JP4508676B2 - ラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、１ラインに配列された発光素子を階調制御することにより、自然画の印字を可能とするラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置に関するものである。

１ラインに多数の発光素子を設けたラインヘッドを露光手段として用いる画像形成装置が開発されている。特許文献１には、プリンタヘッドに１ラインのＬＥＤ素子を配列し、当該ＬＥＤ素子を相互に隣接するｎ個の画素を１ブロックとしてｍ個に分割する例が記載されている。各ブロックの画素をｍ本の共通配線によりブロック毎に共通に配線し、各ブロックより１画素づつ選択して、ｎ本のマトリクス配線により異なるブロック間で共通に配線している。このような構成とすることにより、一定時間平均でみたＬＥＤ素子の発光強度を高めている。

特開平１１―２７４５６９号公報

前記特許文献１に記載の技術は、文字データに対応するものであり、発光素子に階調データを供給していないので、画像形成に制約があり、自然画を印字することができない、という問題があった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１ラインに配列された発光素子を階調制御することにより、自然画の印字を可能とするラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明のラインヘッドは、１ラインに複数の発光素子を配列した発光素子ラインの前記各発光素子が並列に接続される正負の電源線と、
前記正の電源線と各発光素子間に接続され、前記各発光素子を制御する複数のドライバトランジスタと、
前記各ドライバトランジスタを制御する複数の制御トランジスタと、
前記各制御トランジスタに接続され、前記発光素子にデータ信号を供給する信号線と、
当該発光素子ラインの発光素子を複数個ずつ区分して複数の大ブロックを形成し、前記大ブロックを順次選択する第１の選択手段と、
前記各大ブロックを複数の小ブロックに区分し、前記第１の選択手段で選択された大ブロック内の前記小ブロックを順次選択する第２の選択手段と、
前記第２の選択手段に信号を供給する外部制御線と、
を備え、
前記データ信号を供給する信号線から濃淡データを時間データに変換した画像データを供給して、前記第１および第２の各選択手段で選択された小ブロックの各発光素子を階調制御することを特徴とする。このため、発光素子は小ブロック単位で階調制御されるので、自然画の印字にもきめ細かく対応することができる。また、外部信号で制御される小ブロック選択手段を有しているので、個別の発光素子の点灯動作を迅速に行える。

また、本発明は、前記発光素子ラインの発光素子をｎ個ずつ区分してｍ個の大ブロックを形成し、各大ブロックはｕ個の小ブロック（ｎ、ｍ、ｕは２以上の整数）を有していることを特徴とする。このように、各大ブロックはｕ個の小ブロックに区分されており、小ブロックを選択して当該小ブロックに配列された発光素子を点灯させている。このため、各発光素子に配線されるデータ線の配線が簡素化される。

また、本発明は、前記発光素子ラインを副走査方向に複数ライン形成したことを特徴とする。このため、予め予備ラインを形成しておき、点灯動作している発光素子ラインの発光素子に異常が発生した場合でも迅速に対応できる。また、多重露光にも対応できる。

また、本発明は、前記複数ラインの発光素子ラインの中で、点灯動作させる発光素子ラインを選択する切り替え手段を設けたことを特徴とする。このため、点灯動作中に輝度が低下した場合には、発光素子ラインを切り替えて交互に点灯動作させて使用することができるので、発光素子の寿命を延長させることが可能となる。

また、本発明は、前記ブロックの選択手段をシフトレジスタで構成したことを特徴とする。このため、パルス駆動の簡単な構成でブロック選択を行うことができる。

また、本発明は、前記第２の選択手段をスイッチトランジスタを用いたデコーダで構成したことを特徴とする。このため、スイッチトランジスタをＴＦＴを用いて発光素子と同じ基板上に形成できるので、ラインヘッドの構成を簡略にできる。

また、本発明は、前記各ブロックに配列された発光素子を、個別に選択して点灯させる制御手段を設けたことを特徴とする。このため、１ラインの発光素子ラインに配列された個別の発光素子の点灯、非点灯の制御を簡単に行うことができる。また、１ラインの発光素子ラインに配列された発光素子を、必要に応じてブロック単位かつ当該ブロック内で個別に制御することができる。また、個別の発光素子の点灯時間を任意に設定することができる。

また、本発明は、前記発光素子を有機ＥＬ素子、またはＬＥＤで構成したことを特徴とする。有機ＥＬ素子は静的な制御が可能であるので制御系を簡略化でき、ドット対応で有機ＥＬ素子を配置して精細な画像制御が行える。また、ＬＥＤで構成した場合には発光素子の製造が簡単になる。

本発明の画像形成装置は、制御部に、１ドット毎の階調データの集合からなる濃淡データで形成される画像データをラインヘッドに送信する形式に変換する手段を備え、前記変換された画像データを、前記いずれかに記載のラインヘッドに配列された発光素子に供給することを特徴とする。このため、濃淡データで形成される画像データを時間データに変換することにより発光素子の発光時間の長さを変えて階調制御することができる。

また、本発明は、前記制御部は、前記１ドット毎の階調データの集合からなる濃淡データで形成される画像データをスクリーン処理する手段と、各色の画像形成ステーションに対応した色のデータに分解する手段とを具備することを特徴とする。このように、画像データをスクリーン処理、色変換処理を経てラインヘッドに送信する形式に変換しているので、最適なデータを発光素子に供給することができる。

また、本発明は、像担持体の周囲に帯電手段と、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行うことを特徴とする。このため、タンデム方式の画像形成装置において、ブロック単位で発光素子を階調制御することにより自然画の印字に対応することができる。

また、本発明は、静電潜像を担持可能に構成された像担持体と、ロータリ現像ユニットと、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のラインヘッドとを備え、前記ロータリ現像ユニットは、複数のトナーカートリッジに収納されたトナーをその表面に担持するとともに、所定の回転方向に回転することによって異なる色のトナーを順次前記像担持体との対向位置に搬送し、前記像担持体と前記ロータリ現像ユニットとの間に現像バイアスを印加して、前記トナーを前記ロータリ現像ユニットから前記像担持体に移動させることで、前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成することを特徴とする。このため、ロータリ現像ユニットを備えた画像形成装置において、ブロック単位で発光素子を階調制御することにより自然画の印字に対応することができる。

また、本発明は、中間転写部材を備えたことを特徴とする。このため、中間転写部材を備えた画像形成装置において、ブロック単位で発光素子を階調制御することにより自然画の印字に対応することができる。

以下、図を参照して本発明を説明する。図２は、本発明における画像データの例を示す説明図である。図２は、ホストコンピュータなどの外部機器で作成される画像データの例を示している。図２において、印字画像の、主走査方向Ｙの画素数をξとし、副走査方向Ｘの画素数をζとする。Ｚは紙送り方向とする。

外部機器により、1つの印字画像に対し、主走査方向にξ列、副走査方向にζ行の行列状の画像濃淡データが形成される。これらの濃淡データは、a_llを印字紙面の左上端の画素濃度、a_ijを左からｉ番目、上からj番目の画素濃度、aξζを右下端の画素濃度を表すものとする。本発明においては、画像データの主走査方向の配列を列、副走査方向の配列を行と表示する。

ここで、ある行にかかる主走査期間ｔ_Hを、ｋ個の複数の小主走査期間ｔ_Hsに分ける。更に、各小主走査期間ｔ_Hsをｍｘ個のブロック小主走査期間ｔ_Hsbに分ける。ここで、ｋは表現する濃淡階調数以上、ｍは正整数ｎとの積が、ｎｍ≧ξを満たす整数、更に、j列のデータをａブロックの第ｂデータとする。但し、j−1＝ａｍｘ＋ｂ、とする。

図３は、画像データの具体例を示す説明図である。主走査方向の画素数を、ξ＝５０１２ｐｉｘｅｌとした場合に、ｎ＝１２８ｂｉｔとし、ｍ＝４０個のブロックに分ける。この場合に、５０１２＝１２８ｂｉｔ×３９＋２０bｉｔ×lとなる。従って、例えば、１２８列目の濃淡データは、０ブロックの第１２７データとなる。また、小主走査期間ｔ_Hsを10μSとする。ブロック小主走査期間ｍｘは４０であるから、ブロック小主走査期間ｔ_Hsbは、１０／４０＝０.２５μＳとなる。また、主走査期間ｔ_Hは、小主走査期間ｋを２０とすると小主走査期間ｔ_Hsの２０倍の２００μＳとなる。

ここで、本発明のデータ変換部は、対象とする画像データ、すなわち図２に示した濃淡データが、どの行の主走査期間であるか、どの小主走査期間であるか、どのブロック小主走査期間であるかを認識する。このような認識手段は、例えば、適当なカウンタ回路を組み合わせて画素数をカウントすることにより容易に実現出来る。次に、前記各期間を認識する手段を用いて、濃淡データを当該濃度に応じた時間データに変換する。

前記した、濃淡データを時間データに変換する第１の例について説明する。任意の画素の濃淡データａ_ijは、次のように変換される。主走査期間がｉ行目で、任意のブロック小主走査期間のデータとして、濃淡データａ_ijの値＞小主走査期間の値、の場合にオンデータ（１）とし、その他の場合にはオフデータ（０）に変換する。なお、小主走査期間の値は、この例では、前記ｋ個に区分された複数の小主走査期間において何番目の値に相当するかの数値、すなわち、１〜ｋの整数となる。

このような時間データへの変換は、濃淡データａ_ijの値＞（全小主走査期間一小主走査期間）の値の場合にオンデ−タとし、その他の場合にはオフデータに変換しても良い。この場合には、全小主走査期間一小主走査期間値は、ｋから小主走査期間の順番の数値を減算した数値となる。前者は主走査期間の早い時間に点灯し、後者は後半に点灯する。

更に、（濃淡データａ_ijの値／２）＞｛（全小主走査期間一小主走査期間）／２｝、又は、（濃淡データａ_ijの値／２）＞（小主走査期間の値／２）の場合にオンデータとし、その他の場合にはオフデータに変換しても良い。このような（１／２）で除算する処理を行うことにより、主走査期間の中程で点灯させることができる。

前記のような処理とは逆に、主走査期間の中程で非点灯とさせる条件設定も同様に可能である。これらの条件は総ての画素について必ずしも同じにする必要はなく、例えば隣接する画素で異ならせても良い。また、これらの条件設定は、印字画像によって異ならせても良い。例えば、線画等であれば、同一条件の方が好ましく、自然画の場合には異ならせた方が良い場合がある。更に、多色印刷で複数本の画素を使用する場合には、色毎に設定を変えても良い。このように、これらの印字条件は適宜設定可能である。

図１は、本発明のラインヘッド１０の例を示す説明図である。１ラインの発光素子ライン１には、主走査方向Ｙに沿って複数個の発光素子Ｅａが配列されている。発光素子Ｅａは、有機ＥＬやＬＥＤが用いられる。発光素子はｎ個ずつまとめられてＥ１〜Ｅｍのｍ個の大ブロックに区分される。この例では、各大ブロックに８個（ｎ＝８）の発光素子が配列されている。また、各大ブロックはｐ個ずつの発光素子を有するｕ個の小ブロックに区分されている。

図１の例では、小ブロックはｐ＝４の発光素子で形成されており、小ブロックの数はｕ＝２である。大ブロックＥ１は発光素子４個づつのｆ１、ｆ２の２個の小ブロックを有している。以下各大ブロックＥ２、Ｅ３・・・は、ｇ１とｇ２、ｈ１とｈ２・・・の小ブロックを有している。大ブロックの数は、例えばｍ＝４０としている。大ブロックの数ｍ、各大ブロックが有する小ブロック数ｎ、小ブロックの発光素子数ｐは、それぞれ任意の数とすることができる。

各大ブロックは、後述するようにシフトレジスタ回路の出力信号により選択される。また、選択された大ブロック内の小ブロックは、ＴＦＴトランジスタを用いたデコーダにより選択される。このようにして選択された発光素子に対して、前記のように濃淡データを時間データに変換したデータ信号が供給され、各発光素子の発光時間が制御される。このため、印字画像の階調制御が可能となり、自然画の印字を高画質で実現できる。なお、大ブロックと小ブロックの制御については、図７、図８により説明する。

本発明においては、ホストコンピュータから画像形成装置に送られてきた画像データは、画像処理手段を介して記憶手段に記憶される。この画像データのデータ構造は、1ドット毎にＲＧＢ各色の階調データの集合となっている。記憶手段に記憶された画像データについて、所定の画像処理を施してラインヘッドに転送している。

図４は、本発明による前記画像データのラインヘッドへの転送例を示すフローチャートである。図４において、処理プログラムをスタートさせる（ステップＳ１）。次に、スクリーン処理を行う（ステップＳ２）。スクリーン処理は、画像形成装置のプロセス条件とのマッチングを取り、階調再現性を確保することを目的として行われる。スクリーンの種類としては、万線パタ−ン、誤差拡散パターン、網点パターン等が知られているが、通常はこれらを組み合わせて用いられる。この処理によるデータ構造は、前記記憶手段に記憶されているデータ構造と同様に、1ドット毎にＲＧＢ各色の階調データの集合となっている。

続いて、色変換処理を行う（ステップＳ３）。この処理は、スクリーン処理された画像データを、各画像形成ステーションに対応した色に分解したデータに変換するものである。データ構造は、1ドット毎の階調データの集合になる。次に、色変換処理されたデータに対してラインヘッド送信用データへの変換処理を行い（ステップＳ４）、ラインヘッドへデータを転送し（ステップＳ５）、処理プログラムを終了する（ステップＳ６）。

図５は、画像データの例を示す説明図である。（ａ）は、ホストコンピュータから画像形成装置に送られて来た元の画像データを示している。（ｂ）はスクリーン処理後の画像を示す。（c）は、スクリーン処理された画像データを、各画像形成ステーションに対応した色に分解したデータを示している。

色分解データはこの例では、Ｃ１ａはイエロー、Ｃ２ａはマゼンタ、Ｃ３ａはシアン、Ｃ４ａはブラックの各画像形成ステーションに設定するデータを示している。（ｄ）は、色分解された階調データをラインヘッドヘ送る形式に変換したデータを示す。このデータ構造は、オン（１）、オフ（０）に２値化されている。ｄ１、ｄ２、ｄ３・・・はそれぞれ画像１ラインのデータを示している。例えば、画像１ラインのデータｄ１はｄａ〜ｄｎ行で形成されており、上の行から順次ラインヘッドに送信することにより、各発光素子の発光時間を制御する。

図６は、本発明の実施形態を示すブロック図である。画像形成装置に設けられている制御部２０には、ＣＰＵ、画像処理部などで構成されるデータ処理手段２１、および記憶手段２２が設けられている。また、ラインヘッドには、イエローの発光素子ライン２３、マゼンタの発光素子ライン２４、シアンの発光素子ライン２５、ブラックの発光素子ライン２６が設けられている。

データ処理手段２１は、前記のようにホストコンピュータ２７から画像形成装置に送信され、記憶手段に記憶されている元の画像データを読み出して、図４、図５で説明したような処理を行う。すなわち、スクリーン処理、色変換処理、ラインヘッドへの送信用データの変換処理を行う。このようにして、図５（ｄ）のように濃淡データを時間データに変換したデータを各色の発光素子ライン２３〜２６に供給し、発光素子の階調制御を行う。このように、画像データをスクリーン処理、色変換処理を経てラインヘッドに送信する形式に変換しているので、最適なデータを発光素子に供給することができる。

図７は、本発明の一例を示す回路図である。図７において、ラインヘッド１０ａには、発光素子ライン１が設けられている。発光素子ライン１は、図１に示したように大ブロックＥ１〜Ｅ３に区分され、各大ブロックはｆ１とｆ２・・・のように小ブロックに区分されている。発光素子ライン１には、例えばＥＬ素子やＬＥＤを用いた発光素子Ｄ１〜Ｄ２４が配列されている。

有機ＥＬ素子は静的な制御が可能であるので制御系を簡略化でき、各ドット単位で設けられるので画像制御を精細に行うことができる。また、ＬＥＤで構成した場合には発光素子の製造が簡単になる。４は正の電圧ＶＤＤが印加される電源線、５は負の電圧ＧＮＤが印加される電源線である。正の電源線４は、発光素子ライン１における各発光素子のアノードに共通して接続されている。また、負の電源線５は発光素子ライン１における各発光素子のカソードに接続されている。発光素子ライン１の各発光素子Ｄ０〜Ｄ２４は、正の電圧ＶＤＤが印加される電源線４と負の電源線５間に並列に接続されている。

図７の１１、１２、１３は、発光素子Ｄ１〜Ｄ２４を大ブロック単位で選択するためのシフトレジスタ回路である。ＳＤは信号線１７よりシフトレジスタ１１のデータ端子に入力されるスタートパルス、ＣＬＫは信号線１８より各シフトレジスタ回路１１〜１３に入力されるクロック信号である。７は各発光素子にデータ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３を供給する信号線、Ｔｒ２は各発光素子のアノード側に接続されるドライバトランジスタ、Ｔｒ１はドライブトランジスタＴｒ２のゲートにソースが接続される制御トランジスタである。制御トランジスタＴｒ１、ドライブトランジスタＴｒ２は、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor、電界効果トランジスタ）により形成される。

１４は、ＴＦＴのスイッチトランジスタＴｒ３が設けられているデコーダで、シフトレジスタ回路１１〜１３で選択された大ブロックの中の小ブロックを選択する、小ブロック選択手段として機能する。８、９は、小ブロック選択信号ＳＥＬ０、ＳＥＬ１が入力される信号線である。この小ブロック選択信号ＳＥＬ０、ＳＥＬ１は、外部制御線である信号線８、９から供給される。このため、例えば、シフトレジスタ回路１１〜１３に供給されるクロック信号ＣＬＫよりも早いクロック信号を用いることができる。信号線８は、大ブロックの中で一方の小ブロックに設けられている各スイッチトランジスタＴｒ３のゲートに接続される。また、信号線９は大ブロックの中で他方の小ブロックに設けられている各スイッチトランジスタＴｒ３のゲートに接続される。

デコーダ１４に設けられているスイッチトランジスタＴｒ３は、各々のドレインがシフトレジスタ回路１１〜１３の出力信号が供給される信号線Ｃ１ａ〜Ｃ３ａに接続される。また、各々のソースが各制御トランジスタＴｒ１のゲートに接続される。図７の例では、シフトレジスタ回路１１にスタート信号を入力し、逐次クロック信号（ＣＬＫ）でシフトレジスタ回路を転送させることにより、各大ブロックＥ１〜Ｅ３を順次選択する。デコーダ１４のスイッチトランジスタＴｒ３をＴＦＴを用いて発光素子と同じ基板上に形成した場合には、ラインヘッドのスペースの有効利用が図れ、ラインヘッドの構成を簡略にできる。

シフトレジスタ回路１１の出力端子から出力される出力信号Ｃ１は、信号線Ｃ１ａを介してデコーダ１４のスイッチトランジスタＴｒ３に供給され、大ブロックＥ１を選択する。同様に、シフトレジスタ回路１２の出力端子から出力される出力信号Ｃ２は、デコーダ１４を介して大ブロックＥ２を選択し、シフトレジスタ回路１３の出力端子から出力される出力信号Ｃ３は、デコーダ１４を介して大ブロックＥ３を選択する。すなわち、シフトレジスタ回路１１〜１３は、発光素子ラインに配列された発光素子の大ブロック選択手段（第１の選択手段）として機能する。

このように、図７の例では、大ブロックとして選択された発光素子の中で、小ブロックを形成する発光素子を、デコーダ１４により更に選択している。デコーダ１４は、第２の選択手段として機能する。この際に、動作速度が速い信号をラインヘッドの外部で形成してデコーダ１４に供給しているので、選択された小ブロック内の発光素子の点灯動作を迅速に行うことが可能となる。

図７において、それぞれのシフトレジスタ回路１１〜１３出力信号Ｃ１〜Ｃ３がＨレベルのときで、小ブロック選択信号ＳＥＬ０またはＳＥＬ１がＨレベルとする。このときに、当該小ブロックの発光素子を制御する各制御トランジスタＴｒ１のゲートに、データ線７のデータ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３信号を印加する。このように、図７の例ではシフトレジスタ回路を用いているので、パルス駆動の簡単な構成で大ブロックの選択を行うことができる。

次に、データ線７のデータ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３について説明する。このデータ信号は、各制御トランジスタＴｒ１のドレインに供給される。したがって、前記大ブロック選択信号および小ブロック選択信号で選択された発光素子の制御トランジスタＴｒ１に、データ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３が供給されると、当該制御トランジスタＴｒ１に接続されたドライブトランジスタＴｒ２が導通して該当する発光素子が動作する。

例えば大ブロックＥ１内の小ブロックｆ１については、データ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３はそれぞれ発光素子Ｄ１〜Ｄ４を制御する制御トランジスタＴｒ１に供給される。すなわち、データ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３は、同一小ブロック内の個別の発光素子を選択する選択信号として作用する。このように、本発明のラインヘッドにおいては、個別の発光素子を大ブロックと小ブロックの２段階で選択して点灯動作させることができる。なお、データ信号Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３は、前記のように濃淡データが時間データに変換されて各発光素子に供給される。このため、階調制御が可能となり種々の画像形成が可能となる。なお、各発光素子は、各制御トランジスタＴｒ１により個別に点灯、非点灯が制御され、点灯時間も任意に設定できる。

次に、図８のタイミングチャートを参照して、図７に示された各発光素子の具体的な動作について説明する。図７の各発光素子に接続される正負の電源線４−５間には直流電圧が印加されているものとする。図７に示された図示番号１１〜１３で構成される一連のシフトレジスタ回路において、左端のシフトレジスタ回路１１のデータ端子にスタートパルスＳＤを入力する。次に、クロックパルスＣＬＫが各シフトレジスタ回路１１〜１３に入力される。

クロックパルスＣＬＫがＨレベルとなるタイミングで大ブロック選択信号Ｃ１、Ｃ２・・・がＨレベルとなる。また、大ブロック選択信号Ｃ１、Ｃ２・・・がＨレベルとなるタイミングで、小ブロック選択信号の一方、例えばＳＥＬ０がＨレベルとなる。この際に、他方の小ブロック選択信号ＳＥＬ１はＬレベルである。一方の小ブロック選択信号のＳＥＬ０がＨレベルからＬレベルに反転すると、他方の小ブロック選択信号ＳＥＬ１はＬレベルからＨレベルに反転する。

各発光素子の点灯データ（データ信号）Ｄａｔ０〜Ｄａｔ３は、小ブロック選択信号ＳＥＬ０、またはＳＥＬ１のＨレベルとＬレベルの反転タイミングに同期をとって供給されている。図８の例で、大ブロック信号Ｃ１が出力され、小ブロック選択信号ＳＥＬ０がＨレベルのときには、点灯データＤａｔ１〜Ｄａｔ３により、発光素子Ｄ１〜Ｄ４が点灯する。また、大ブロック信号Ｃ１が出力され、小ブロック選択信号ＳＥＬ１がＨレベルのときには、点灯データＤａｔ１〜Ｄａｔ３により、発光素子Ｄ５〜Ｄ８が点灯する。図８では、大ブロック信号Ｃ２が出力され、小ブロック選択信号ＳＥＬ０がＨレベルのときに発光素子Ｄ９〜Ｄ１２が点灯する例を示している。

このように、本発明においては、２本の信号線から小ブロック選択信号ＳＥＬ０、ＳＥＬ１を供給しているので、各大ブロック内の発光素子に対するデータ線の本数を低減できる。例えば、図７の例では各大ブロック内の発光素子に対するデータ線は、本来８個の発光素子にそれぞれ必要なので、８本必要となる。これに対して、本発明においては、データ線は４本となるので半減している。各大ブロック内の発光素子数が増加した場合、例えば１００個の発光素子が配列されている場合には、本発明の構成によると、データ線は５０本ですむ。すなわち、大ブロック内に配列された発光素子数の半分のデータ線を配線すれば良いので、配線数を大幅に減少させることが可能となる。

図９は、本発明の他の実施形態を示す回路図である。図７に対応するところには同じ符号を付している。図９の例では回路構成を工夫することで、小ブロック選択信号を供給する信号線を１本に減少させている。図９において、デコーダ回路１４の図示左半分の小ブロックを選択するスイッチトランジスタＴｒ３をＮチャンネルで形成し、右半分の小ブロックを選択するスイッチトランジスタＴｒ３をＰｃｈとしている。このため、１本の信号線８で供給される信号ＳＥＬ０のみで、相補的に両方の小ブロックを選択出来る。

本発明において、各大ブロック中の小ブロック数は２個でなくともよく、任意の数で構成することができる。図１の例で、大ブロックを１２個の発光素子で形成し、小ブロックに各３個の発光素子を配列すると、大ブロック内の小ブロック数は４となる。この場合には、小ブロック選択信号を供給する信号線は４本になる。ある小ブロック選択信号がＨレベルのときに、他の３個の小ブロック選択信号はＬレベルとする。４本の信号線の小ブロック選択信号を順次Ｈレベルとしていくことにより、選択された大ブロック内の４個の小ブロックを選択できる。

小ブロック内の発光素子数は３となるので、各発光素子に配線されるデータ線は３本となる。したがって、大ブロック内の個別の各発光素子を点灯させるために必要な配線数は７本となる。このため、大ブロック内の個別の各発光素子を点灯させる際に１２本の配線が必要な構成に比較して、この例の場合にも配線数を減少させることができる。

図１０は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。図１０の例では、各色対応のラインヘッド１０ｂにそれぞれ複数ラインの発光素子ライン１ａ〜１ｄを配列している。発光素子ライン１ｂ〜１ｄは予備ラインとして予めラインヘッドに形成される。すなわち、図１０の例では、発光素子ライン１ｂは予備動作用の発光素子ラインとして形成されており通常は使用されない。通常の印字処理で使用される通常動作用の発光素子ライン１ａのいずれかの発光素子Ｅａが故障した場合には、詳細を後述する切り替え手段により予備動作用の発光素子ライン１ｂを使用する。発光素子ライン１ｃ、１ｄは、例えば多重露光を行う場合に使用することができる。

本発明のラインヘッドにおいては、予備動作用として設けられる発光素子ラインは１ラインのみに限定されるものではない。発光素子ライン１ｃを発光素子ライン１ｄの予備動作用として形成することもできる。また、図１１の例では発光素子ラインを副走査方向に４ライン形成しているが、発光素子ラインを２列形成し、一方の１ラインを通常動作用の発光素子ライン、他方の１ラインを予備動作用の発光素子ラインとして切り替えて使用する構成とすることもできる。なお、多重露光用のラインヘッドにおいては、通常動作用の発光素子ラインは任意数のラインを形成することができる。

このように、本発明においては、ラインヘッドの副走査方向に２ライン以上の複数ラインの発光素子ラインを設け、その中の少なくとも１ラインを予備動作用の発光素子ラインとして形成することができる。その形態は、前記のように、２ラインの発光素子ラインを通常動作用の発光素子ラインと予備動作用の発光素子ラインに区分して形成する場合、３ライン以上の複数ラインで発光素子ラインを形成し、その中の少なくとも１ラインを予備動作用の発光素子ラインとして使用する場合が含まれる。後者の場合には、予備動作用の発光素子ラインは２ライン以上形成することもできる。

図１１は、ラインヘッドに複数の発光素子ラインを形成した場合における他の実施形態の例を示す回路図である。図１１の例では、主走査方向に複数ライン配列された発光素子ライン１と２を切り替えスイッチ３により切り替えて使用するものである。図１１の例は、各発光素子ライン１、２の発光素子に接続される負の電源線５、６側、すなわち、発光素子のカソード側で切り替えを行うものである。

各発光素子ライン１、２の発光素子は、図１に示したように大ブロックに区分され、各大ブロックは小ブロックに区分されている。なお、図１１において、大ブロックを選択するシフトレジスタ回路１１〜１３を発光素子ライン１、２、制御トランジスタＴｒ１、ドライブトランジスタＴｒ２と共に同一基板に形成することができる。この場合にはラインヘッドをコンパクトに構成することができる。

図１２は、本発明に係る他の実施形態の例を示す回路図である。この例でも、図１１と同様に各発光素子ライン１、２の発光素子は、大ブロックに区分され、各大ブロックは小ブロックに区分されている。図１２において、Ｔｒ３、Ｔｒ４は発光素子ライン１、２に共通のドライブトランジスタＴｒ２に直列に接続される、発光素子ラインの切り替え用トランジスタである。８、９は、発光素子ラインのセレクト信号Ｓｅｌ１、Ｓｅｌ２が供給される信号線である。ＩＮＶはセレクト信号Ｓｅｌ１を反転したＳｅｌ２を出力するインバータであり、信号線９に供給する。ここで、セレクト信号Ｓｅｌ１を反転したＳｅｌ２を外部から供給することも可能であり、この場合インバータは不要となる。

図１２の例では、正の電源線４は発光素子ライン１、２における各発光素子のアノードに共通して接続されている。また、負の電源線５は発光素子ライン１における各発光素子のカソードに接続されており、負の電源線６は発光素子ライン２における各発光素子のカソードに接続されている。各発光素子は、負の電源線５、６に共通の電位で接続された状態を保持する。

信号線８から、発光素子ラインを切り替えるために、切り替え用のトランジスタＴｒ３のゲートにセレクト信号Ｓｅｌ１が供給されると、発光素子ライン１の各発光素子が点灯する。この際に、信号線９からはセレクト信号Ｓｅｌ２が供給されないので、発光素子ライン２の発光素子は点灯しない。信号線８のセレクト信号Ｓｅｌ１を停止し、信号線９からセレクト信号Ｓｅｌ２が供給されると、発光素子ライン１の発光素子は消灯し、発光素子ライン２の発光素子が点灯する。

このように、図１２の例ではトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４を動作させることにより、各発光素子ライン１、２のアノード側で切り替え制御を行うものである。すなわち、セレクト信号Ｓｅｌ１、Ｓｅｌ２が供給されるトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は発光素子ラインを切り替える第１の制御手段として作用する。なお、セレクト信号Ｓｅｌ２をセレクト信号Ｓｅｌ１の反転信号として形成することもできる。

上記のように図１２の例では、発光素子ラインを切り替える第１の制御手段をトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４で構成している。このため、切り替え動作を迅速に、また、機械的スイッチと比較して発光素子ラインの切り替えの信頼性を高めることができる。なお、発光素子を有機ＥＬ素子で、切り替え用のトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４をＴＦＴ（Thin Film Transistor）で形成する場合には、ラインヘッドに切り替え用のトランジスタと発光素子とを同じ製造技術を用いて作製できるので、製造コストを低減することができる。

上記の説明は、モノクロプリンタのような画像形成装置に使用されるラインヘッドを対象としている。しかしながら、本発明においては、４サイクルカラープリンタや、タンデム方式のカラープリンタにも当該ラインヘッドは当然適用されるものである。これらのカラープリンタにおいては、本発明の構成とすることにより、発光素子の階調制御が可能なラインヘッドを構成することができる。

図１３は、発光素子として有機ＥＬを用いた画像形成装置の一例を示す縦断側面図である。この画像形成装置は、同様な構成の４個の有機ＥＬアレイラインヘッド１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙを、対応する同様な構成である４個の感光体ドラム（像担持体）４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙの露光位置にそれぞれ配置したものであり、タンデム方式の画像形成装置として構成されている。

図１３に示すように、この画像形成装置は、駆動ローラ５１と従動ローラ５２とテンションローラ５３が設けられており、テンションローラ５３によりテンションを加えて張架されて、図示矢印方向（反時計方向）へ循環駆動される中間転写ベルト５０を備えている。この中間転写ベルト５０に対して所定間隔で配置された４個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。

前記符号の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは、中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動される。

各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電させる帯電手段（コロナ帯電器）４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電させられた外周面を感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して順次ライン走査する本発明の上記のような有機ＥＬアレイラインヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）が設けられている。

また、この有機ＥＬアレイラインヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト５０に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、転写された後に感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とを有している。

ここで、各有機ＥＬアレイラインヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のアレイ方向が感光体ドラム４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の母線に沿うように設置される。そして、各有機ＥＬアレイラインヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の発光エネルギーピーク波長と、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の感度ピーク波長とは略一致するように設定されている。

現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押厚させることにより、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。

このような４色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写され、中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の記録媒体Ｐに二次転写され、定着部である定着ローラ対６１を通ることで記録媒体Ｐ上に定着され、排紙ローラ対６２によって、装置上部に形成された排紙トレイ６８上へ排出される。

なお、図１３中、６３は多数枚の記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット、６４は給紙カセット６３から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ、６５は二次転写ローラ６６の二次転写部への記録媒体Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６６は中間転写ベルト５０との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、６７は二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。

このように、図１３の画像形成装置は、書き込み手段として有機ＥＬアレイを用いているので、レーザ走査光学系を用いた場合よりも、装置の小型化を図ることができる。また、タンデム方式の画像形成装置において、選択された大ブロック内の小ブロック単位で発光素子を階調制御することにより、自然画の印字に対応することができる。

次に、本発明に係る画像形成装置に係る他の実施の形態について説明する。図１４は、画像形成装置の縦断側面図である。図１４において、画像形成装置１６０には主要構成部材として、ロータリ構成の現像装置１６１、像担持体として機能する感光体ドラム１６５、有機ＥＬアレイが設けられている像書込手段（ラインヘッド）１６７、中間転写ベルト１６９、用紙搬送路１７４、定着器の加熱ローラ１７２、給紙トレイ１７８が設けられている。

現像装置１６１は、現像ロータリ１６１ａが軸１６１ｂを中心として矢視Ａ方向に回転する。現像ロータリ１６１ａの内部は４分割されており、それぞれイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色の像形成ユニットが設けられている。１６２ａ〜１６２ｄは、前記４色の各像形成ユニットに配置されており、矢視Ｂ方向に回転する現像ローラ、１６３ａ〜１６３ｄは、矢視Ｃ方向に回転するトナ−供給ローラである。また、１６４ａ〜１６４ｄはトナーを所定の厚さに規制する規制ブレードである。

１６５は、前記のように像担持体として機能する感光体ドラム、１６６は一次転写部材、１６８は帯電器、１６７は像書込手段で有機ＥＬアレイが設けられている。感光体ドラム１６５は、図示を省略した駆動モータ、例えばステップモータにより現像ローラ１６２ａとは逆方向の矢視Ｄ方向に駆動される。

中間転写ベルト１６９は、従動ローラ１７０ｂと駆動ローラ１７０ａ間に張架されており、駆動ローラ１７０ａが前記感光体ドラム１６５の駆動モータに連結されて、中間転写ベルトに動力を伝達している。当該駆動モータの駆動により、中間転写ベルト１６９の駆動ローラ１７０ａは感光体ドラム１６５とは逆方向の矢視Ｅ方向に回動される。

用紙搬送路１７４には、複数の搬送ローラと排紙ローラ対１７６などが設けられており、用紙を搬送する。中間転写ベルト１６９に担持されている片面の画像（トナー像）が、二次転写ローラ１７１の位置で用紙の片面に転写される。二次転写ローラ１７１は、クラッチにより中間転写ベルト１６９に離当接され、クラッチオンで中間転写ベルト１６９に当接されて用紙に画像が転写される。

上記のようにして画像が転写された用紙は、次に、定着ヒータＨを有する定着器で定着処理がなされる。定着器には、加熱ローラ１７２、加圧ローラ１７３が設けられている。定着処理後の用紙は、排紙ローラ対１７６に引き込まれて矢視Ｆ方向に進行する。この状態から排紙ローラ対１７６が逆方向に回転すると、用紙は方向を反転して両面プリント用搬送路１７５を矢視Ｇ方向に進行する。１７７は電装品ボックス、１７８は用紙を収納する給紙トレイ、１７９は給紙トレイ１７８の出口に設けられているピックアップローラである。

用紙搬送路において、搬送ローラを駆動する駆動モータは、例えば低速のブラシレスモータが用いられる。また、中間転写ベルト１６９は色ずれ補正などが必要となるのでステップモータが用いられている。これらの各モータは、図示を省略している制御手段からの信号により制御される。

図の状態で、イエロー（Ｙ）の静電潜像が感光体ドラム１６５に形成され、現像ローラ６２ａに高電圧が印加されることにより、感光体ドラム１６５にはイエローの画像が形成される。イエローの裏側および表側の画像がすべて中間転写ベルト１６９に担持されると、現像ロータリ１６１ａが矢視Ａ方向に９０度回転する。

中間転写ベルト１６９は１回転して感光体ドラム１６５の位置に戻る。次にシアン（Ｃ）の２面の画像が感光体ドラム１６５に形成され、この画像が中間転写ベルト１６９に担持されているイエローの画像に重ねて担持される。以下、同様にして現像ロータリ１６１の９０度回転、中間転写ベルト１６９への画像担持後の１回転処理が繰り返される。

４色のカラー画像担持には中間転写ベルト１６９は４回転して、その後に更に回転位置が制御されて二次転写ローラ１７１の位置で用紙に画像を転写する。給紙トレー１７８から給紙された用紙を搬送路１７４で搬送し、二次転写ローラ１７１の位置で用紙の片面に前記カラー画像を転写する。片面に画像が転写された用紙は前記のように排紙ローラ対１７６で反転されて、搬送径路で待機している。その後、用紙は適宜のタイミングで二次転写ローラ１７１の位置に搬送されて、他面に前記カラー画像が転写される。ハウジング１８０には、排気ファン１８１が設けられている。図１４の例では、ロータリ方式の画像形成装置において、選択された大ブロック内の小ブロック単位で発光素子を階調制御することにより、自然画の印字に対応することができる。また、図１３、図１４のように中間転写部材を備えた画像形成装置において、選択された大ブロック内の小ブロック単位で発光素子を階調制御することにより、自然画の印字に対応することができる。

以上、本発明のラインヘッドおよびそれを用いた画像形成装置について実施例に基づいて説明した。本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の画像データ処理の例を示す説明図である。 本発明の実施形態を示すブロック図である。 本発明の基本構成を示す回路図である。 本発明の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の画像形成装置を示す縦断側面図である。 本発明の他の画像形成装置を示す縦断側面図である。

符号の説明

１、２・・・発光素子ライン、３・・・切り替えスイッチ、４・・・正の電源線、５、６・・・負の電源線、７・・・データ線、８、９・・・選択線、１１〜１３・・・シフトレジスタ、１４・・・デコーダ、２０・・・制御部、２１・・・データ処理手段、２２・・・記憶手段、２７・・・ホストコンピュータ、４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・感光体ドラム（像担持体）、４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・帯電手段（コロナ帯電器）、４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・現像装置、４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・一次転写ローラ、４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・クリーニング装置、５０・・・中間転写ベルト、６６・・・二次転写ローラ、１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ・・・有機ＥＬアレイラインヘッド、１６１・・・現像装置、１６５・・・感光体ドラム、１６７・・・有機ＥＬアレイラインヘッド、１６９・・・中間転写ベルト、１７１・・・二次転写ローラ、Ｄ１〜Ｄ２４・・・発光素子、Ｐ…記録媒体、Ｔｒ１・・・制御トランジスタ、Ｔｒ２・・・ドライブトランジスタ、Ｔｒ３・・・スイッチトランジスタ

Claims (13)

1. １ラインに複数の発光素子を配列した発光素子ラインの前記各発光素子が並列に接続される正負の電源線と、
   前記正の電源線と各発光素子間に接続され、前記各発光素子を制御する複数のドライバトランジスタと、
   前記各ドライバトランジスタを制御する複数の制御トランジスタと、
   前記各制御トランジスタに接続され、前記発光素子にデータ信号を供給する信号線と、
   当該発光素子ラインの発光素子を複数個ずつ区分して複数の大ブロックを形成し、前記大ブロックを順次選択する第１の選択手段と、
   前記各大ブロックを複数の小ブロックに区分し、前記第１の選択手段で選択された大ブロック内の前記小ブロックを順次選択する第２の選択手段と、
   前記第２の選択手段に信号を供給する外部制御線と、
   を備え、
   前記データ信号を供給する信号線から濃淡データを時間データに変換した画像データを供給して、前記第１および第２の各選択手段で選択された小ブロックの各発光素子を階調制御することを特徴とする、ラインヘッド。
2. 前記発光素子ラインの発光素子をｎ個ずつ区分してｍ個の大ブロックを形成し、各大ブロックはｕ個の小ブロック（ｎ、ｍ、ｕは２以上の整数）を有していることを特徴とする、請求項１に記載のラインヘッド。
3. 前記発光素子ラインを副走査方向に複数ライン形成したことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のラインヘッド。
4. 前記複数ラインの発光素子ラインの中で、点灯動作させる発光素子ラインを選択する切り替え手段を設けたことを特徴とする、請求項３に記載のラインヘッド。
5. 前記第１の選択手段をシフトレジスタで構成したことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のラインヘッド。
6. 前記第２の選択手段をスイッチトランジスタを用いたデコーダで構成したことを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のラインヘッド。
7. 前記各小ブロックに配列された発光素子を、個別に選択して点灯させる制御手段を設けたことを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のラインヘッド。
8. 前記発光素子を有機ＥＬ素子、またはＬＥＤで構成したことを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のラインヘッド。
9. 制御部に、１ドット毎の階調データの集合からなる濃淡データで形成される画像データを、ラインヘッドに送信する形式に変換する手段を備え、前記変換された画像データを、前記請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のラインヘッドに配列された発光素子に供給することを特徴とする、画像形成装置。
10. 前記制御部は、前記１ドット毎の階調データの集合からなる濃淡データで形成される画像データをスクリーン処理する手段と、各色の画像形成ステーションに対応した色のデータに分解する手段とを具備することを特徴とする、請求項９に記載の画像形成装置。
11. 像担持体の周囲に帯電手段と、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
12. 静電潜像を担持可能に構成された像担持体と、ロータリ現像ユニットと、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のラインヘッドとを備え、前記ロータリ現像ユニットは、複数のトナーカートリッジに収納されたトナーをその表面に担持するとともに、所定の回転方向に回転することによって異なる色のトナーを順次前記像担持体との対向位置に搬送し、前記像担持体と前記ロータリ現像ユニットとの間に現像バイアスを印加して、前記トナーを前記ロータリ現像ユニットから前記像担持体に移動させることで、前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成することを特徴とする画像形成装置。
13. 中間転写部材を備えたことを特徴とする、請求項１１または請求項１２に記載の画像形成装置。

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