒ₂から構成されている。サーミスタ52に安定化
した電源から電圧を加えておくと、温度に従って抵抗値
が変化するため、それに伴いサーミスタ52と検出抵抗Ｒ
₁との分圧比が変化して、検出抵抗Ｒ₁の示す電圧が変化
することにより、温度を検出することができる。基準電
力設定回路54は、温度検出回路53で検出された温度と、
予め設定された基準温度とを比較して基準電力を設定す
る回路であって、オペアンプＡ₂及び抵抗Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅
から構成されており、抵抗Ｒ₄により基準温度値を調整
可能である。通常、基準電力はLEDアレイ32及びヒータ5
1の両者の総消費電力を示す値が設定されており、検出
された温度が基準温度よりも小さい場合は、基準電力の
設定値を高く補正し、また、検出された温度が基準温度
よりも大きい場合は、基準電力の設定値を低く補正す
る。

電流値検出回路55は、LEDアレイ32に電力を供給する
ための電源ラインＬの途中に接続された電流検出用抵抗
Ｒ₆の両端の電位差から、LEDアレイ32に流れる電流値を
検出する回路であり、オペアンプＡ₃〜Ａ₅及び抵抗Ｒ₆
〜Ｒ₁₀から構成されている。積分回路56は、電流値検出
回路55の出力を積分することで、変化の早い電流値から
平均電流値を求める回路であり、オペアンプＡ₆、抵抗
Ｒ₁₁〜Ｒ₁₃及び容量Ｃ₁から構成されている。増幅回路5
7は、積分回路56の出力を増幅して電流値を電力値に変
換する回路であって、オペアンプＡ₇及び抵抗Ｒ₁₄〜Ｒ
₁₆からなっており、抵抗Ｒ₁₆によりゲインを調整可能で
ある。

引き算回路58は、増幅回路57の出力、すなわちLEDア
レイ32に加えられた電力値を、基準電力設定回路54で設
定された基準電力値から差し引く回路であって、オペア
ンプＡ₈及び抵抗Ｒ₁₇、Ｒ₁₈から構成される。ヒータド
ライブ回路59は、PWM（パルス幅変調）による電流制御
を行ってヒータ51に流れる電流のデューティを変えるこ
とにより、引き算回路58で差し引いて得られた電力がヒ
ータ51に加わるように制御する回路であり、方形波発振
器Ｏ₁、オペアンプＡ₉〜Ａ₁₁、ダイオードＤ₁〜Ｄ₅、ト
ランジスタＴ₁、抵抗Ｒ₁₉〜Ｒ₂₈及び容量Ｃ₂から構成さ
れている。

次に、上記構成からなるドット位置精度安定化装置の
全体的な動作を、第４図に基づき説明する。

まず、電流値検出回路55により、LEDアレイ32に流れ
る電流値（第４図（ａ））が検出され、続いて積分回路
56により平均電流値（第４図（ｂ））が求められた後、
この平均電流値が増幅回路57により電力値（第４図
（ｃ））に変換される。LEDアレイ32に流れ込む電流値
の変化は早いが、積分回路56を設けることにより、LED
アレイ32に流れ込む電力の平均値を見積もることができ
る。

そして、次の引き算回路58で、上記の見積もった電力
値が、基準電力設定回路54で設定されたLEDアレイ32及
びヒータ51の総消費電力値を示す基準電力（基準電力の
レベルを第４図（ｃ）中にＳで示す）から差し引かれ、
この差し引いて得られた電力値（第４図（ｄ））が、制
御信号としてヒータドライブ回路59に与えられる。

すると、ヒータドライブ回路59により、上記の差し引
き電力値に従って可変された電力が、ヒータ51に加えら
れる。すなわち、PWMによる電流制御において、ヒータ5
1に加える電流（第４図（ｅ））のデューティを、上記
差し引き電力値が大きい時には大きくし、上記差し引き
電力値が小さい時には小さく変化させることにより、LE
Dアレイ32及びヒータ51の総消費電力が上記の基準電力
に等しくなるように制御される。

以上の制御を行うことで、LEDアレイ32の点灯の状態
が変化しても、LEDアレイ32とヒータ51の両者に加えら
れる電力の総和は常に基準電力に等しくなる。このた
め、LEDアレイ32及びヒータ51に加えられる電力と、LED
アレイ32から外部への放熱量とが釣り合った時点で、LE
Dアレイ32の点灯状態にかかわらず、LEDアレイ32の温度
は一定に保たれる。また、LEDアレイの温度変化を温度
検出器でのみ検出して制御を行う場合に生じる時間遅れ
を回避できるため、この時間遅れに伴う制御性の劣化の
問題（例えば、制御に時間遅れが生じる、制御のゲ
インが大きい場合に、温度変化が高低に振動的な変化を
引き起こし、一定値に収まらない、制御のゲインが小
さい場合に、温度変化に対する追従性が悪くなる、等）
が生じない。従って、応答が速く、かつ的確で安定した
温度制御を行うことができる。

一方、上記の基準電力は、LEDアレイ32の温度に応じ
て、基準電力設定回路54で以下のように調整される。す
なわち、第４図（ｆ）に示すように、温度検出回路53で
検出されたLEDアレイ32の温度が基準温度と等しい場合
に基準電力のレベルをＳ₀に設定するものとすると、検
出された温度が基準温度よりも小さい場合は、基準電力
のレベルをＳ₀よりも高いＳ₁に補正し、また、検出され
た温度が基準温度よりも大きい場合は、基準電力のレベ
ルをＳ₀よりも低いＳ₂に補正する。このようにLEDアレ
イ32の温度に応じて基準電力を調整することで、LEDア
レイの周囲温度や放熱状態が各LEDアレイ毎に異なって
いるような場合であったとしても、例えばLEDアレイ32
の温度が低い場合（基準電力がＳ₁に設定された場合）
は、それに伴いヒータドライブ回路59の出力はデューテ
ィが大きくなり（第４図（ｇ））、またLEDアレイ32の
温度が高い場合（基準電力がＳ₂に設定された場合）
は、それに伴いヒータドライブ回路59の出力はデューテ
ィが小さくなる（第４図（ｈ））ことにより、全部のLE
Dアレイの温度を一致させることができる。なお、基準
電力設定回路54で用いる基準温度は、LEDアレイ32の使
用温度よりも少し高めに設定しておくことで、全てのLE
Dアレイを常に同じ基準温度に保つことができる。

従って、本実施例によれば、LEDアレイ32の点灯状態
が変化したり、周囲温度が変化したような場合であって
も、LEDアレイ32の温度は常に一定に保たれ、よってLED
アレイ32の長さも常に一定になる。このことは、各記録
ユニットの全てのLEDアレイについて実現される。従っ
て、記録ドットの位置ずれがなくなり、これに伴い色ず
れがなくなるので、複雑な画像であっても極めて明確に
判読できるようになる。更に、画像の寸法精度が必要な
用途（CAD図面の出力等）にも使用することができる。

また、LEDアレイには、温度により発光効率が変化す
るという問題があるが、本実施例の制御を行うことで、
LEDアレイの温度が安定するため、発光光量が安定し、
画像の濃度変化が小さくなるという効果も得られる。

更に、熱膨張率の小さい高価なセラミック基板の代わ
りに、熱膨張率の比較的大きなアルミニウム等を基板材
料として用いた安価な基板を採用しても、安定したドッ
ト位置精度が得られるため、LEDアレイの低価格化を図
ることも可能である。

次に、第５図は、本発明の第２の実施例を示す回路図
である。

同図に示すように、本実施例のドット位置精度安定化
装置は、４組のLEDアレイに対して、それぞれ破線で囲
まれた４個の回路ブロックＢ₁〜Ｂ₄が設けられ、これら
のブロックは全て同一構成である。各ブロックは、LED
アレイ32の配置されているセラミック基板に取りつけら
れたヒータ51及びサーミスタ52と、温度検出回路53、電
流値検出回路55、ヒータドライブ回路59、電流−電力変
換回路60、電力−温度上昇変換回路61、温度推定回路62
及び引き算回路63とから構成されている。更に、４組の
LEDアレイに共通して、第１の最大値検出回路64、第２
の最大値検出回路65及び比較回路66が設けられている。

ヒータ51、サーミスタ52、温度検出回路53、電流値検
出回路55及びヒータドライブ回路59は、第３図に示した
ものと同一機能を有するので、ここではその説明を省略
する。

電流−電力変換回路60は、電流値検出回路55で検出さ
れた電流値を電力値に換算する回路であり、具体的には
第３図に示した積分回路56及び増幅回路57等から構成さ
れる。電力−温度上昇変換回路61は、電流−電力変換回
路60で出力された電力値から、それに応じたLEDアレイ3
2の温度上昇値を見積もる回路であり、具体的には第３
図に示した増幅回路57のような増幅回路等から構成可能
である。温度推定回路62は、電力−温度上昇変換回路61
で見積もられた温度上昇値と、温度検出回路53で検出さ
れたLEDアレイ32の現在の温度とを加えて、LEDアレイ32
がこれから到達する温度推定値を算出する回路であり、
具体的には通常の加算回路から構成される。

第１の最大値検出回路64は、４個のブロックＢ₁〜Ｂ₄
のそれぞれの温度推定回路62から得られた各LEDアレイ
の温度推定値の中から、最大値を求める回路であり、第
２の最大値検出回路65は、４個のブロックＢ₁〜Ｂ₄のそ
れぞれの温度検出回路53から得られた各LEDアレイの現
在の温度の中から、最大値を求める回路である。比較回
路66は、第１、第２の最大値検出回路64、65から得られ
たそれぞれの最大値を互いに比較し、より大きい方の最
大値を基準温度として各ブロックの引き算回路63へ出力
する回路である。すなわち、温度推定値の最大値が現在
の温度の最大値よりも大きい場合は、温度推定値の最大
値を基準温度として出力し、一方、温度推定値の最大値
が現在の温度の最大値よりも小さい場合は、現在の温度
の最大値を基準温度として出力する。

引き算回路63は、温度推定回路62で得られた温度推定
値から、比較回路66で得られた基準温度（温度推定値の
最大値、又は現在の温度の最大値）を差し引く回路であ
って、この温度差がヒータドライブ回路59に制御信号と
して与えられる。ヒータドライブ回路59は、第３図に示
したものと同様な構成からなり、PWM（パルス幅変調）
による電流制御を行ってヒータ51に流れる電流のデュー
ティを変えることにより、ヒータ51に加える電力を制御
する回路である。

以下に、上記構成からなるドット位置精度安定化装置
の全体的な動作を説明する。

まず、各LEDアレイ32に流れている電流が電流値検出
回路55によって検出され、これが電流−電力変換回路60
によって電力値に変換され、更に電力−温度上昇変換回
路61によって電力値に応じた温度上昇値に変換される。
一方、各LEDアレイ32の現在の温度が温度検出回路53で
検出される。そして、温度推定回路62で、上記の検出さ
れた現在の温度に上記の温度上昇値が加えられて、各LE
Dアレイ32のこれから到達するであろう温度推定値が求
められる。

更に、４組のLEDアレイの温度推定値の中の最大値が
第１の最大値検出回路64によって求められると共に、４
組のLEDアレイの現在の温度の中の最大値が第２の最大
値検出回路65によって求められる。そして、これら２つ
の最大値が比較回路66で比較され、より大きい方の最大
値が基準温度として、それぞれの引き算回路63に与えら
れる。各引き算回路63では、基準温度と温度推定値との
差が求められ、この差がゼロとなるようにヒータドライ
ブ回路59により可変された電力が、ヒータ51に加えられ
る。

一般に、LEDアレイは、発光させると自己発熱のため
に温度が上昇する。そのため、４組のLEDアレイの中で
最大の温度を示すLEDアレイは、各LEDアレイの点灯状態
に応じ、その時々で切り替わることがある。そこで、以
上のように制御を行うことで、すなわち、４組のLEDア
レイのうち、見積もりを含めて最大の温度を示すLEDア
レイの温度に全部のLEDアレイの温度が一致するように
制御することで、第１の実施例で得られる効果の他に、
以下のような新たな効果が得られる。すなわち、第１の
実施例のように全部のLEDアレイの温度を或る基準温度
に保つようにする場合は、その基準温度をLEDアレイの
使用最大温度よりも少し高めに設定しておくことが望ま
れるが、このような場合と比べると、本実施例の場合
は、４組のLEDアレイの内、少なくとも１組（最大の温
度を示すLEDアレイ）はヒータ51に加える電力がゼロも
しくは極めて少なくて済むと共に、その他のLEDアレイ
の温度も第１の実施例のものよりも低く制御することで
済むため、ヒータ51に加える電力が全体的に小さくて済
む。

更に、LEDアレイの消費電力をリアルタイムで検出で
きるため、温度変化を検出する前に温度変化の予想を行
うことができる。このため、高速で、時間遅れのない制
御を可能にする。

なお、上記第２の実施例の回路は、第６図に示すよう
に、CPUやROM/RAM等を用いて構成することも可能であ
る。すなわち、第５図に示した各回路のうち、各種演算
や判断を必要とする回路、すなわち電流−電力変換回路
60、電力−温度上昇変換回路61、温度推定回路62、引き
算回路63、最大値検出回路64,65及び比較回路66を、CPU
67,ROM68及びRAM69で構成し、これらと他の回路とは、
Ａ−Ｄ変換器70,71及びＤ−Ａ変換器72を用いて信号の
伝達を行うように構成する。なお、破線で囲まれた４個
の回路ブロックＢ₁₁〜Ｂ₁₄は、それぞれ各LEDアレイ毎
に設けられており、いずれのブロックも同一構成からな
っている。

第６図の構成においては、LEDアレイ32に加えられた
電流値を電流値検出回路55で電圧に変換し、この電圧を
Ａ−Ｄ変換器70でデジタル信号に変換する。一方、LED
アレイ32の現在の温度を温度検出回路53で電圧に変換
し、この電圧をＡ−Ｄ変換器71でデジタル信号に変換す
る。そして、これらデジタル信号に変換された電流値と
温度に基づき、CPU67、ROM68及びRAM69で、第７図に従
った処理を行う。

すなわち、まず、Ａ−Ｄ変換器70から、１個目のLED
アレイに流れ込む電流値Ｉ₁を読み込み、続いてＡ−Ｄ
変換器71から、１個目のLEDアレイの現在の温度Ｔ₁を読
み込む（ステップST₁、ST₂）。そして、ROM68に予め格
納されている電流−温度上昇変換テーブルを参照して、
１個目のLEDアレイのこれから到達する温度推定値PT₁を
求める（ステップST₃）。これと同様にして、他の３個
のLEDアレイの温度推定値PT₂、PT₃、PT₄を求める（ステ
ップST₄〜ST₁₂）。なお、ここでは、電流−温度上昇変
換テーブルを用いて電流値から温度推定値を一気に求め
たが、これを幾つかのテーブルに分割して求めてもよ
い。例えば、電流値から電力値に変換するテーブルと、
電力値から温度上昇値に変換するテーブルとを用いて、
電流値を温度上昇値に変換した後、この温度上昇値に現
在の温度を加え合わせることで、温度推定値を求めるよ
うにすることも可能である。

次に、Ａ−Ｄ変換器71から読み込まれた４個のLEDア
レイのそれぞれの現在の温度を互いに比較して、現在の
最大温度TMを求め（ステップST₁₃）、また、上記のステ
ップST₃、ST₆、ST₉、ST₁₂で得られた４個のLEDアレイの
それぞれの温度推定値PT₁、PT₂、PT₃、PT₄を互いに比較
して、最大の温度推定値PTMを求める（ステップS
T₁₄）。そして、これら２種類の最大値（現在の最大温
度TMと最大の温度推定値PTM）を互いに比較して基準温
度RTを設定する処理を行う。この処理では、まず現在の
最大温度TMに対して、最大の温度推定値PTMが１℃以上
高い温度になるかどうかを判断し（ステップST₁₅）、
「YES」であれば最大の温度推定値PTMを基準温度RTとし
て設定し（ステップST₁₆）、「NO」であれば現在の最大
温度TMを基準温度RTとして設定する（ステップST₁₇）。

その後、上記のスナップST₁₆又はST₁₇で得られた基準
温度RTから各LEDアレイの温度推定値PT₁、PT₂、PT₃、PT
₄をそれぞれ差し引き、その温度差ET₁、ET₂、ET₃、ET₄
を求める（ステップST₁₈、ST₁₉、ST₂₀、ST₂₁）。そし
て、ROM68に予め格納されている温度差−ヒータ電力変
換テーブルを参照して、上記の各温度差ET₁、ET₂、E
T₃、ET₄から、それぞれのヒータに加える電力値Ｐ₁、Ｐ
₂、Ｐ₃、Ｐ₄を求める（ステップST₂₂）。例えば、温度
差がゼロ、すなわち温度推定値が基準温度RTと一致して
いるLEDアレイに対しては、温度がそれ以上増加しない
ように、そのヒータに加える電力値としてゼロ（或い
は、現在よりも少ない電力値）を選ぶようにすると共
に、その他のLEDアレイに対しては、その温度が基準温
度RTの１℃以内に入るように、各温度差に従った電力値
を選ぶようにする。最後に、このようにして求められた
各電力値Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄をＤ−Ａ変換器72に与える
（ステップST₂₃）。

以上の処理を順次繰り返すことによってその時々に得
られる各電力値Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃、Ｐ₄は、Ｄ−Ａ変換器72
でアナログ電圧に変換されて、各LEDアレイに対応した
各ヒータドライブ回路59に加えられる。ヒータドライブ
回路59では、その加えられた電圧に従って、ヒータ51に
加える電流にPWM制御をかけ、その結果、ヒータの発熱
量が変わり、LEDアレイ32の温度が基準温度RTに近づい
ていく。

上記の温度制御においては、最大温度TM若しくは最大
の温度推定値PTMを示すLEDアレイは、ヒータ51の発熱に
よる温度上昇がなくなるため、徐々に冷却される。する
と、この温度に従って、他のLEDアレイの温度も変化す
ることになる。発光の状態が大きく変わると、最大温度
TM若しくは最大の温度推定値PTMを示すLEDアレイが入れ
替わるが、その場合は、新たな最大温度TM若しくは最大
の温度推定値PTMに従って、各LEDアレイのヒータが制御
されることになる。

なお、CPU67、ROM68、RAM69による処理能力に余裕が
ある場合は、Ｄ−Ａ変換器72とヒータドライブ回路59の
機能をCPU67の内部で処理することも可能である。この
場合、Ｄ−Ａ変換器72とヒータドライブ回路59が不要に
なる分だけ、回路が簡素化される。

次に、第８図は、本発明の第３の実施例を示す回路図
である。

同図に示すように、本実施例のドット位置精度安定化
装置は、各LEDアレイ32の配置されているセラミック基
板34上であって、その長手方向に沿った複数箇所にそれ
ぞれ配設されたヒータ51及びサーミスタ52と、各サーミ
スタ52に対応して設けられた複数の温度検出回路53と、
平均温度算出回路73及びヒータドライブ回路74とから構
成されている。

温度検出回路53は、サーミスタ52を用いてLEDアレイ3
2の温度を検出する回路であり、第３図や第５図に示し
たものと同様な構成からなる。平均温度算出回路73は、
温度検出回路53で検出されたLEDアレイ32の３箇所（中
央部、右端、左端の３箇所）の温度を平均化して平均温
度を求める回路であり、例えば帰還演算回路等で構成可
能である。

ヒータドライブ回路74は、平均温度算出回路73で得ら
れた平均温度と、予め設定された一定の基準温度との差
に応じて、平均温度が基準温度に等しくなるように、か
つLEDアレイ32の温度が長手方向に沿って均一となるよ
うに、各ヒータ51に加える電力を制御する回路であり、
例えば第３図に示したPWM制御のヒータドライブ回路59
と同様な回路で構成可能である。例えば、LEDアレイ32
の温度が基準温度に近い場合は、ヒータ51に加える電力
を少なくし、一方、LEDアレイ32の温度が基準温度に比
較してずっと低い場合は、ヒータ51に加える電力を多く
して、LEDアレイ32の温度が基準温度に近づくように制
御する。上記の基準温度は、LEDアレイ32の使用温度よ
りも少し高めに設定しておくことで、全部のLEDアレイ
を常に同じ基準温度に保つことができる。

なお、平均温度算出回路73及びヒータドライブ回路74
は、第６図に示したようにCPUやROM/RAM等を用いて構成
することも可能である。

本実施例によれば、各LEDアレイ32の長手方向に沿っ
た複数箇所の温度をそれぞれ検出すると共に、その平均
温度を求めて、各箇所の温度が均一かつ一定値（基準温
度）になるように各ヒータ51を制御するので、４組のLE
Dアレイのどの箇所の温度を比較してみても、常に安定
した同一の温度に保つことができる。例えば、第10図
（ａ）に示すように両端と中央部で極端に濃度の異なる
カラー画像を記録する場合を考えると、LEDアレイの中
央部で全く記録が行われないために、温度上昇が生じな
い。そのため、従来のようにLEDアレイの中央部１箇所
の温度のみを検出して温度制御するものでは、第10図
（ｂ）に示すように、LEDアレイの中央部に比べて両端
部の方が高温となってしまう。第10図（ａ）のような極
端な記録以外でも、記録周期がセラミック基板の持つ熱
時定数分より短くなると、セラミック基板内の熱が充分
に拡散できなくなり、中央部での検出温度をLEDアレイ
の平均的な温度として扱えなくなる問題がある。その
点、本実施例では、上述したようにLEDアレイの長手方
向に沿った複数箇所の検出温度に基づいて温度制御を行
うため、第２図に示したような原理により、各LEDアレ
イの長手方向の温度分布を均一に保つことができる。

従って、記録画像の濃淡が偏っているような場合であ
っても、また周囲温度が変化したような場合であって
も、全部のLEDアレイの温度を均一かつ一定に保つこと
ができ、よってLEDアレイの長さも一定に保つことがで
きる。その結果、色ずれがなくなり、複雑な画像をも容
易に判読することができるようになる。

次に、第９図は、本発明の第４の実施例を示す回路図
である。

同図に示すように、本実施例のドット位置精度安定化
装置は、前記第３の実施例と同様に各LEDアレイ毎に設
けられた複数のヒータ51、サーミスタ52及び温度検出回
路53と、４組のLEDアレイに共通して設けられた平均温
度算出回路75及びヒータドライブ回路76とから構成され
ている。

平均温度算出回路75は、第８図に示した平均温度算出
回路73と同じく、各LEDアレイ32毎に、複数（図では３
個）の温度検出回路53の検出温度を平均して平均温度を
算出する回路である。ヒータドライブ回路76は、平均温
度算出回路75で得られた各LEDアレイの平均温度を比較
して、４組の平均温度のうちの最大値を求め、この最大
値を基準温度として、この基準温度と各平均温度との差
に応じて、各平均温度が基準温度に等しくなるように、
かつLEDアレイ32の温度が長手方向に沿って均一となる
ように、４組のLEDアレイの各ヒータ51に加える電力を
制御する回路である。この制御方法は、前記第３の実施
例と同様に、PWMによる電流制御を採用可能である。

LEDアレイは、発光させると自己発熱のため温度が上
昇する。このため、LEDアレイの点灯状態によって、最
大の平均温度を示すLEDアレイは切り替わることがあ
る。この場合にも、本実施例では、４組のLEDアレイの
うち、最大の平均温度を示すLEDアレイの温度に従った
温度に全部のLEDアレイの温度が制御される。また、LED
アレイの温度は、周囲温度、自己発熱等によって変化す
るが、４組のLEDアレイの内、最大の平均温度を示すLED
アレイの温度に従って、他のLEDアレイの温度が変化す
る。４組のLEDアレイの温度が全て同じであれば、全体
の温度が変化したところで、４組のLEDアレイの長さは
互いに変動することなく、均一に維持される。

本実施例によれば、前記第３の実施例のようにLEDア
レイの温度を或る一定の基準温度に制御するものと比べ
ると、４組のLEDアレイの内、少なくとも１組のLEDアレ
イはそのヒータに加える電力がゼロで済むと共に、その
残りのLEDアレイの温度も低く制御することで済むの
で、ヒータに加える電力を一段と小さく抑えることがで
きる。

なお、第１又は第２の実施例においても、第３又は第
４の実施例のようにLEDアレイの長手方向に沿った複数
箇所の温度を検出するようにすれば、更に良好な温度制
御性が得られる。

また、ヒータドライブ回路によるヒータの電力制御
は、ヒータに加える電流のデューティを変えるPWM制御
に限定されることはなく、その他にも、例えばヒータに
加える電流をアナログ的に調整して行う電力制御（すな
わち、負荷に直列に制御素子を接続し、制御素子の受け
持つ電圧を連続的に変化させる制御）を採用することも
可能である。ただし、PWM制御の方が、回路の発熱を抑
えて、電力損失の少ない制御を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、LEDアレイの点灯状態や周囲温度が
変化した場合であっても、全部のLEDアレイの温度を常
に一致させることができる。そのため、各LEDアレイの
長さが全て一致し、よって記録ドットの位置すれがなく
なり、従って色ずれのない鮮明な出力画像を得ることが
できる。

特に第２の発明では、全部のLEDアレイをできるだけ
低い温度に安定化させることができるので、LEDアレイ
の温度安定化のための電力消費を極力抑えることができ
る。

また、特に第３の発明では、LEDアレイの長手方向に
温度勾配がある場合にも、LEDアレイの温度を長手方向
に均一に補正することができるので、全部のLEDアレイ
の長さを一層確実に一致させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の原理構成図、 第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明（第３の発明）の原理説
明図、 第３図は本発明の第１の実施例を示す回路図、 第４図（ａ）〜（ｈ）は第３図に示した回路各部の信号
波形を示す図、 第５図は本発明の第２の実施例を示す回路図、 第６図は第５図の回路をCPU等を用いて構成した場合を
示す回路図、 第７図（ａ），（ｂ）は第６図におけるCPUの処理を示
すフローチャート、 第８図は本発明の第３の実施例を示す回路図、 第９図は本発明の第４の実施例を示す回路図、 第10図（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の問題点を示すた
めの記録画像の一例と、その記録画像におけるLEDアレ
イの温度分布を示す図、 第11図は従来の高速LEDカラープリンタの構成図、 第12図は第11図に示したLEDアレイ光学系の構成図、 第13図は第５図に示したLEDアレイとそのドライバICの
構成図である。 32,40……LEDアレイ、41……加熱手段、42……温度検出
手段、43……基準電力設定手段、44……電力検出手段、
45……電力制御手段、46……温度推定手段、47……基準
温度設定手段、48……電力制御手段、49……平均温度算
出手段、50……電力制御手段、51……ヒータ、52……サ
ーミスタ、53……温度検出回路、54……基準電力設定回
路、55……電流値検出回路、56……積分回路、57……増
幅回路、58……引き算回路、59……ヒータドライブ回
路、60……電流−電力変換回路、61……電力−温度上昇
変換回路、62……温度推定回路、63……引き算回路、64
……第１の最大値検出回路、65……第２の最大値検出回
路、66……比較回路、67……CPU、68……ROM、69……RA
M、70,71……Ａ−Ｄ変換器、72……Ｄ−Ａ変換器、73…
…平均温度算出回路、74……ヒータドライブ回路、75…
…平均温度算出回路、76……ヒータドライブ回路．

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−299360（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−202878（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/44 B41J 2/43 B41J 2/455

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のLEDアレイを用いた電子写真方式に
   よるカラープリンタにおいて、各LEDアレイを加熱する
   加熱手段（41）と、 各LEDアレイの温度を検出する温度検出手段（42）と、 該温度検出手段（42）で検出された温度と、所定の基準
   温度との差に基づいて基準電力を設定する基準電力設定
   手段（43）と、 各LEDアレイに加えられた電力を検出する電力検出手段
   （44）と、 該電力検出手段（44）で検出された電力と、前記基準電
   力設定手段（43）で設定された基準電力との差に応じ
   て、前記加熱手段（41）に加える電力を制御する電力制
   御手段（45）とを備えたことを特徴とするLEDアレイの
   ドット位置精度安定化装置。
2. 【請求項２】複数のLEDアレイを用いた電子写真方式に
   よるカラープリンタにおいて、各LEDアレイを加熱する
   加熱手段（41）と、 各LEDアレイの温度を検出する温度検出手段（42）と、 各LEDアレイに加えられた電力を検出する電力検出手段
   （44）と、 該電力検出手段（44）で検出された電力と、前記温度検
   出手段（42）で検出された現在の温度とから、各LEDア
   レイの到達する温度を推定する温度推定手段（46）と、 該温度推定手段（46）で得られた各LEDアレイの推定温
   度の中から最大値を検出し、該最大値に基づき基準温度
   を設定する基準温度設定手段（47）と、 各LEDアレイ毎に、該基準温度設定手段（47）で得られ
   た基準温度と、前記温度推定手段（46）で推定された温
   度との差に応じて、前記加熱手段（41）に加える電力を
   制御する電力制御手段（48）とを備えたことを特徴とす
   るLEDアレイのドット位置精度安定化装置。
3. 【請求項３】複数のLEDアレイを用いた電子写真方式に
   よるカラープリンタにおいて、各LEDアレイの長手方向
   に沿った複数箇所にそれぞれ配設された加熱手段（41）
   と、 各LEDアレイの長手方向に沿った複数箇所の温度を、該
   複数箇所にそれぞれ設けられた温度検出器（42a）を用
   いて検出する温度検出手段（42）と、 該温度検出手段（42）で検出されたLEDアレイの複数箇
   所の温度を平均化して平均温度を求める平均温度算出手
   段（49）と、 該平均温度算出手段（49）で得られた各LEDアレイの平
   均温度の中から最大値を検出し、該最大値に基づき基準
   温度を設定し、該平均温度算出手段（49）で得られる平
   均温度が所定の基準温度に等しくなり、かつ各LEDアレ
   イの長手方向に沿った複数箇所の温度が均一となるよう
   に、前記加熱手段（41）に加える電力を制御する電力制
   御手段（50）とを備えたことを特徴とするLEDアレイの
   ドット位置精度安定化装置。